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集成RF為IOT節點(diǎn)開(kāi)發(fā)提供方便
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可以說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)目前正在經(jīng)歷一些“成長(cháng)的痛苦”，關(guān)于它所做的(或不包括)。雖然它可能不被看作是推動(dòng)這一趨勢，嵌入式電子行業(yè)肯定使它，因此無(wú)可爭辯地處于一個(gè)指揮的位置來(lái)塑造它。
在這個(gè)行業(yè)中，一些人理解了大多數外部技術(shù)不感興趣的東西，即物聯(lián)網(wǎng)將是更大的一個(gè)子集：“萬(wàn)物之網(wǎng)”;但語(yǔ)義不在一旁，很明顯，機會(huì )是巨大的，估計范圍高達500億個(gè)設備的20。20，有些人甚至預測2025比1兆。
考慮到這些設備中的許多將是較大網(wǎng)絡(luò )上的小節點(diǎn)，材料清單在組件和總成本方面將需要小。因此，每個(gè)節點(diǎn)，無(wú)論大小，都會(huì )有某種形式的微控制器�？紤]到開(kāi)發(fā)人員的壓力將使BOM盡可能低，很可能他們只會(huì )選擇那些在價(jià)格和功率預算中提供正確組合的MCU。
特征豐富
今天提供的MCU的范圍反映了它們所提供的應用的多樣性;飛思卡爾目前被列為提供最多CordX-M變型的制造商，其組合超過(guò)200個(gè)不同的部件。IOT的承諾已經(jīng)在集成水平上推動(dòng)創(chuàng )新，制造商們專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)MCU的新范圍，以解決特定的物聯(lián)網(wǎng)用例，因為這意味著(zhù)開(kāi)發(fā)人員可以在不久的將來(lái)享受更大的選擇。
然而，盡管未來(lái)將有非常特殊的配置需求，MCU由于其通用性而受到歡迎，這意味著(zhù)市場(chǎng)上已經(jīng)有許多設備可以很容易地滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應用的初始需求，在成本、功率、PER方面。性能和特點(diǎn)。
低功耗操作的問(wèn)題當然不是新的，大多數制造商完全理解開(kāi)發(fā)者在性能和功耗之間需要權衡的問(wèn)題。因此，在過(guò)去幾年中引入的大多數MCU已經(jīng)被設計成提供某種形式的電源管理。通常這兩種形式：低功耗操作和節電睡眠模式。這兩個(gè)都將是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，因為許多較小的節點(diǎn)期望從單個(gè)電池工作，并且理想地，在進(jìn)入服務(wù)后幾年內是免維護的。這尖銳地強調了低功率操作和良好的電源管理特性的需要。
幸運的是，部署的許多節點(diǎn)在大多數標準中都具有極其適中的性能需求，這意味著(zhù)只要開(kāi)發(fā)人員充分利用MCU的節電特性，它們就應該能夠滿(mǎn)足單個(gè)電池延長(cháng)的工作壽命。雖然它可能仍然是比實(shí)現更渴望，但是對從其環(huán)境中清除或收獲的功率進(jìn)行操作的節點(diǎn)的需求無(wú)疑會(huì )隨著(zhù)各種各樣的用例的出現而增長(cháng)。這將推動(dòng)和使另一個(gè)大趨勢出現在許多垂直行業(yè);大數據。IOT將在實(shí)現這方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這兩個(gè)未來(lái)可能會(huì )有些共生。
關(guān)注特色
雖然物理尺寸將是至關(guān)重要的，但它不能以特性?xún)r(jià)格為代價(jià)。為了支持物聯(lián)網(wǎng)應用，“必須具備”特性的列表可能包括靈活的模擬和數字接口(以容納一系列傳感器)和某種形式的連接性。這越來(lái)越意味著(zhù)無(wú)線(xiàn)，因此RF集成的水平將受到高度重視。
從今天的許多MCU，三站出來(lái)提供正確的組合特征：SI106X/08X從硅實(shí)驗室，來(lái)自德克薩斯儀器的CF2538，和來(lái)自北歐半導體的NFR51422。
Si106x/08x范圍的硅實(shí)驗室圖像
圖1：SI106X/08X范圍從硅實(shí)驗室提供了一個(gè)低功耗8051兼容的核心與亞GHz射頻收發(fā)器。
如圖1所示，Si106 / x / 08x集成了Silicon Labs專(zhuān)有的8051內核，CIP-51，與MCS-51指令集代碼兼容，同時(shí)提供標準8052外設。Silicon Labs已經(jīng)將核心設計為流水線(xiàn)式架構，極大地提高了標準8051架構的指令吞吐量。傳統8051中的大多數指令需要12或24個(gè)系統時(shí)鐘周期才能執行，而CIP-51在一個(gè)或兩個(gè)系統時(shí)鐘周期內執行其109條指令中的70%，并且只有8條指令需要四個(gè)或更多個(gè)周期。
然而，更重要的是，Si106x / 08x系列器件集成了一個(gè)低功率Sub-GHz收發(fā)器，其中包括一個(gè)功率放大器，在915 MHz時(shí)產(chǎn)生+20 dBm輸出功率時(shí)功耗僅為85 mA，在169 MHz時(shí)產(chǎn)生70 mA 。當輸出功率為+10 dBm時(shí)，這個(gè)效率更為明顯，當它降至18 mA時(shí)。功率放大器還實(shí)現了自動(dòng)上升和下降以最小化頻譜擴展，并支持跳頻和天線(xiàn)分集。
由于其低功耗以及實(shí)現簡(jiǎn)單或定制協(xié)議的能力，在亞GHz頻率下運行的節點(diǎn)可能會(huì )普遍存在(如今)，但物聯(lián)網(wǎng)還需要制造商之間達到一定程度的互操作性，并且在這種情況下，通常需要一個(gè)標準協(xié)議。當然，一種可能在這里流行的協(xié)議是ZigBee。德州儀器(TI)的CC2538是一款支持ZigBee的射頻MCU，采用能夠運行速度高達32 MHz的ARM Cortex-M3內核，并與2.4 GHz IEEE 802.15.4兼容收發(fā)器(圖2)相連。此外，該器件能夠支持雙ZigBee應用配置文件。為了保證節點(diǎn)的安全，它還集成了一個(gè)AES-128/256，SHA2硬件加密引擎和一個(gè)可選的硬件加速引擎，用于安全密鑰交換。
德州儀器的CC2538的圖像
圖2：德州儀器的CC2538集成了ARM的Cortex-M3內核和符合ZigBee標準的RF收發(fā)器，能夠運行兩個(gè)ZigBee應用配置文件。
第三個(gè)選項提供了一個(gè)低功耗的解決方案，以開(kāi)發(fā)符合藍牙低能耗協(xié)議的NoR51422的北歐半導體節點(diǎn)。該設備集成ARM CORTEX-M0核心和多協(xié)議2.4 GHz無(wú)線(xiàn)電，能夠運行藍牙、ANT/ANT+或專(zhuān)有協(xié)議(圖3)。藍牙和ANT協(xié)議被提供為北歐半導體的預編譯二進(jìn)制文件，移除了進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)階段。
北歐半導體公司NFR51422的圖像
圖3：北歐半導體公司的NFR51422通過(guò)集成ARM CORTEX-M0核心和藍牙低能量兼容收發(fā)器而專(zhuān)注于低功耗。
大數據與物聯(lián)網(wǎng)
雖然許多不可避免的好處仍有一些未定義，但物聯(lián)網(wǎng)最初將允許偽智能設備不僅是反應性的，而且是主動(dòng)的。節點(diǎn)將根據它們直接收集的數據或通過(guò)其本地網(wǎng)絡(luò )傳遞給它們的數據來(lái)確定動(dòng)作，更重要的是，任何其他具有訪(fǎng)問(wèn)因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )。
這些數據將由可測量每個(gè)參數的節點(diǎn)“創(chuàng )建”，將代表大量的信息——所謂的“大數據”范例。雖然挖掘這一豐富的信息將落入大多數IOT設備的責任之外，但毫無(wú)疑問(wèn)，它將很好地利用它，依靠其他(云)處理農場(chǎng)來(lái)做大部分的整理、分析和分發(fā)。
同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)將成為這個(gè)新數字蜂巢的“工蜂”，因此他們將不懈地努力收集數據。更重要的是，它們將成為現代生活不可或缺的一部分，自動(dòng)化許多任務(wù)，使用戶(hù)和其他節點(diǎn)能夠更高效地工作。啟用傳感器的節點(diǎn)可能會(huì )成為所有變種中最廣泛部署的節點(diǎn)，并且隨著(zhù)其強大到足以本地處理所收集的數據，它們將需要能夠在其本地網(wǎng)絡(luò )上以功率有效的方式傳輸這些數據，主要使用“網(wǎng)關(guān)”D。作為本地樞紐的EVICE。該網(wǎng)關(guān)將是電源供電的，并且具有比平均節點(diǎn)更大的處理能力，作為本地網(wǎng)絡(luò )上的數十個(gè)甚至數百個(gè)節點(diǎn)的協(xié)調器，通過(guò)廣域網(wǎng)或因特網(wǎng)，中繼它們提供給其他網(wǎng)絡(luò )的大部分數據。
在這種情況下，適合于部署在基于IoT傳感器節點(diǎn)的MCU的短列表變得更加清晰，從而使開(kāi)發(fā)人員能夠快速地專(zhuān)注于(或丟棄)現今可用的成千上萬(wàn)個(gè)通用MCU變型。
