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如今，嵌入式系統開(kāi)發(fā)往往基于平臺模式。MCU平臺包括MCU及其相關(guān)器件（外延器件、配套器件等），集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（開(kāi)發(fā)板、開(kāi)發(fā)工具、中間件等），以及操作系統等。半導體廠(chǎng)商在推出一款MCU新產(chǎn)品時(shí)，一般都有相應的周邊器件、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與操作系統來(lái)輔助支持。 因此，工程師在選擇一款MCU平臺進(jìn)行嵌入式系統開(kāi)發(fā)時(shí)，不僅要考慮MCU芯片自身的性能，還要考慮該MCU平臺是否能方便地實(shí)現代碼的移植和軟件的兼容，硬件設計是否可以進(jìn)一步優(yōu)化，從而節省開(kāi)發(fā)時(shí)間、縮短產(chǎn)品上市周期。如果MCU平臺選擇得合適，產(chǎn)品的設計也就成功了一半。 隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，出現的問(wèn)題也越來(lái)越多：MCU平臺怎樣能讓開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品更好地做到安全的互聯(lián)互通？物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)存在很多不同的協(xié)議標準，如何實(shí)現不同協(xié)議標準間的兼容，使產(chǎn)品的通用性更強？便攜設備對低功耗的需求越來(lái)越高，如何通過(guò)選擇適合的MCU平臺來(lái)應對這一挑戰？ 業(yè)界聲音 多協(xié)議無(wú)線(xiàn)SoC助力物聯(lián)網(wǎng)應用加速部署、更新 Silicon Labs微控制器和傳感器產(chǎn)品高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Øivind Loe 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域內的主流無(wú)線(xiàn)技術(shù)包括：Wi-Fi (802.11)、采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的ZigBee 和Thread (802.15.4)，以及低功耗藍牙 (LE)。許多私有協(xié)議也被廣泛應用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用，特別是在Sub-GHz頻段。每種協(xié)議都針對特定的應用需求，但是沒(méi)有一種協(xié)議能夠提供通用的、萬(wàn)能的解決方案。Wi-Fi接入點(diǎn)無(wú)處不在，為流媒體和安防攝像頭等應用提供高帶寬。我們看到在家庭聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，802.15.4平臺上的ZigBee和Thread的出貨量穩步增長(cháng)，尤其是在電源受限、電池供電的應用領(lǐng)域內。雖然現在已有了一個(gè)很大的ZigBee生態(tài)系統，但越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)人員正在將支持Thread的設備轉移到這些生態(tài)系統中，以便為未來(lái)的變化做好準備。 ZigBee已經(jīng)建立了一套現在被稱(chēng)為dotdot的、豐富的“集群庫”或應用層，它可以在Thread之上運行，以支持設備之間和網(wǎng)絡(luò )的互操作性。低功耗藍牙繼續快速增長(cháng)，這得益于點(diǎn)對點(diǎn)連接的簡(jiǎn)易性，以及與智能手機等移動(dòng)設備連接的能力。藍牙網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )規范目前還處于早期采用階段，這種新的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議將如何在市場(chǎng)上發(fā)揮作用還有待觀(guān)察。 物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要新趨勢是多協(xié)議無(wú)線(xiàn)SoC的興起，它可以支持在單一SoC上進(jìn)行多個(gè)協(xié)議之間的動(dòng)態(tài)切換，如ZigBee和低功耗藍牙。這種多協(xié)議解決方案可實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)應用的高級功能和互操作性，且不會(huì )帶來(lái)雙芯片架構的額外復雜性和硬件成本，從而將無(wú)線(xiàn)子系統物料清單（BOM）成本和尺寸降低達40%。動(dòng)態(tài)多協(xié)議軟件允許用戶(hù)使用智能手機APP通過(guò)藍牙直接對ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行部署、更新、控制和監控。 多協(xié)議技術(shù)還可以通過(guò)藍牙信標擴展基于ZigBee的可連接照明和樓宇自動(dòng)化系統，更輕松地在室內部署可擴展的、基于位置的服務(wù)基礎設施。通過(guò)向ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )添加低功耗藍牙功能，開(kāi)發(fā)人員可以創(chuàng )建更易部署、使用和更新的下一代物聯(lián)網(wǎng)應用。我們相信，這種多協(xié)議的能力將是明年增長(cháng)最快的趨勢之一。 為了滿(mǎn)足這一市場(chǎng)需求，Silicon Labs提供了一個(gè)無(wú)線(xiàn)Gecko多協(xié)議SoC的組合，支持ZigBee、Thread、低功耗藍牙和私有的無(wú)線(xiàn)連接。除了提供廣泛的連接選項之外，無(wú)線(xiàn)Gecko平臺還允許開(kāi)發(fā)人員利用相同的工程專(zhuān)有技術(shù)和重用硬件和軟件，跨越多種應用來(lái)應對不同的需求。這種多協(xié)議方法在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)帶來(lái)了敏捷性和效率。 減少電流消耗仍然是便攜式物聯(lián)網(wǎng)設備市場(chǎng)的主要焦點(diǎn)。超低功率的MCU和無(wú)線(xiàn)SoC現在可以極大地減少芯片運行和深度休眠時(shí)的功耗，從而延長(cháng)聯(lián)網(wǎng)設備的電池續航時(shí)間。為了充分發(fā)揮當今MCU和SoC的電流功耗規范，開(kāi)發(fā)人員必須考慮許多因素。顯著(zhù)提高電能效率的方法是，在執行代碼以及在發(fā)送或接收無(wú)線(xiàn)信號包時(shí)減少電流的消耗。這些電流應該盡可能低，這將有利于大多數時(shí)間都在工作的應用。然而在那些場(chǎng)景中，對許多僅靠很小電池運轉的聯(lián)網(wǎng)設備應用來(lái)說(shuō)，很重要的是使其MCU盡可能多地處于休眠狀態(tài)。 休眠電流很重要，但是更重要的是MCU在休眠狀態(tài)下完成工作的能力。以Silicon Labs的Gecko MCU和 Wireless Gecko SoC為例，即使在深度休眠模式下，其絕大多數周邊功能還能繼續工作。這些功能包括多個(gè)模擬外設，如ADC、運算放大器、DAC、分段LCD驅動(dòng)器、電容式觸摸傳感器、通信接口、多個(gè)定時(shí)器等；以及低功耗傳感器接口（LESENSE）等低功耗外設，它能自主精密地完成傳感器監控；還有外設反射系統（PRS），它自主地將不同的外設交互聯(lián)系在一起，并支持它們在深度休眠模式下互動(dòng)。為了使低功耗平臺的效益最大化，關(guān)鍵是使其能夠應對廣泛的應用場(chǎng)景，從CPU和射頻部分經(jīng)常工作的高占空比型應用，到其大部分時(shí)間都處于休眠模式、但同時(shí)仍然在監測其環(huán)境的休眠型應用。 MCU采用靈活安全的解決方案是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重中之重 Microchip Technology Inc.計算機產(chǎn)品部市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Jeannette Wilson 單片機（MCU）為客戶(hù)提供充分的靈活性，可通過(guò)軟件算法、密鑰和證書(shū)存儲以及數據的加密/解密提高其平臺的安全性。在最基本的層面上，MCU可以使用軟件算法來(lái)執行對稱(chēng)加密，從而實(shí)現安全通信。隨著(zhù)用戶(hù)變得越來(lái)越復雜，并且希望使其連接的系統更安全，他們可以使用Microchip的CEC1702或SAM D51/E54等MCU，這些MCU現已包括用于公鑰加密的非對稱(chēng)硬件加速器、用于認證和反克隆的哈希算法以及用于加密和解密數據的橢圓曲線(xiàn)。集成到MCU中的硬件加密加速器的運行速度遠快于軟件中運行的算法，有助于減小總體代碼長(cháng)度。 除了對系統進(jìn)行驗證外，確保MCU僅執行可信代碼，并提供安全固件更新的機制至關(guān)重要。這通過(guò)硬件驗證的啟動(dòng)過(guò)程完成，以確保系統只能使用來(lái)自不可變源的代碼啟動(dòng)。在MCU中的不可寫(xiě)存儲器中，不可變源通常是非易失性的。 從運行在MCU上的SSL（安全套接字層）和TLS（傳輸層安全）等軟件解決方案到集成有高級硬件加密功能的MCU和MPU，Microchip可為客戶(hù)提供靈活、可擴展的MCU解決方案，從而實(shí)現安全連接并避免中間人、拒絕服務(wù)和后門(mén)攻擊。Microchip的解決方案還為安全固件更新提供了途徑，可保護系統免受惡意軟件或存儲器損壞的影響。 互操作性不是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的新問(wèn)題。目前，計算機、智能手機和“物體”使用不同的機制連接到互聯(lián)網(wǎng)。這就是采用靈活的安全解決方案來(lái)滿(mǎn)足這種不斷變化的趨勢至關(guān)重要的主要原因之一。 與各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)標準類(lèi)似，安全解決方案也不是一成不變的。重要的是，能夠創(chuàng )建一個(gè)可以安全認證并受到保護的唯一可信身份。有不同的方法來(lái)實(shí)現這種信任，并且可以根據特定系統所需的安全級別增加額外的措施。 本質(zhì)上，開(kāi)發(fā)人員可以使用我們的可擴展、模塊化解決方案，幫助其將Microchip的硬件和開(kāi)發(fā)生態(tài)系統接入他們的應用中，而幾乎無(wú)需開(kāi)銷(xiāo)。 選擇適合設計的MCU非常重要。過(guò)去，應用復雜性與功耗之間呈線(xiàn)性關(guān)系，但現在，Microchip可提供采用8位、16位和32位單片機的多種超低功耗產(chǎn)品解決方案。這使客戶(hù)能夠選擇合適的MCU來(lái)應對應用復雜性，同時(shí)仍然保持較低的功耗。也許應用只需將一個(gè)8位或16位單片機連接到互聯(lián)網(wǎng)。 為了增強這些低功耗設計的安全性，一種選擇是使用ATECC608A等配套芯片，此芯片提供基于硬件的安全密鑰存儲，可確保產(chǎn)品、產(chǎn)品運行的固件、支持產(chǎn)品的配件及產(chǎn)品連接的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)不會(huì )遭到克隆、偽造或篡改。Microchip提供業(yè)內極其豐富的驗證器件，這些器件采用基于硬件的可信根存儲和加密對策，即使是最強大的攻擊也能輕松應對。要獲得更高的單片機性能，請考慮使用帶集成加密硬件加速器的單片機或微處理器。由于安全算法在硬件上的執行速度是固件的5到20倍，因此所需的處理能力更少，系統功耗也更低。 編輯視角 可以看到，工程師在選擇MCU平臺做嵌入式開(kāi)發(fā)時(shí)有幾類(lèi)問(wèn)題要特別注意：①物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品互聯(lián)互通時(shí)的安全性；②物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有很多不同的標準，如何能做到標準兼容、協(xié)議共通，是設計師要關(guān)注的重點(diǎn)；③還需要從技術(shù)角度更深入地了解不同的標準，才能把一些深入的產(chǎn)品問(wèn)題解決掉，對工程師的專(zhuān)業(yè)知識要求比較高；④是低功耗，現在越來(lái)越多的產(chǎn)品對功耗有著(zhù)極高的要求。上邊提到的公司的平臺和產(chǎn)品都是圍繞這4個(gè)主題打造的，目的是方便工程設計。 各大半導體廠(chǎng)商都在根據自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，打造嵌入式開(kāi)發(fā)平臺，包括硬件、軟件以及外圍設備，從而更好地加速物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品落地，以及后續的更新?lián)Q代工作。比如，TI公司在2017年發(fā)布了SimpleLink平臺，它集成了TI現有的產(chǎn)品，包括：MSP432 MCU，主要用作主機控制；不同無(wú)線(xiàn)SoC產(chǎn)品，包括藍牙SoC，MCU CC2640，支持2.4GHz、雙頻段的CC1350以及Sub 1 GHz的CC1310 MCU，還有WiFi的SoC產(chǎn)品CC3220。這樣打造平臺，有線(xiàn)連接、無(wú)線(xiàn)連接、云端全部可以互聯(lián)互通。 未來(lái)的趨勢是，嵌入式開(kāi)發(fā)平臺不僅能夠充分地進(jìn)行有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的融合，還能夠集成以太網(wǎng)功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )連接，可以作為傳感的樞紐，連接到云端去傳輸數據，更可為產(chǎn)品提供低功耗設計選項。工程師們在設計時(shí)的可選功能越來(lái)越多，適合的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺定能讓產(chǎn)品設計事半功倍。 以下課程可免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了。 宋工企鵝號：35--24-65--90-88 Tel/WX：173--17--95--19--08 |
