博客
集成RF為IOT節(jié)點開發(fā)提供方便
||
可以說，物聯(lián)網(wǎng)目前正在經(jīng)歷一些“成長的痛苦”，關(guān)于它所做的(或不包括)。雖然它可能不被看作是推動這一趨勢，嵌入式電子行業(yè)肯定使它，因此無可爭辯地處于一個指揮的位置來塑造它。
在這個行業(yè)中，一些人理解了大多數(shù)外部技術(shù)不感興趣的東西，即物聯(lián)網(wǎng)將是更大的一個子集：“萬物之網(wǎng)”;但語義不在一旁，很明顯，機會是巨大的，估計范圍高達500億個設(shè)備的20。20，有些人甚至預測2025比1兆。
考慮到這些設(shè)備中的許多將是較大網(wǎng)絡(luò)上的小節(jié)點，材料清單在組件和總成本方面將需要小。因此，每個節(jié)點，無論大小，都會有某種形式的微控制器。考慮到開發(fā)人員的壓力將使BOM盡可能低，很可能他們只會選擇那些在價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200個不同的部件。IOT的承諾已經(jīng)在集成水平上推動創(chuàng)新，制造商們專注于開發(fā)MCU的新范圍，以解決特定的物聯(lián)網(wǎng)用例，因為這意味著開發(fā)人員可以在不久的將來享受更大的選擇。
然而，盡管未來將有非常特殊的配置需求，MCU由于其通用性而受到歡迎，這意味著市場上已經(jīng)有許多設(shè)備可以很容易地滿足物聯(lián)網(wǎng)應用的初始需求，在成本、功率、PER方面。性能和特點。
低功耗操作的問題當然不是新的，大多數(shù)制造商完全理解開發(fā)者在性能和功耗之間需要權(quán)衡的問題。因此，在過去幾年中引入的大多數(shù)MCU已經(jīng)被設(shè)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(jié)電睡眠模式。這兩個都將是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，因為許多較小的節(jié)點期望從單個電池工作，并且理想地，在進入服務(wù)后幾年內(nèi)是免維護的。這尖銳地強調(diào)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(jié)點在大多數(shù)標準中都具有極其適中的性能需求，這意味著只要開發(fā)人員充分利用MCU的節(jié)電特性，它們就應該能夠滿足單個電池延長的工作壽命。雖然它可能仍然是比實現(xiàn)更渴望，但是對從其環(huán)境中清除或收獲的功率進行操作的節(jié)點的需求無疑會隨著各種各樣的用例的出現(xiàn)而增長。這將推動和使另一個大趨勢出現(xiàn)在許多垂直行業(yè);大數(shù)據(jù)。IOT將在實現(xiàn)這方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這兩個未來可能會有些共生。
關(guān)注特色
雖然物理尺寸將是至關(guān)重要的，但它不能以特性價格為代價。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(shù)字接口(以容納一系列傳感器)和某種形式的連接性。這越來越意味著無線，因此RF集成的水平將受到高度重視。
從今天的許多MCU，三站出來提供正確的組合特征：SI106X/08X從硅實驗室，來自德克薩斯儀器的CF2538，和來自北歐半導體的NFR51422。
Si106x/08x范圍的硅實驗室圖像
圖1：SI106X/08X范圍從硅實驗室提供了一個低功耗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專有的8051內(nèi)核，CIP-51，與MCS-51指令集代碼兼容，同時提供標準8052外設(shè)。Silicon Labs已經(jīng)將核心設(shè)計為流水線式架構(gòu)，極大地提高了標準8051架構(gòu)的指令吞吐量。傳統(tǒng)8051中的大多數(shù)指令需要12或24個系統(tǒng)時鐘周期才能執(zhí)行，而CIP-51在一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)執(zhí)行其109條指令中的70%，并且只有8條指令需要四個或更多個周期。
然而，更重要的是，Si106x / 08x系列器件集成了一個低功率Sub-GHz收發(fā)器，其中包括一個功率放大器，在915 MHz時產(chǎn)生+20 dBm輸出功率時功耗僅為85 mA，在169 MHz時產(chǎn)生70 mA 。當輸出功率為+10 dBm時，這個效率更為明顯，當它降至18 mA時。功率放大器還實現(xiàn)了自動上升和下降以最小化頻譜擴展，并支持跳頻和天線分集。
由于其低功耗以及實現(xiàn)簡單或定制協(xié)議的能力，在亞GHz頻率下運行的節(jié)點可能會普遍存在(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(nèi)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(jié)點的安全，它還集成了一個AES-128/256，SHA2硬件加密引擎和一個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(nèi)核和符合ZigBee標準的RF收發(fā)器，能夠運行兩個ZigBee應用配置文件。
第三個選項提供了一個低功耗的解決方案，以開發(fā)符合藍牙低能耗協(xié)議的NoR51422的北歐半導體節(jié)點。該設(shè)備集成ARM CORTEX-M0核心和多協(xié)議2.4 GHz無線電，能夠運行藍牙、ANT/ANT+或?qū)Ｓ袇f(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制文件，移除了進一步的開發(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通過集成ARM CORTEX-M0核心和藍牙低能量兼容收發(fā)器而專注于低功耗。
大數(shù)據(jù)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(shè)備不僅是反應性的，而且是主動的。節(jié)點將根據(jù)它們直接收集的數(shù)據(jù)或通過其本地網(wǎng)絡(luò)傳遞給它們的數(shù)據(jù)來確定動作，更重要的是，任何其他具有訪問因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。
這些數(shù)據(jù)將由可測量每個參數(shù)的節(jié)點“創(chuàng)建”，將代表大量的信息——所謂的“大數(shù)據(jù)”范例。雖然挖掘這一豐富的信息將落入大多數(shù)IOT設(shè)備的責任之外，但毫無疑問，它將很好地利用它，依靠其他(云)處理農(nóng)場來做大部分的整理、分析和分發(fā)。
同時，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點將成為這個新數(shù)字蜂巢的“工蜂”，因此他們將不懈地努力收集數(shù)據(jù)。更重要的是，它們將成為現(xiàn)代生活不可或缺的一部分，自動化許多任務(wù)，使用戶和其他節(jié)點能夠更高效地工作。啟用傳感器的節(jié)點可能會成為所有變種中最廣泛部署的節(jié)點，并且隨著其強大到足以本地處理所收集的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，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(jié)點更大的處理能力，作為本地網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)十個甚至數(shù)百個節(jié)點的協(xié)調(diào)器，通過廣域網(wǎng)或因特網(wǎng)，中繼它們提供給其他網(wǎng)絡(luò)的大部分數(shù)據(jù)。
在這種情況下，適合于部署在基于IoT傳感器節(jié)點的MCU的短列表變得更加清晰，從而使開發(fā)人員能夠快速地專注于(或丟棄)現(xiàn)今可用的成千上萬個通用MCU變型。
