多模無(wú)線對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)有什么影響

將多個(gè)無(wú)線芯片添加到基于MCU的基本設(shè)計(jì)，可能使其變得非常復(fù)雜且成本高昂。更好的解決方案之一是選擇一款多協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)處理器。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)計(jì)人員能夠因應(yīng)各種應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但有越來(lái)越多的人并不滿意僅支援一種無(wú)線連接技術(shù)的通訊協(xié)議。這種情況在智能家庭中最常見(jiàn)，因?yàn)槿狈?biāo)準(zhǔn)（或者更確切地說(shuō)，它們其實(shí)也很多余）使得產(chǎn)品必須以各種方式進(jìn)行連接。甚至還有些工業(yè)系統(tǒng)也可以利用多模無(wú)線技術(shù)。這些情況正推動(dòng)著對(duì)于具有多種無(wú)線功能的處理器需求。

Nest Protect煙霧探測(cè)器就是一個(gè)很好的例子。它采用Wi-Fi連接到家中路由器，裝置中還包括藍(lán)牙（Bluetooth）無(wú)線電，讓用戶能在安裝之前直接從手機(jī)或平板電腦配置產(chǎn)品。而在停電期間，這款以電池供電的裝置采用專有的802.15.4協(xié)議——Nest Weave，持續(xù)在家中進(jìn)行通訊，而用戶則可以透過(guò)藍(lán)牙將手機(jī)的鬧鐘設(shè)定為靜音。這種多模無(wú)線技術(shù)的組合確保了最佳化的連接性，同時(shí)轉(zhuǎn)向使用更低功耗的802.15.4協(xié)議，以延長(zhǎng)電池壽命。

LinleyNest Protect煙霧探測(cè)器透過(guò)基于802.15.4的無(wú)線協(xié)議Nest Weave彼此互連，并經(jīng)由Wi-Fi連接至家中路由器，還可以透過(guò)智能型手機(jī)的藍(lán)牙功能進(jìn)行控制

智能門(mén)鎖通常包括一個(gè)攝影機(jī)，讓用戶在決定是否打開(kāi)門(mén)鎖之前先看看是誰(shuí)在門(mén)口。就像煙霧探測(cè)器一樣，門(mén)鎖通常經(jīng)由Zigbee或Z-Wave （均為802.15.4變化版本）進(jìn)行控制，即使斷電期間也可以進(jìn)行操作。但是這些簡(jiǎn)單的介面并沒(méi)有用于視訊的頻寬，所以相機(jī)通常透過(guò)Wi-Fi連接。

智能家庭閘道器通常包含多種協(xié)議。這些閘道器通常整合于控制面板中，作為各種物聯(lián)網(wǎng)裝置的中樞。例如，XFinity Home平臺(tái)提供了一個(gè)觸控面板，該面板使用Wi-Fi連接到網(wǎng)際網(wǎng)路和監(jiān)控攝影機(jī)，但透過(guò)Zigbee連接到安全感測(cè)器和其他智能裝置。某些型號(hào)還包括一款蜂巢式數(shù)據(jù)機(jī)，因此即使是在網(wǎng)際網(wǎng)路連線中斷的情況下，仍然可以傳送緊急警報(bào)。閘道器也可以作為獨(dú)立的裝置，如Wink Hub，能夠透過(guò)Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、Z-Wave、Thread以及其他協(xié)議進(jìn)行通訊。

雖然工業(yè)環(huán)境可以得到更好的控制，但廠房設(shè)施最終通常會(huì)使用不同協(xié)議的多套物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。例如，智能照明系統(tǒng)可能使用Zigbee，而資產(chǎn)追蹤依賴于藍(lán)牙。當(dāng)系統(tǒng)由不同的部門(mén)在不同的時(shí)間安裝時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種不匹配的情況。在這些情況下，多協(xié)議閘道器能夠簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)的資料收集和控制。如同消費(fèi)裝置一樣，添加藍(lán)牙就能讓手機(jī)或平板電腦更加簡(jiǎn)單地配置和管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

將多個(gè)無(wú)線芯片添加到基于微控制器（MCU）的基本設(shè)計(jì)，可能使其變得非常復(fù)雜且成本高昂。更好的解決方案之一是選擇一款多協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)處理器。例如，高通（Qualcomm）的QCA4020結(jié)合Cortex-M4子系統(tǒng)以及Wi-Fi、藍(lán)牙和802.15.4等三種無(wú)線協(xié)議。雖然有些系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會(huì)省略5GHz天線以降低成本，但為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，這款芯片采用了雙頻（5GHz/2.4GHz） 802.11n Wi-Fi的設(shè)計(jì)。該芯片還建置了最新的藍(lán)牙5協(xié)議，可在連接至相容裝置的同時(shí)擴(kuò)展范圍，它同時(shí)也支援新的藍(lán)牙網(wǎng)狀協(xié)議。

這三種無(wú)線技術(shù)整合了基頻、收發(fā)器和放大器（PA/LNA），從而減少了BOM。該芯片包括一個(gè)專用的CPU和記憶體，以及第二個(gè)CPU和記憶體，用于處理藍(lán)牙和802.15.4 MAC，從主Cortex-M中卸載這些任務(wù)并提高安全性。硬體共存引擎有助于Wi-Fi和藍(lán)牙MAC協(xié)調(diào)使用2.4GHz天線，以避免降低支援單獨(dú)無(wú)線芯片的系統(tǒng)性能。

Cortex-M4F CPU工作頻率高達(dá)128MHz。除了32KB L1快取之外，CPU還可以利用芯片SRAM。即使加載了基本的RTOS和驅(qū)動(dòng)程式，記憶體也為應(yīng)用程序留下了300KB以上的空間，而無(wú)需使用外部DRAM。然而，QCA4020依靠外部快閃記憶體，支援QSPI連接的就地執(zhí)行（XIP）協(xié)議。該芯片還包括安全引擎和通用裝邊設(shè)備，包括序列埠、A/D轉(zhuǎn)換器以及USB 2.0。

相較于市場(chǎng)上多家供應(yīng)商提供整合一個(gè)或甚至兩種無(wú)線協(xié)議的MCU，QCA4020則是一款支援3模的物聯(lián)網(wǎng)處理器。隨著越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員試圖將多種無(wú)線協(xié)議添加到系統(tǒng)中，這一類微處理器將有助于簡(jiǎn)化其物料清單（BOM）并縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。