MCU+智能傳感，無(wú)縫物聯(lián)網(wǎng)全靠它倆了！

至今為止，尚未有一項(xiàng)無(wú)線技術(shù)能滿足所有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因此微控制器(MCU)開發(fā)商競(jìng)相推出可同時(shí)支援多種無(wú)線技術(shù)的新一代解決方案，簡(jiǎn)化智慧感測(cè)和聯(lián)網(wǎng)功能設(shè)計(jì)，并降低物料清單(BOM)成本，進(jìn)而打造無(wú)縫連結(jié)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

設(shè)計(jì)消費(fèi)與工業(yè)智慧聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，制造商常得選擇該使用何種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，此類裝置在許多領(lǐng)域尚屬新興技術(shù)，例如在市面上智慧燈泡產(chǎn)品中，就使用多種無(wú)線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。其他必須選擇無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用市場(chǎng)包括遙控、家庭/建筑自動(dòng)化、智慧量表、健康/醫(yī)療、穿戴式裝置、安全警示等。

由于無(wú)線電是智慧感測(cè)應(yīng)用的核心要素，開發(fā)人員過去在設(shè)計(jì)時(shí)，很早就得決定無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)，做為產(chǎn)品規(guī)畫與開發(fā)基準(zhǔn)，許多設(shè)計(jì)項(xiàng)目也隨無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)而定，如收發(fā)器技術(shù)、印刷電路板(PCB)配置、軟體堆疊、無(wú)線電存取的應(yīng)用程式介面(API)。

假設(shè)制造商選用ZigBee技術(shù)后，在設(shè)計(jì)過程里，最新市場(chǎng)資料顯示，若改用藍(lán)牙智慧(Bluetooth Smart)技術(shù)，將大幅擴(kuò)張目標(biāo)客層規(guī)模。

例如Bluetooth Smart無(wú)線電元件可能得向不同廠商采購(gòu)，且應(yīng)用產(chǎn)品也得隨新的軟體堆疊與API調(diào)整，為更改無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，幾乎得完全重新設(shè)計(jì)。即便Bluetooth Smart無(wú)線元件的供應(yīng)商與原本ZigBee元件相同，兩者技術(shù)也完全不同，這種差異將導(dǎo)致新設(shè)計(jì)大多無(wú)法沿用現(xiàn)有方案，嚴(yán)重拖累設(shè)計(jì)完成與產(chǎn)品上市時(shí) 間，可能也將增加工程成本。

SimpleLink平臺(tái)滿足無(wú)線設(shè)計(jì)彈性

近來全球主要無(wú)線晶片開發(fā)商，如德州儀器(TI)等深知在開拓新市場(chǎng)或推廣新技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)彈性至關(guān)重要，缺乏彈性可能導(dǎo)致產(chǎn)品在市場(chǎng)上乏人問津，故可配置能力高低攸關(guān)產(chǎn)品成敗。

為擴(kuò)大制造商選擇無(wú)線技術(shù)的空間，德州儀器遂推出SimpleLink超低功率無(wú)線微控制器平臺(tái)，采用安謀國(guó)際(ARM)Cortex-M3架構(gòu)，快閃記憶體容量介于32 KB至128 KB，處理能力可獨(dú)立滿足多種智慧感測(cè)應(yīng)用。

SimpleLink 獨(dú)特之處在于無(wú)線技術(shù)的擴(kuò)充性，支援多種無(wú)線電及接腳相容封裝選項(xiàng)，如Bluetooth Smart、Sub-1GHz、ZigBee、6LoWPAN、IEEE 802.15.4、RF4CE及其他專利模式，運(yùn)作速率最高達(dá)5Mbit/s。該平臺(tái)可直接改變無(wú)線電硬體選項(xiàng)，所有2.4GHz及Sub-1GHz技術(shù) 均接腳相容，大部分周邊元件也相同，制造商因此握有較大彈性。

這項(xiàng)平臺(tái)的程式碼也與上述各種標(biāo)準(zhǔn)相容，不過由于無(wú)線電堆疊各異，更換 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，勢(shì)必會(huì)影響應(yīng)用軟體設(shè)計(jì)，故必須納入考量標(biāo)準(zhǔn)，例如6LoWPAN堆疊使用IP訊息介接，而Bluetooth Smart應(yīng)用則讀取或修改各種屬性，均須納入無(wú)線微控制器平臺(tái)的API支援中。

制造商能以模組思維設(shè)計(jì)無(wú)線電介面，相較于應(yīng)用裝置直接存取無(wú)線電，可改由應(yīng)用裝置傳送資料至無(wú)線電功能，再依據(jù)所需使用適合的API處理收發(fā)資料，讓無(wú)線API轉(zhuǎn)為抽象，因此即便在設(shè)計(jì)后期轉(zhuǎn)換無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，也只需要更換無(wú)線電功能即可。

多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線MCU平臺(tái)減輕設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)

透 過極具彈性的無(wú)線連結(jié)技術(shù)平臺(tái)架構(gòu)，制造商可待設(shè)計(jì)后期再選擇無(wú)線聯(lián)網(wǎng)協(xié)定，只要首部無(wú)線電裝置完成，設(shè)計(jì)其他無(wú)線電裝置就不須花費(fèi)太多力氣，故可同時(shí)開 發(fā)多項(xiàng)無(wú)線電產(chǎn)品。不僅如此，由于同一設(shè)計(jì)可輕松移植至不同無(wú)線電技術(shù)，制造商可使用相同基礎(chǔ)設(shè)計(jì)支援多種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，不僅能降低揣測(cè)市場(chǎng)喜好的風(fēng)險(xiǎn)，也能 以符合成本效益的方式提供多種選項(xiàng)。

此一超低功率無(wú)線MCU平臺(tái)目前有兩項(xiàng)方案，包括支援Bluetooth Smart，以及支援6LoWPAN與ZigBee的版本;今年廠商再推出支援ZigBee RF4CE，以及支援Sub-1GHz的兩個(gè)新版本。每項(xiàng)裝置的營(yíng)運(yùn)功率超低，只需鈕扣型電池即可運(yùn)作數(shù)年，或甚至完全仰賴能源采集 (Energy Harvesting)，讓制造商擁有更多彈性及創(chuàng)新機(jī)會(huì)，連接至許多感測(cè)器及物件。

由于該方案可更改支援的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，裝置內(nèi)單一晶片即可支援多種無(wú)線電，只要在現(xiàn)場(chǎng)重新編程，系統(tǒng)即可與ZigBee或Bluetooth裝置溝通。

智慧感測(cè)設(shè)計(jì)須全面考量

許多智慧感測(cè)應(yīng)用只能仰賴單一鈕扣型電池，就得以永久連接模式運(yùn)作多年，有些設(shè)計(jì)甚而沒有電池，故須倚賴能源采集技術(shù)的有限電量，尤其穿戴式應(yīng)用對(duì)耗能變化更加敏感。

SimpleLink 平臺(tái)創(chuàng)新之處在于整合多項(xiàng)處理器，依據(jù)智慧感測(cè)應(yīng)用平臺(tái)功能，提供不同程度的運(yùn)算能力，只要搭配合適的處理器，SimpleLink無(wú)線微控制器即可以最 低功率運(yùn)作。其以Cortex-M3為主要處理器，提供獨(dú)立MCU所需的表現(xiàn)，可智慧管理感測(cè)系統(tǒng)，Cortex-M3的處理能力可滿足應(yīng)用及高階堆疊處 理，能源效能極佳，僅需48MIPS。此外，該平臺(tái)亦內(nèi)建Cortex-M0，專門管理系統(tǒng)低階無(wú)線電需求，為主要CPU分?jǐn)倢?duì)時(shí)間很敏感的功能。

該方案更支援感測(cè)控制器，幫助開發(fā)人員快速監(jiān)控感測(cè)器，以供資料采樣與簡(jiǎn)易感測(cè)決策所需的處理能力，無(wú)需多余記憶體或周邊設(shè)備，故執(zhí)行功率效能極佳。例如定期搜集感測(cè)器輸出資料、判斷是否發(fā)生臨界值事件，避免不必要時(shí)喚醒主要CPU。

基于上述需求，可支援無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)作及介接所需的軟體至為關(guān)鍵，除可降低使用無(wú)線微控制器設(shè)計(jì)的門檻，亦有助開發(fā)人員迅速開始使用無(wú)線電，不須大量配置與調(diào)諧;由于無(wú)線電控制器即附帶制作程式碼，因而能達(dá)到最高無(wú)線電運(yùn)作效能。

感測(cè)控制器須針對(duì)特定應(yīng)用，監(jiān)控感測(cè)器、決策與采取行動(dòng)，故開發(fā)人員須配置運(yùn)作情況，此時(shí)利用軟體開發(fā)工具--Sensor Controller Studio，即可配置感測(cè)控制器，不須編寫任何程式碼，感測(cè)控制器即可執(zhí)行一般工作，至于需要特殊編寫程式的應(yīng)用項(xiàng)目，則支援C系列程式語(yǔ)言。這套工具 利用感測(cè)控制器測(cè)試與除錯(cuò)，藉以加速開發(fā)進(jìn)度，可即時(shí)以圖像呈現(xiàn)感測(cè)資料與驗(yàn)證演算式。

高整合MCU平臺(tái)　感測(cè)/無(wú)線電控制一次搞定

感測(cè)控制器內(nèi)建于主要CPU內(nèi)，也成為另一大優(yōu)點(diǎn)，以往系統(tǒng)須配備另一個(gè)功能較弱的MCU，以分?jǐn)傊饕獞?yīng)用處理器的負(fù)擔(dān)，主要優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用處理器可進(jìn)入休眠 模式，由功率效能較佳的控制器監(jiān)控與管理感測(cè)器。不過因?yàn)槭峭饧覯CU，開發(fā)人員須設(shè)計(jì)與管理兩個(gè)處理器之間的溝通情況，且控制器如須喚醒應(yīng)用處理器，也得增加干擾功能。

SimpleLink平臺(tái)整合感測(cè)控制器的方式與眾不同，具備所有功率效能優(yōu)點(diǎn)，卻不會(huì)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜度，單一晶片整合感測(cè)控制器、無(wú)線電MCU與應(yīng)用處理器，軟硬體設(shè)計(jì)均大幅簡(jiǎn)化。

簡(jiǎn)言之，無(wú)線微控制器能輕松編程，避免整合無(wú)線電實(shí)體層與軟體堆疊的麻煩，應(yīng)用程式碼均在Cortex-M3架構(gòu)上運(yùn)作;更重要的是，系統(tǒng)射頻(RF)與天 線設(shè)計(jì)也經(jīng)簡(jiǎn)化，亦不影響穩(wěn)定性，且資安功能相當(dāng)健全，協(xié)定堆疊亦可直接投入生產(chǎn)。 多重標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線微控制器平臺(tái)，不僅以最低功耗運(yùn)作，設(shè)計(jì)時(shí)也最為簡(jiǎn)單，因?yàn)槟軝M跨多項(xiàng)無(wú)線技術(shù)，可自行選擇最適合的記憶體、GPIO數(shù)量、封裝尺寸，達(dá)到更 低功率與成本。