連接和計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)的兩大支柱。隨著無線電技術(shù)在吞吐量和能力方面的提高，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)大腦的嵌入式計(jì)算的需求也必須發(fā)展。他們有。如今僅消耗毫瓦功率的低成本微控制器比 1990 年代后期基于奔騰 II 的臺(tái)式 PC 具有更高的計(jì)算能力。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在計(jì)算能力和所需帶寬方面形成了一系列功能——從計(jì)算步數(shù)的鞋子到需要流式傳輸高分辨率圖像和視頻的數(shù)碼相機(jī)。同樣，一系列微控制器/片上系統(tǒng) （SoC） 架構(gòu)和無線電技術(shù)可用于創(chuàng)建高效的系統(tǒng)。但是，從無數(shù)可用的選項(xiàng)中進(jìn)行選擇并不總是那么簡單。有時(shí)它甚至是違反直覺的。

MCU供應(yīng)商擁有一系列專有CPU內(nèi)核已有很長時(shí)間了。但是，在當(dāng)今世界，您的設(shè)計(jì)有望與生態(tài)系統(tǒng)中的其他設(shè)備兼容，并且您的智力投資將是可重復(fù)使用的。這促使MCU供應(yīng)商選擇標(biāo)準(zhǔn)處理架構(gòu)來構(gòu)建其控制器。ARM成為大多數(shù)MCU制造商事實(shí)上的選擇。ARM處理器是計(jì)算和連接革命的核心，提供了廣泛的處理器產(chǎn)品組合，可用于從傳感器到智能手機(jī)再到超級(jí)計(jì)算機(jī)。

具有電池供電的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常使用低帶寬、高效的無線電技術(shù)（如 BLE）使用短時(shí)間的數(shù)據(jù)突發(fā)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。設(shè)計(jì)用于支持這些無線電模塊的處理器需要匹配連接、應(yīng)用和電源要求。Cortex M0+ 和 M4 等入門級(jí)微控制器是這些節(jié)能、低成本物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的最佳選擇。M0+具有極低門數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使得將M0+與無線電集成在芯片面積方面非常經(jīng)濟(jì)高效。M0+足以運(yùn)行典型的BLE堆棧以及相對(duì)較輕的應(yīng)用程序。另一方面，M4在此功率范圍內(nèi)具有很高的能效，除了無線電堆棧外，還可以處理相對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用代碼。

對(duì)于某些應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員更喜歡同時(shí)使用 M4 和 M0+ 內(nèi)核的組合。這種設(shè)計(jì)方法通常稱為異步多核體系結(jié)構(gòu)。多核MCU集成了足夠的資源，使CPU能夠并行處理密集型任務(wù)，并利用多任務(wù)處理效率。這些還允許開發(fā)人員有效地將系統(tǒng)事件分配給特定內(nèi)核，從而滿足適當(dāng)?shù)墓暮托阅苣繕?biāo)。例如，在雙核可穿戴設(shè)計(jì)中，可以將無線連接和傳感器接口等周期性功能分配給M0+代碼，而M4可以在RTOS環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)用代碼，而無需處理許多外部中斷。

另一方面，Wi-Fi應(yīng)用程序需要功能更強(qiáng)大的處理器。對(duì)于需要確定性和實(shí)時(shí)性能的應(yīng)用，如路由器，Cortex R 系列是事實(shí)上的選擇。但是，更高時(shí)鐘的 M4 或 M7 也可能足以滿足入門級(jí) Wi-Fi 應(yīng)用的需求。另一方面，應(yīng)用（A 系列）處理器為高吞吐量（例如 802.11ac）和更高的應(yīng)用復(fù)雜性提供必要的硬件和軟件功能。

一旦設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)引入被黑客入侵的可能性。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性是一個(gè)不容商量的要素，無論設(shè)備是個(gè)人可穿戴手環(huán)還是聯(lián)網(wǎng)汽車。所有級(jí)別都需要數(shù)據(jù)保護(hù)，包括存儲(chǔ)、處理和通信期間，以確保系統(tǒng)可靠性。此外，處理數(shù)據(jù)的任何軟件或固件也應(yīng)受到保護(hù)。這種安全性可以在兩個(gè)級(jí)別上啟用 - 硬件和軟件。強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品組合使開發(fā)人員能夠保護(hù)其設(shè)備免受所有類型的漏洞的影響，同時(shí)部署最符合其應(yīng)用程序需求的安全級(jí)別。大多數(shù)MCU供應(yīng)商提供具有加密和篡改保護(hù)功能的內(nèi)置硬件。最新的 Cortex M 系列 CPU（如 M23、M33 和 M35P）也提供了內(nèi)置于 CPU 子系統(tǒng)中的安全功能，從而為 使用 M0+、M4 和 M7 的現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)提供了安全升級(jí)路徑。

除了集成無線電和CPU之外，其他幾個(gè)外設(shè)也理想地集成到同一個(gè)芯片中，以提供類似SOC的功能。例如，要構(gòu)建智能可穿戴設(shè)備，您需要一個(gè)用于無線通信的BLE控制器，一個(gè)用于用戶界面實(shí)現(xiàn)的觸摸MCU和顯示驅(qū)動(dòng)程序，以及一個(gè)用于運(yùn)行應(yīng)用的主MCU。這些多MCU的功能可以通過集成外設(shè)的單個(gè)高度集成的多核MCU提供。

功能豐富的MCU的推出在單芯片架構(gòu)中帶來了更高的系統(tǒng)集成度，已經(jīng)擴(kuò)展到滿足基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用的要求。例如，物聯(lián)網(wǎng)MCU還集成了用于傳感器接口的模擬前端（AFE）、用于傳感器融合的計(jì)算引擎（ARM CPU）、片上存儲(chǔ)器、連接（BLE）和電容式觸摸接口（CapSense），使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)橄乱淮銛y式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用構(gòu)建緊湊的小尺寸設(shè)計(jì)。這些功能集成在單個(gè)芯片中不僅降低了空間需求，還降低了系統(tǒng)成本和功耗。

審核編輯：郭婷