當前，在從攪拌機到牙刷的(de)(de)一切(qie)設備(bei)都連接到云(yun)端(duan)的(de)(de)狂熱浪潮中，物聯網領域正(zheng)由(you)低成本的(de)(de)集(ji)成32位單(dan)片機RF模(mo)(mo)塊(kuai)控(kong)制，這些模(mo)(mo)塊(kuai)為少量傳感器輸入提供小尺寸(cun)解決方案。
Wi-Fi®、NB IoT和Bluetooth®的通信協議棧非常適合32位領域，同時還能提高計算能力以確保RF通道安全。但是，隨著傳感器通道數量的增加或更多偏遠地點所需的功耗降低，會增加系統設計的復雜性，此時按如下方式添加額外的8位MCU可以增(zeng)加價值，如圖所示：
真正的5V IO支持和傳感器聚合
工業環境(jing)仍(reng)以5V電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)生態系統為(wei)(wei)主(zhu)，雖然(ran)有完全(quan)支持5V電(dian)(dian)壓(ya)的(de)32位(wei)(wei)MCU，但大多數集(ji)成32位(wei)(wei)MCU/RF為(wei)(wei)僅支持3.3V電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)域(yu)的(de)器(qi)件。在(zai)5V電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)域(yu)中，允(yun)許通過GPIO更(geng)高(gao)效(xiao)的(de)8位(wei)(wei)MCU直接連接到(dao)5V電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)傳感器(qi)、開關觸點(dian)和執行器(qi)，而無需添加(jia)多個電(dian)(dian)平轉(zhuan)換器(qi)或(huo)調整模(mo)擬電(dian)(dian)壓(ya)輸(shu)入來滿足3.3V電(dian)(dian)壓(ya)要求。
現在，只需(xu)對8位MCU和32位MCU/RF模塊之間的(de)通信通道進行電平轉換(huan)/調(diao)整操作(zuo)。在32位MCU模塊具有5V耐壓輸入的(de)某些情況下，可能根本不需(xu)要(yao)電平轉換(huan)，也許(xu)只需(xu)要(yao)一些串聯電阻隔離。對于還需(xu)要(yao)電流(liu)隔離的(de)情況，通過減少需(xu)要(yao)保護系統RF部分的(de)專用IC的(de)數量可節省更(geng)多成本。
遠(yuan)程(cheng)安裝通常(chang)需要(yao)更高的容(rong)(rong)錯能(neng)力，這(zhe)可能(neng)會導致使(shi)用多個(ge)(ge)傳感(gan)器或執行(xing)器控制來減輕現(xian)場故障(zhang)帶(dai)來的影(ying)響。冗余(yu)傳感(gan)器接口(kou)連接意味著，引腳(jiao)(jiao)有限的32位MCU/RF模塊上存在更多輸入/輸出引腳(jiao)(jiao)分配問題。8位MCU往往會提供巨大的接口(kou)引腳(jiao)(jiao)密度(du)，從而允(yun)許(xu)在前端的傳感(gan)器陣列中添加一些智能(neng)容(rong)(rong)錯功(gong)能(neng)。它(ta)不需要(yao)利用機器學習算法來確定三(san)個(ge)(ge)溫度(du)傳感(gan)器中是否有一個(ge)(ge)發(fa)生故障(zhang)。這(zhe)些類型的決(jue)策可以通過更快的事(shi)件響應(ying)在本地做出。
系統分區
使用外部8位MCU與大(da)多(duo)數傳感(gan)(gan)器(qi)接(jie)口(kou)(kou)，可(ke)以輕松地(di)將已(yi)知的(de)(de)(de)工(gong)作模(mo)(mo)(mo)擬/數字前(qian)端快速接(jie)入不同(tong)的(de)(de)(de)RF模(mo)(mo)(mo)塊后端。集成32位MCU/RF模(mo)(mo)(mo)塊通常(chang)隨(sui)附大(da)量(liang)示例應用程(cheng)序，這些應用程(cheng)序展示出(chu)連(lian)接(jie)到(dao)云是(shi)舉(ju)手之勞，無需(xu)考(kao)慮(lv)供應商。應用程(cheng)序示例中可(ke)能(neng)未明確(que)說明如何與標準(zhun)I2C或SPI總線之外的(de)(de)(de)傳感(gan)(gan)器(qi)或執(zhi)行器(qi)接(jie)口(kou)(kou)。經過(guo)驗證的(de)(de)(de)已(yi)知傳感(gan)(gan)器(qi)/控制前(qian)端具(ju)有(you)一致且(qie)定義(yi)明確(que)的(de)(de)(de)接(jie)口(kou)(kou)，通過(guo)最大(da)限度地(di)簡(jian)化移植(zhi)過(guo)程(cheng)，還可(ke)以更靈(ling)活地(di)選擇合適的(de)(de)(de)RF模(mo)(mo)(mo)塊。一旦(dan)新(xin)(xin)RF模(mo)(mo)(mo)塊上(shang)的(de)(de)(de)新(xin)(xin)物理層(ceng)支(zhi)持兩(liang)個MCU之間的(de)(de)(de)協議層(ceng)，新(xin)(xin)系(xi)統的(de)(de)(de)集成工(gong)作便已(yi)基本完成。現(xian)在(zai)，可(ke)以將開發工(gong)作的(de)(de)(de)重點放在(zai)新(xin)(xin)RF通道(dao)的(de)(de)(de)正確(que)實現(xian)上(shang)。
具(ju)有容錯熱插(cha)拔(ba)接口的(de)(de)(de)(de)(de)松耦合系(xi)統(tong)是(shi)工業或遠程環境(jing)設置中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)項有益特性。有時，整體系(xi)統(tong)交換無法避免，但最(zui)理想的(de)(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇是(shi)盡量減少對已知(zhi)可靠(kao)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)整體更改。這種松耦合還可讓受信任的(de)(de)(de)(de)(de)已知(zhi)RF平臺支持(chi)擴展的(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)統(tong)需(xu)(xu)求，而無需(xu)(xu)從頭開始。保(bao)留(liu)您信任的(de)(de)(de)(de)(de)部分(fen)，改進有所不(bu)足的(de)(de)(de)(de)(de)部分(fen)。
智能電源管理
遺憾(han)的(de)(de)是，轉向更小型IC柵極技(ji)術(shu)需(xu)要在速度和靜(jing)態電(dian)(dian)流泄漏(lou)之間做出權衡。新制(zhi)程(cheng)節點中的(de)(de)柵極氧化層厚度即將(jiang)達到(dao)以(yi)(yi)原子(zi)數而非納米數計算的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)厚度。8位(wei)(wei)MCU領域(yu)由更大的(de)(de)制(zhi)程(cheng)工(gong)藝主導(dao)，這些工(gong)藝可(ke)實現更出色的(de)(de)靜(jing)態泄漏(lou)率。由于(yu)最(zui)佳(jia)(jia)低(di)功耗(hao)(hao)管理技(ji)術(shu)從定義上(shang)(shang)來說就(jiu)是同時(shi)切斷電(dian)(dian)源(yuan)，因此(ci)添(tian)加智能低(di)功耗(hao)(hao)管理器件(jian)可(ke)以(yi)(yi)改善低(di)功耗(hao)(hao)運(yun)行。一些8位(wei)(wei)MCU器件(jian)的(de)(de)工(gong)作電(dian)(dian)流運(yun)行在標準(zhun)32.768 kHz晶(jing)振(zhen)下，而此(ci)晶(jing)振(zhen)會在32位(wei)(wei)RF模(mo)塊(kuai)上(shang)(shang)泄漏(lou)電(dian)(dian)流。這種方法現在增加了基于(yu)精確(que)時(shi)間的(de)(de)電(dian)(dian)源(yuan)管理系統，還擁有為電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)和監視(shi)電(dian)(dian)池運(yun)行狀況的(de)(de)能力。32位(wei)(wei)RF模(mo)塊(kuai)（特別是基于(yu)Wi-Fi的(de)(de)單元(yuan)）的(de)(de)有功電(dian)(dian)流可(ke)以(yi)(yi)達到(dao)數百毫(hao)安。如(ru)果電(dian)(dian)池組(zu)電(dian)(dian)量即將(jiang)耗(hao)(hao)盡(jin)，可(ke)能無(wu)法維持連接(jie)到(dao)網絡所需(xu)的(de)(de)啟動和傳輸電(dian)(dian)流。
基于8位MCU的(de)(de)電源(yuan)管(guan)理系(xi)統現在(zai)可以使用(yong)特殊的(de)(de)喚醒(xing)(xing)(xing)命令來喚醒(xing)(xing)(xing)主RF模塊(kuai)，此命令可降(jiang)低所需的(de)(de)電流(liu)需量，從(cong)而使RF模塊(kuai)以最佳(jia)相序保(bao)持在(zai)線(xian)。現在(zai)，這(zhe)(zhe)種特殊喚醒(xing)(xing)(xing)用(yong)例可以使用(yong)降(jiang)低TX功率(lv)的(de)(de)方法來最終建立到網絡的(de)(de)連接(jie)。8位MCU電源(yuan)管(guan)理系(xi)統可以定期(qi)監視峰值啟動電流(liu)和電壓下(xia)降(jiang)，并(bing)在(zai)每(mei)個喚醒(xing)(xing)(xing)周期(qi)提(ti)交這(zhe)(zhe)些(xie)數據(ju)。適當的(de)(de)云機器學習引擎可以利(li)用(yong)這(zhe)(zhe)些(xie)數據(ju)來更好地分析(xi)電池系(xi)統并(bing)預測故障(zhang)。
編程模型/MCU復雜性
在(zai)(zai)(zai)過去(qu)幾年中(zhong)，32位(wei)MCU/RF模塊(kuai)的(de)(de)編(bian)程(cheng)(cheng)難度顯(xian)著降低。其中(zhong)一(yi)些(xie)模塊(kuai)提供基(ji)于Arduino的(de)(de)支(zhi)持，這肯定有(you)助于加快開發(fa)速度，但(dan)(dan)當(dang)涉及到更多(duo)客戶傳(chuan)感器、電源管理或其他外(wai)設接口時，編(bian)程(cheng)(cheng)難度會(hui)提高。Arduino支(zhi)持代碼十分(fen)龐大(da)，但(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)許(xu)多(duo)情況下并不完整，并且在(zai)(zai)(zai)專業領域仍(reng)然(ran)存在(zai)(zai)(zai)一(yi)些(xie)信任問題。此外(wai)，IC供應商本身也提供支(zhi)持，但(dan)(dan)歸(gui)根結底，無(wu)法避(bi)免在(zai)(zai)(zai)裸金屬層集(ji)成32位(wei)RF模塊(kuai)帶來的(de)(de)額外(wai)復雜性。所有(you)基(ji)于32位(wei)的(de)(de)控制寄存器對于一(yi)些(xie)控制位(wei)或狀態位(wei)來說(shuo)似乎都太大(da)了，盡管轉向32位(wei)時確實(shi)會(hui)發(fa)生這種情況，但(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)目前，并非所有(you)人都能在(zai)(zai)(zai)像0x23AA123C這樣(yang)的(de)(de)外(wai)設控制值中(zhong)直觀地挑出錯誤的(de)(de)位(wei)。
8位(wei)(wei)MCU編(bian)程模型以(yi)8位(wei)(wei)區塊的(de)形式呈現常見的(de)接口，有時(shi)會(hui)擴展(zhan)到16位(wei)(wei)以(yi)便用(yong)于定時(shi)器(qi)(qi)寄存器(qi)(qi)。除了能(neng)夠更輕松地調試位(wei)(wei)域(yu)外，8位(wei)(wei)MCU上的(de)外設集往(wang)往(wang)更易于理(li)解(jie)，因為它們不需(xu)要涉及或提(ti)(ti)供更復雜(za)的(de)降低(di)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)或總線接口同步功(gong)(gong)能(neng)。8位(wei)(wei)MCU中(zhong)的(de)時(shi)鐘樹也(ye)更易于理(li)解(jie)，即(ji)使在時(shi)鐘樹中(zhong)提(ti)(ti)供PLL，操作(zuo)也(ye)更加簡單(dan)。然而，這正是使用(yong)8位(wei)(wei)MCU配套(tao)器(qi)(qi)件的(de)全部意義所在，提(ti)(ti)供低(di)功(gong)(gong)耗(hao)(hao)、低(di)成本(ben)、智(zhi)能(neng)但(dan)不能(neng)流暢支持物聯網的(de)器(qi)(qi)件，以(yi)處理(li)所有后臺、電源管理(li)和繁瑣(suo)的(de)任(ren)務。
雖然(ran)(ran)可用的多核32位MCU/RF模塊的數量在(zai)不斷增(zeng)加，但在(zai)物(wu)聯網環境中(zhong)，設計穩(wen)健的低(di)功耗邊緣節點時，添(tian)加8位MCU仍然(ran)(ran)是(shi)可行的選擇。它們以小(xiao)型封裝形式提供電源和傳感器(qi)管理，因此仍然(ran)(ran)在(zai)32位物(wu)聯網領域發揮著重要(yao)作用。
