概念验证和原型设计嵌入式系统变得容易

嵌入式系统原型的未来

尽管一些行业年复一年地经历了嵌入式系统复杂性的不断增加，但任何行业都不太可能在未来几年内逃脱它。一些新兴趋势对此做出了贡献，主要是推动互联网连接或联网的传感器、控制器和执行器，以及物联网 （IoT）。这种转变也朝着电气化系统方向发展，并为以前的机械或模拟电气系统增加了“智能”。因此，设计人员和开发人员在进行嵌入式系统设计时需要考虑的因素越来越多。

这些趋势在可再生能源、汽车、工业和射频/微波通信行业很明显，在短短几年内，传统的模拟嵌入式电子控制系统主要被微控制器 （MCU）、微处理器 （MPU）、数字信号控制器 （ DSC），以及许多数字驱动的外围设备。

嵌入式系统的复杂性和数量不断增加，为组织创造了机会和新市场，这些组织足够敏捷和熟练，可以在这些机会出现时快速响应。然而，响应市场的任务已成为一项更大的挑战，这不仅是由于现代嵌入式系统的普遍复杂性，而且现在由于消费者需求的更快变化，从而减少了理想的市场窗口。这引起了几乎每个行业的原始电子制造商 （OEM） 之间的争论。无论是购买商用现货 （COTS） 解决方案、从头开始开发产品，还是修改 COTS 以适应所需的规格，可能的解决方案的数量只会使情况变得更加复杂。

无论采用何种方法，在为新的嵌入式设计选择 MCU、MPU 或 DSC 时，都有几个主要考虑因素。这包括选择开发板、补充应用程序并与开发板兼容的模块、早期开发软件和资源、原型/概念验证系统安全性和最终产品安全性之间的差异，以及从原型到生产的过渡。 Microchip 设计人员认识到这些挑战，实施了一个由开发硬件、软件和资源组成的生态系统，以帮助设计人员和开发人员解决这些考虑和过渡。

开发板和 MCU、MPU 和 DSC 选项

开发板是概念验证和原型设计阶段的关键资源，使设计团队能够更轻松地适应新 MCU、MPU 或 DSC 的学习曲线。一个好的开发板通常包括访问设备的所有引脚、外围功能、外部模块和一个便于编程和调试的接口。理想情况下，给定的设备系列可以使用多个级别的开发板，因此根据设计人员的需求、熟悉程度和技能水平，会有一个“最合适”的选项。对于不确定他们需要的确切设备的设计人员来说，另一个有价值的功能是能够交换设备的开发板，以便可以使用通用平台进行比较和开发。

Microchip 提供了几款开发板，旨在使早期开发更容易实现。许多 Microchip 开发板选项通常专用于特定的处理器系列或具有可交换的处理器基础架构，并且大多数都包括扩展选项以添加流行的功能。这些板采用高效和紧凑的设计，并与 Microchip 广泛的软件开发工具和资源生态系统兼容。

模块

必须设计、构建和测试外部传感器、执行器、控制、通信和用户界面模块通常是在嵌入式系统原型设计已经很广泛的任务之上的一项壮举。具有内置接口的开发板可用于支持各种功能的外部模块，可以显着缩短开发时间，能够评估安装在模块上的组件，并允许进行创造性实验。

MikroElektronika Click 板是一个出色的模块系统，得到许多 Microchip 开发板的支持。mikroBUS 模块系统具有极强的可扩展性和可访问性，可提供数百个模块，支持广泛的传感、控制、驱动、通信和接口。此外，Click板可以以即插即用的方式进行交换，这使得Click板和功能之间的切换变得简单。Click board 模块的一些示例包括显示器、电机控制器、存储、人机界面、传感器、无线通信硬件等。

其他 Microchip 开发板也可以通过扩展套件进行高度扩展，例如 Xplained PRO 扩展套件和附加板。此类扩展套件具有无线电收发器、Wi-Fi® 控制器、ZigBit 模块、CryptoAuthenticationTM 设备、以太网、SD 卡接口、触摸/图形显示器等。

安全

在漏洞利用和黑客攻击的时代，设计和开发嵌入式设备对于许多组织来说是一项艰巨的任务。

由于嵌入式设备（例如采购、硬件、固件、软件、内存/存储、连接和云网络）的安全级别如此之多，因此设计人员和开发人员很难处理安全的各个方面-屋。此外，用于测试和确保嵌入式设备各个方面安全的基础设施超出了许多组织的范围。

Microchip从多个角度加强了安全性。他们提供与他们的开发板配合使用的加密身份验证模块，以使开发安全功能更快、更容易，以及开箱即用的安全设备解决方案。例如，Microchip 的零接触供应 （ZTP） CryptoAuthentication 设备消除了采购、硬件、连接和云安全问题，无需 OEM 修改或重新编程设备 ［10］。

ZTP 系统与用于 AWS IoT 应用程序的 ATECC508AMAHAW 设备一样，使用防篡改安全技术来保护存储和集成的椭圆曲线加密 （ECC） 硬件加速器。它还利用 AWS IoT 服务的即时注册功能和强制 TLS 1.2/相互身份验证来上传批量证书，并且 Microchip 的安全设施可以在设备发货之前处理配置。预配置的安全/身份验证以及集成的加密硬件允许开发人员自信地采购安全硬件，而不会因采购问题而暴露漏洞。或者，如果任何设备被恶意收购和逆向工程。

由于安全 IoT 设备的原型设计通常具有挑战性，Microchip 还提供与Google Cloud IoT Core 平台安全集成的安全 IoT 开发板。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160）和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允许开发人员在 60 秒内获得开箱即用的云连接，提供基于硬件的安全私钥存储。此外，物联网开发板具有完全认证的 Wi-Fi 和 CryptoAuthentication 安全元件

用于快速开发安全无线解决方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件处理每个设备的身份验证并提供 ZTP 功能。

软件

随着嵌入式系统硬件、工具、软件、技术和方法的变化速度，即使是经验丰富的开发团队在使用新的嵌入式设备时也可能会遇到学习曲线。对于没有配备针对特定设备的工具和资源的通用集成开发环境尤其如此。另一方面，由于接口和加载嵌入式设备库的不熟悉方面，供应商软件也可能是一个挑战。此外，一些供应商软件专为专业用户设计，对于入门级开发人员，甚至是试图在不学习新平台的情况下快速评估嵌入式设备的经验丰富的开发人员来说，这将是一项艰巨的任务。

Microchip 拥有专业开发的硬件、软件和资源生态系统，通过提供各种 IDE、易于集成的软件库以及丰富的参考设计和随附的示例代码，更好地促进各种技能和熟悉程度的开发人员。

此外，Microchip 的许多器件都支持免费提供的示例代码，可通过 IDE 访问，包括 IDE 中有助于简化器件特定功能和特性开发的工具。

过渡到生产

在开发的概念验证和原型设计阶段之后，通常是在此期间，设计人员和开发人员需要开始生产和软件设计。在此过渡期间，许多设计人员和开发人员必须从头开始，因为他们可能选择的原型系统只是松散地代表了可以在生产中使用的东西。

Microchip 硬件和 IDE 并非如此。由于在原型设计期间编写的代码甚至可以轻松地从入门级 IDE 移植到专业级工具，因此它们将与在生产硬件中实现的开发板中的相同设备无缝协作。因此，在 Microchip 生态系统中工作使开发人员只需编写一次代码，甚至可以轻松地在项目之间重用代码。

简化原型到生产

现代嵌入式电子产品，无论是用于消费、商业还是工业应用，都变得越来越复杂，用于原型设计和设计此类系统的工具也变得越来越复杂。随着最新电子产品的复杂性和多样性，开发概念验证所需的学习曲线和设计资源已成比例地增加。

幸运的是，Microchip 开发了一个开发硬件和软件的生态系统，不仅减轻了早期设计的负担，还实现了向嵌入式电子产品生产的无缝过渡。

审核编辑：郭婷