概念验证和原型设计嵌入式系统变得简单

嵌入式系统原型设计的未来

虽然一些行业经历了嵌入式系统复杂性的年复一年的持续增加，但任何行业都不太可能在未来几年内逃脱它。一些新兴趋势促成了这一点，主要是对互联网连接或联网传感器，控制器和执行器以及物联网（IoT）的推动。这种转变也转向电气化系统，并为以前的机械或模拟电气系统增加“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越来越多的因素。

这些趋势在可再生能源、汽车、工业和RF/微波通信行业显而易见，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）和许多数字驱动外设所取代。

嵌入式系统不断增长的复杂性和数量为敏捷和技能的组织创造了一个充满机遇和新市场的环境，足以在这些机会出现时快速做出反应。然而，响应市场的任务已成为一个更大的挑战，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。这在几乎每个行业的原始电子制造商（OEM）中引起了争论。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，有几个主要考虑因素。这包括选择开发板、补充应用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与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进行这些考虑和过渡。

开发板和单片机、多功能一体机和 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器件的所有引脚、外设功能、外部模块以及一个便于编程和调试的接口。理想情况下，给定系列器件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，将有一个“最佳”选项。对于不确定确切设备需求的设计人员来说，另一个有价值的功能是能够交换设备的开发板，以便可以使用用于比较和开发的通用平台。

Microchip提供几条开发板系列，旨在使早期开发更容易获得。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，并且大多数包括用于添加流行功能的扩展选项。这些板采用高效紧凑的设计，并与 Microchip 广泛的软件开发工具和资源生态系统兼容。

模块

在嵌入式系统原型设计已经很广泛的任务之上，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，这本身就是一项壮举。开发板具有支持各种功能的外部模块的内置接口，可以大大缩短开发时间，能够评估模块上安装的组件，并允许进行创造性实验。

由许多微芯片开发板支持的优秀模块系统是米克罗电子点击板。mikroBUS 模块系统具有极高的可扩展性和可访问性，有数百个模块可用，支持各种传感、控制、致动、通信和接口。此外，Click板可以以相当即插即用的方式进行交换，这使得在Click板和功能之间切换变得简单。Click 板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。

其他微芯片开发板也可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、加密身份验证TM 设备、以太网网络、SD 卡接口、触摸/图形显示器等功能。

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）具有如此多的安全级别，因此设计人员和开发人员很难在内部处理安全性的各个方面。此外，测试和确保嵌入式设备每个方面都安全的基础设施超出了许多组织的范围。

微芯片从多个角度增强了安全性。他们提供加密身份验证模块，可与其开发板配合使用，使开发安全功能更快，更轻松，以及开箱即用的安全设备解决方案。例如，Microchip 的零接触配置 （ZTP） 加密身份验证设备消除了采购、硬件、连接和云安全问题，而无需 OEM 修改或重新编程设备 ［10］。

ZTP 系统与用于 AWS 物联网应用程序的 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 服务提供的实时注册功能，以及用于批量证书上传的强制 TLS 1.2/相互身份验证，并且 Microchip 的安全设施可以在设备发货之前处理预置。预配置的安全性/身份验证以及集成的加密硬件使开发人员能够自信地采购安全硬件，而不会因采购问题而暴露泄漏。或者，如果任何设备被恶意获取和逆向工程。

由于对安全的物联网设备进行原型设计通常具有挑战性，因此 Microchip 还提供安全的物联网开发板，并与 Google 云物联网核心平台安全集成。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，从而提供基于硬件的安全私钥存储。此外，物联网开发板还具有经过全面认证的Wi-Fi和加密身份验证安全元件

用于快速开发的安全无线解决方案。最后，AVR-IoT 工作组板中的 ATECC608A 安全元件可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加快，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，由于界面不熟悉的方面和加载嵌入式设备库，供应商软件也可能是适应的挑战。此外，一些供应商软件是专门为专家用户设计的，对于入门级开发人员，甚至是有经验的开发人员来说，这些开发人员试图在不学习新平台的情况下快速评估嵌入式设备，这将是令人生畏的。

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的许多设备都支持免费提供的示例代码，可通过IDE访问，包括IDE中的工具，这些工具有助于简化设备特定功能和特性的开发。

过渡到生产

在开发的概念验证和原型设计阶段之后，通常也是在开发阶段，设计师和开发人员需要开始生产和软件设计。在这种转变过程中，许多设计师和开发人员不得不从头开始，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内容。

微芯片硬件和IDE的情况并非如此。由于在原型设计期间编写的代码可以很容易地从入门级IDE移植到专业级工具，因此它们将与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能够编写代码一次，甚至可以轻松地在项目之间重用代码。

简化从原型设计到生产的过程

现代嵌入式电子产品，无论是用于消费类、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。开发概念验证所需的学习曲线和设计资源已与最新电子产品的复杂性和多样性成比例地增加。

审核编辑：郭婷