物联网MCU为下一代便携式物联网应用构建紧凑的小尺寸设计

连接和计算是物联网的两大支柱。随着无线电技术在吞吐量和能力方面的提高，对构成系统大脑的嵌入式计算的需求也必须发展。他们有。如今仅消耗毫瓦功率的低成本微控制器比 1990 年代后期基于奔腾 II 的台式 PC 具有更高的计算能力。物联网设备在计算能力和所需带宽方面形成了一系列功能——从计算步数的鞋子到需要流式传输高分辨率图像和视频的数码相机。同样，一系列微控制器/片上系统 （SoC） 架构和无线电技术可用于创建高效的系统。但是，从无数可用的选项中进行选择并不总是那么简单。有时它甚至是违反直觉的。

MCU供应商拥有一系列专有CPU内核已有很长时间了。但是，在当今世界，您的设计有望与生态系统中的其他设备兼容，并且您的智力投资将是可重复使用的。这促使MCU供应商选择标准处理架构来构建其控制器。ARM成为大多数MCU制造商事实上的选择。ARM处理器是计算和连接革命的核心，提供了广泛的处理器产品组合，可用于从传感器到智能手机再到超级计算机。

具有电池供电的低功耗物联网设备通常使用低带宽、高效的无线电技术（如 BLE）使用短时间的数据突发与其他节点进行通信。设计用于支持这些无线电模块的处理器需要匹配连接、应用和电源要求。Cortex M0+ 和 M4 等入门级微控制器是这些节能、低成本物联网设计的最佳选择。M0+具有极低门数的优点，使得将M0+与无线电集成在芯片面积方面非常经济高效。M0+足以运行典型的BLE堆栈以及相对较轻的应用程序。另一方面，M4在此功率范围内具有很高的能效，除了无线电堆栈外，还可以处理相对复杂的应用代码。

对于某些应用，设计人员更喜欢同时使用 M4 和 M0+ 内核的组合。这种设计方法通常称为异步多核体系结构。多核MCU集成了足够的资源，使CPU能够并行处理密集型任务，并利用多任务处理效率。这些还允许开发人员有效地将系统事件分配给特定内核，从而满足适当的功耗和性能目标。例如，在双核可穿戴设计中，可以将无线连接和传感器接口等周期性功能分配给M0+代码，而M4可以在RTOS环境中运行应用代码，而无需处理许多外部中断。

另一方面，Wi-Fi应用程序需要功能更强大的处理器。对于需要确定性和实时性能的应用，如路由器，Cortex R 系列是事实上的选择。但是，更高时钟的 M4 或 M7 也可能足以满足入门级 Wi-Fi 应用的需求。另一方面，应用（A 系列）处理器为高吞吐量（例如 802.11ac）和更高的应用复杂性提供必要的硬件和软件功能。

一旦设备连接到网络，就会引入被黑客入侵的可能性。因此，物联网设备的安全性是一个不容商量的要素，无论设备是个人可穿戴手环还是联网汽车。所有级别都需要数据保护，包括存储、处理和通信期间，以确保系统可靠性。此外，处理数据的任何软件或固件也应受到保护。这种安全性可以在两个级别上启用 - 硬件和软件。强大的物联网安全产品组合使开发人员能够保护其设备免受所有类型的漏洞的影响，同时部署最符合其应用程序需求的安全级别。大多数MCU供应商提供具有加密和篡改保护功能的内置硬件。最新的 Cortex M 系列 CPU（如 M23、M33 和 M35P）也提供了内置于 CPU 子系统中的安全功能，从而为 使用 M0+、M4 和 M7 的现有物联网节点提供了安全升级路径。

除了集成无线电和CPU之外，其他几个外设也理想地集成到同一个芯片中，以提供类似SOC的功能。例如，要构建智能可穿戴设备，您需要一个用于无线通信的BLE控制器，一个用于用户界面实现的触摸MCU和显示驱动程序，以及一个用于运行应用的主MCU。这些多MCU的功能可以通过集成外设的单个高度集成的多核MCU提供。

功能丰富的MCU的推出在单芯片架构中带来了更高的系统集成度，已经扩展到满足基于物联网的应用的要求。例如，物联网MCU还集成了用于传感器接口的模拟前端（AFE）、用于传感器融合的计算引擎（ARM CPU）、片上存储器、连接（BLE）和电容式触摸接口（CapSense），使设计人员能够为下一代便携式物联网应用构建紧凑的小尺寸设计。这些功能集成在单个芯片中不仅降低了空间需求，还降低了系统成本和功耗。

审核编辑：郭婷