灵活、超低功耗架构中的SoC各个功能介绍

到目前为止，我们已经在本系列中介绍了物联网领域的许多技术，包括模拟传感器接口、连接、可编程数字、集成外设和成本优化。在本专栏中，我们将以智能锁系统为例展示如何将所有这些放在一起。

高端智能锁内部的嵌入式系统需要处理多项任务，包括显示器驾驶、触摸感应、指纹感应、接近检测、电机控制、锁状态/篡改检测、Wi-Fi 和 BLE 连接、安全性和处理。为了加快开发速度并降低制造成本，设计人员正朝着将这些功能集成到灵活、超低功耗架构中的 SoC 的方向发展。集成方法还使 OEM 能够更轻松地在标准不断变化时使设计保持最新状态。让我们来看看这种集成 SoC 所处理的各个功能。

连接

BLE： BLE有助于配置锁，重置锁和远程身份验证。BLE是所有连接的智能锁的必备品，内置BLE的SoC可以帮助显着降低系统的成本，尺寸和设计复杂性。

WiFi：除了能够与手机或智能手表通信外，高级智能锁还需要能够与智能家居的其余部分进行通信。WiFi连接允许高级功能，例如实时查看进入和退出日志，以及通过互联网对锁进行广泛的用户控制。此外，鉴于物联网标准的发展速度，需要具有安全启动过程的安全无线 （OTA） 功能来使设备保持最新状态。

用户界面

显示：高端智能锁配有 TFT 或 OLED 显示屏。通常，小型低成本显示器使用并行 RGB 接口（也称为 Intel 8080 接口）。与其他接口相比，RGB 接口可以以合理的刷新率驱动大中型显示器。使用PWM、DMA和可编程数字I/O（即“智能”I/O）的智能组合，可以驱动并行显示器，而无需集成了专用图形硬件引擎的更昂贵的MCU。

用户输入：基于代码的访问还需要接收来自用户的输入。物理按钮占用额外的空间并影响智能锁的使用寿命。因此，基于电容式传感的触摸屏可以与显示器驱动一起实现，以创建集成的用户界面。

安全

数据安全：由于用户指纹数据存储在设备中，因此安全性至关重要。专为智能锁应用设计的嵌入式系统需要提供安全存储、安全操作和安全通信，以保护此类敏感信息。以可靠且经济高效的方式提供安全性需要片上加密功能、集成的安全无线连接以及保护内部和外部存储器中个人数据的机制。

指纹感应和接近检测：作为基于代码的输入的替代方法，可以使用指纹身份验证提供安全访问。然而，连续扫描指纹传感器的触摸在节能方面效率低下。为了最大限度地减少扫描时间，使用电容式传感的接近检测提供了一种高能效的方法。具体来说，指纹传感器周围的电容式接近传感器使系统能够检测到几厘米外接近垫子的手指。这使系统能够在空闲模式下完全关闭指纹传感器和相关电路的电源。当接近传感器检测到手指时，系统有足够的时间启动指纹传感器并准备捕获触摸。

使用电感式传感的机械安全：电感式传感可以感应到与金属的接近。这在几种情况下会派上用场，例如，检测锁舌是否牢固就位。电感感应还可用于检测任何篡改锁的企图，例如强行移除滑块或使锁体变形。当电感式传感器检测到篡改时，可以向所有者发送警报或在线警报。

加工

需要高能效的CPU内核（如Arm Cortex-M4）来处理所有处理，包括

处理传感器数据

通过 SPI 等接口管理与指纹模块的通信。

完整的指纹处理，包括匹配和注册算法

电容式传感扫描和处理

系统管理，包括安全任务和传感器控制

显示图形，如绘图文本、图像、形状等。

管理 BLE 链路层控制器，维护 BLE 连接和通告以及 BLE 主机层任务，其中包括所有服务、配置文件和连接身份验证

电机控制

锁的远程控制需要电机来移动锁舌。此任务通常由 BLDC 电机和相关控制电路完成。电机控制可以使用可编程逻辑和模拟集成到 SoC 中，以减少组件数量，同时独立于 CPU 工作。

新物联网时代和以前的PC和智能手机时代的设备数量相差几个数量级。因此，物联网设备必须小巧而便宜，以扩散其预期市场。在下一专栏中，我们将深入了解一种用于智能家居的小型、廉价的连接设备设计。

审核编辑：郭婷