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[導讀]   物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 的早期階段已經(jīng)開始改變我們的生活方式、商業(yè)模式和決策方法。隨著控制器、處理器、傳感器和發(fā)射器成本的降低,任何組裝有電子電路和必須與其它系統(tǒng)進行遠程通信的的器件都有希望成為

  物聯(lián)網(wǎng) (IOT) 的早期階段已經(jīng)開始改變我們的生活方式、商業(yè)模式和決策方法。隨著控制器、處理器、傳感器和發(fā)射器成本的降低,任何組裝有電子電路和必須與其它系統(tǒng)進行遠程通信的的器件都有希望成為一款“智能器件”。這包括傳感器、儀表、恒溫器、開關(guān)、醫(yī)療監(jiān)視器、電機、家用電器、車輛、工具、甚至是衣服和廚房用具。你隨便說出任何一種事物,它都有可能很快成為這一快速增長的IoT中的一部分。

  由于IoT要求日常產(chǎn)品具有更多連通性,MSP430TM微控制器 (MCU) 的主要用途就是通過超低功耗架構(gòu)來實現(xiàn)IoT應用。這其中包括針對最低待機功耗、有源處理功率、外設功率、以及存儲器讀取和寫入的設計。MSP430 MCU在所有IoT應用中為那些真正關(guān)心低功耗(以及超低功耗)的開發(fā)人員提供最佳功效。MSP430 MCU具有一個可升級平臺,以支持目前消費類、工業(yè)、健康和健身應用的需要。

  TI的超低功耗MSP430 MCU具能夠在具有多種系統(tǒng)架構(gòu)的無線應用中發(fā)揮作用。這篇白皮書介紹了4款不同的IoT架構(gòu),并且強調(diào)了如何用MSP430 MCU輕松設計無線連通性解決方案,從而開始IoT設計。

  無線MCU解決方案

  超低功耗MSP430 MCU被設計成在4種不同的連通性架構(gòu)中運行。如下圖所示,第一個架構(gòu)為在單芯片上運行網(wǎng)絡堆棧和主機應用程序的無線MCU解決方案。TI的CC430系列就是非常適合于這一架構(gòu)的無線MCU。這個解決方案提供MCU內(nèi)核、外設、軟件和sub-1 GHz RF收發(fā)器之間的緊密集成,從而創(chuàng)建出一款易于使用的無線MCU解決方案。TI的CC2541是另外一個功率經(jīng)優(yōu)化的無線MCU示例。它可以用低物料清單 (BOM) 成本來實現(xiàn)Bluetooth® 低功耗 (BLE) 和專有2.4GHz網(wǎng)絡節(jié)點。CC2541是領(lǐng)先RF接收器的性能與8051 MCU的綜合體。

  這個配置非常適合于小型到中型RF協(xié)議棧,其中的存儲器空間可被平均分配至RF物理層、RF協(xié)議和頂層應用程序。緊密集成可為物理與協(xié)議層之間的處理實現(xiàn)高度優(yōu)化代碼和性能。

  在硬件方面,這個配置是物理層尺寸為優(yōu)先考慮因素的應用的理想選擇。這個配置免除了對于數(shù)個外部組件的需要,所有這些組件已經(jīng)集成在器件內(nèi)部。此外,可以進一步減少兩芯片解決方案內(nèi)的MCU和射頻所需要的組件數(shù)量,這是因為無線MCU配置中可以共用這些組件。更少的組件數(shù)量有助于簡化印刷電路板 (PCB) 路由走線和布局布線考慮因素,為RF布局布線和組件或傳感器放置位置的優(yōu)化提供了更大的自由度,考慮到印刷電路板上的尺寸限制,這些才是影響應用的實際問題。最后,這些優(yōu)勢全都有助于最大限度地減少物料清單 (BOM) 和物理板級空間,以滿足空間受限和成本優(yōu)化的無線應用的需要。

  這種架構(gòu)的一個示例就是eZ430-ChronosTM 智能手表。這是一款高度集成的無線開發(fā)系統(tǒng),為創(chuàng)建無線智能手表應用的開發(fā)人員提供完整的參考設計。Chronos是很多應用的基準平臺,諸如無線手表系統(tǒng)、針對個人局域網(wǎng)的顯示、用于遠程數(shù)據(jù)搜集的無線傳感器節(jié)點、以及很多其它應用。CC430可實現(xiàn)高度集成,特有Sub-1 GHz射頻前端、一個96段的LCD顯示屏、一個溫度傳感器、一個電池電壓監(jiān)視器、一個集成壓力傳感器和用于運動感覺控制的3軸加速計,所有這些器件均集成在一個適合于手表小外形尺寸的小型PCB內(nèi)。Sub-1 GHz射頻使得Chronos可以作為附近無線傳感器(諸如計步器和心率監(jiān)視器)的中央集線器。在軟件方面,這個應用特有SimpliciTITM,一款針對低功耗無線應用(具有可升級至255個節(jié)點的星形拓撲)的簡單和靈活RF協(xié)議。

  

  1、MCU運行堆棧和應用

  第2個連通性架構(gòu)是諸如MSP430F5xx系列的強大MCU,用于運行主機應用和網(wǎng)絡堆棧,從而實現(xiàn)TI的SimpleLink Bluetooth CC2564雙模式解決方案等無線連通性器件,以提供同類產(chǎn)品中最佳的RF性能。

  在這個配置中,MCU具有對RF協(xié)議和應用層的完全控制權(quán),從而使應用能夠具有到RF和物理層更直接的訪問權(quán)限和可視性。這是針對MCU和RF收發(fā)器的最傳統(tǒng)配置。賦予MCU智能性可以實現(xiàn)簡單且穩(wěn)健耐用的射頻功能,而這也是MCU所最擅長的:發(fā)送和接收無線數(shù)據(jù)。由于MCU通常在存儲器、處理能力以及數(shù)字和模擬集成方面具有最多資源,這個配置最大限度地發(fā)揮了MCU的多用途這一特性,使其能夠利用和優(yōu)化所有資源,以適應和融入不同類型的無線協(xié)議和應用當中。

  例如,這個架構(gòu)常見于超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡中,諸如常見的MSP430 MCU與Simplelink CC2500 2.4GHz RF收發(fā)器的配對使用。MSP430 MCU通常在小型到中型網(wǎng)絡中使用,它能夠用較少的內(nèi)存占用來運行相對小型且尺寸經(jīng)優(yōu)化的無線協(xié)議,它支持星形拓撲,有時也支持網(wǎng)狀拓撲。這類架構(gòu)中的器具經(jīng)常具有針對功率進行優(yōu)化的特性,諸如睡眠終端節(jié)點,支持訪問點信標的時間同步,數(shù)據(jù)包存儲和轉(zhuǎn)發(fā)等。這些特性對于實現(xiàn)超低功耗、能量采集、以及無電池應用十分關(guān)鍵。

  這個架構(gòu)也見于近場通信 (NFC) 應用中。TRF7970A NFC收發(fā)器能夠與MSP430F5xx/6xx器件配對使用,其原因是它們都具有多個SPI端口、內(nèi)置USB和I2C接口。在最簡單的配對水平上,這個組合能夠?qū)⒆詣踊?、控制、和身份驗證添加到很多現(xiàn)有的MCU應用中。例如,在MCU的幫助下,一個NFC標簽能夠取代門鎖鑰匙。MCU包含整個NFC堆棧、安保身份驗證軟件、以及控制外設(其中包括伺服器、電機和LED)的應用層。進一步講,這個組合在連接切換應用中提供省電功能和便利性,比如一個IoT網(wǎng)關(guān),在這個網(wǎng)關(guān)上,用戶可以充分利用Wi-Fi網(wǎng)絡內(nèi)器件的簡單、一鍵設置/配置功能。

  2、MCU運行應用

  在第3個架構(gòu)中,無線連通性解決方案包含與SimpleLink Wi-Fi® CC3000模塊內(nèi)相類似的網(wǎng)絡堆棧,以及類似于MSP430G2xx超值系列 (Value Line) MCU等運行主機應用的單獨處理器。從軟件的角度出發(fā),這個配置可實現(xiàn)MCU上的最小RF開銷。

  它非常適合于功能齊全且不會經(jīng)常發(fā)生變化的RF協(xié)議。這通常是指定義明確且完全成熟的RF技術(shù),其中包括Wi-Fi或GPS(以及某些Bluetooth)。除非絕對必要,這種情況有助于最大限度地減少RF堆棧的現(xiàn)場更新或重新編程。它還有助于簡化代碼開發(fā)工作,其原因是開發(fā)人員能夠依靠打好包的RF堆棧來進行開發(fā)并專注于MCU中的高級應用。RF堆棧與應用層的隔離使得MCU能夠?qū)⒈M可能多的硬件資源和帶寬用于應用。
本文選自《嵌入式技術(shù)特刊》,更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容,馬上下載閱覽

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