連接和計算是物聯(lián)網(wǎng)的兩大支柱。隨著無線電技術(shù)在吞吐量和能力方面的提高，對構(gòu)成系統(tǒng)大腦的嵌入式計算的需求也必須發(fā)展。他們有。如今僅消耗毫瓦功率的低成本微控制器比 1990 年代后期基于奔騰 II 的臺式 PC 具有更高的計算能力。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在計算能力和所需帶寬方面形成了一系列功能——從計算步數(shù)的鞋子到需要流式傳輸高分辨率圖像和視頻的數(shù)碼相機。同樣，一系列微控制器/片上系統(tǒng) （SoC） 架構(gòu)和無線電技術(shù)可用于創(chuàng)建高效的系統(tǒng)。但是，從無數(shù)可用的選項中進行選擇并不總是那么簡單。有時它甚至是違反直覺的。

MCU供應(yīng)商擁有一系列專有CPU內(nèi)核已有很長時間了。但是，在當(dāng)今世界，您的設(shè)計有望與生態(tài)系統(tǒng)中的其他設(shè)備兼容，并且您的智力投資將是可重復(fù)使用的。這促使MCU供應(yīng)商選擇標(biāo)準(zhǔn)處理架構(gòu)來構(gòu)建其控制器。ARM成為大多數(shù)MCU制造商事實上的選擇。ARM處理器是計算和連接革命的核心，提供了廣泛的處理器產(chǎn)品組合，可用于從傳感器到智能手機再到超級計算機。

具有電池供電的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常使用低帶寬、高效的無線電技術(shù)（如 BLE）使用短時間的數(shù)據(jù)突發(fā)與其他節(jié)點進行通信。設(shè)計用于支持這些無線電模塊的處理器需要匹配連接、應(yīng)用和電源要求。Cortex M0+ 和 M4 等入門級微控制器是這些節(jié)能、低成本物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的最佳選擇。M0+具有極低門數(shù)的優(yōu)點，使得將M0+與無線電集成在芯片面積方面非常經(jīng)濟高效。M0+足以運行典型的BLE堆棧以及相對較輕的應(yīng)用程序。另一方面，M4在此功率范圍內(nèi)具有很高的能效，除了無線電堆棧外，還可以處理相對復(fù)雜的應(yīng)用代碼。

對于某些應(yīng)用，設(shè)計人員更喜歡同時使用 M4 和 M0+ 內(nèi)核的組合。這種設(shè)計方法通常稱為異步多核體系結(jié)構(gòu)。多核MCU集成了足夠的資源，使CPU能夠并行處理密集型任務(wù)，并利用多任務(wù)處理效率。這些還允許開發(fā)人員有效地將系統(tǒng)事件分配給特定內(nèi)核，從而滿足適當(dāng)?shù)墓暮托阅苣繕?biāo)。例如，在雙核可穿戴設(shè)計中，可以將無線連接和傳感器接口等周期性功能分配給M0+代碼，而M4可以在RTOS環(huán)境中運行應(yīng)用代碼，而無需處理許多外部中斷。

另一方面，Wi-Fi應(yīng)用程序需要功能更強大的處理器。對于需要確定性和實時性能的應(yīng)用，如路由器，Cortex R 系列是事實上的選擇。但是，更高時鐘的 M4 或 M7 也可能足以滿足入門級 Wi-Fi 應(yīng)用的需求。另一方面，應(yīng)用（A 系列）處理器為高吞吐量（例如 802.11ac）和更高的應(yīng)用復(fù)雜性提供必要的硬件和軟件功能。

一旦設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，就會引入被黑客入侵的可能性。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性是一個不容商量的要素，無論設(shè)備是個人可穿戴手環(huán)還是聯(lián)網(wǎng)汽車。所有級別都需要數(shù)據(jù)保護，包括存儲、處理和通信期間，以確保系統(tǒng)可靠性。此外，處理數(shù)據(jù)的任何軟件或固件也應(yīng)受到保護。這種安全性可以在兩個級別上啟用 - 硬件和軟件。強大的物聯(lián)網(wǎng)安全產(chǎn)品組合使開發(fā)人員能夠保護其設(shè)備免受所有類型的漏洞的影響，同時部署最符合其應(yīng)用程序需求的安全級別。大多數(shù)MCU供應(yīng)商提供具有加密和篡改保護功能的內(nèi)置硬件。最新的 Cortex M 系列 CPU（如 M23、M33 和 M35P）也提供了內(nèi)置于 CPU 子系統(tǒng)中的安全功能，從而為 使用 M0+、M4 和 M7 的現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點提供了安全升級路徑。

除了集成無線電和CPU之外，其他幾個外設(shè)也理想地集成到同一個芯片中，以提供類似SOC的功能。例如，要構(gòu)建智能可穿戴設(shè)備，您需要一個用于無線通信的BLE控制器，一個用于用戶界面實現(xiàn)的觸摸MCU和顯示驅(qū)動程序，以及一個用于運行應(yīng)用的主MCU。這些多MCU的功能可以通過集成外設(shè)的單個高度集成的多核MCU提供。

功能豐富的MCU的推出在單芯片架構(gòu)中帶來了更高的系統(tǒng)集成度，已經(jīng)擴展到滿足基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用的要求。例如，物聯(lián)網(wǎng)MCU還集成了用于傳感器接口的模擬前端（AFE）、用于傳感器融合的計算引擎（ARM CPU）、片上存儲器、連接（BLE）和電容式觸摸接口（CapSense），使設(shè)計人員能夠為下一代便攜式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用構(gòu)建緊湊的小尺寸設(shè)計。這些功能集成在單個芯片中不僅降低了空間需求，還降低了系統(tǒng)成本和功耗。

審核編輯：郭婷