關(guān)于家庭物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的多模無線連接實(shí)現(xiàn)方案

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)計(jì)人員能夠因應(yīng)各種應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但有越來越多的人并不滿意僅支持一種無線連接技術(shù)的通訊協(xié)議。這種情況在智慧家庭中最常見，因?yàn)槿狈?biāo)準(zhǔn)（或者更確切地說，它們其實(shí)也很多余）使得產(chǎn)品必須以各種方式進(jìn)行連接。甚至還有些工業(yè)系統(tǒng)也可以利用多模無線技術(shù)。這些情況正推動著對于具有多種無線功能的處理器需求。

Nest Protect煙霧探測器就是一個很好的例子。它采用Wi-Fi連接到家中路由器，裝置中還包括藍(lán)牙（Bluetooth）無線電，讓用戶能在安裝之前直接從手機(jī)或平板電腦配置產(chǎn)品。而在停電期間，這款以電池供電的裝置采用專有的802.15.4協(xié)議——Nest Weave，持續(xù)在家中進(jìn)行通信，而用戶則可以透過藍(lán)牙將手機(jī)的鬧鐘設(shè)定為靜音。這種多模無線技術(shù)的組合確保了優(yōu)化的連接性，同時轉(zhuǎn)向使用更低功耗的802.15.4協(xié)議，以延長電池壽命。

Nest Protect煙霧探測器透過基于802.15.4的無線協(xié)議Nest Weave彼此互連，并經(jīng)由Wi-Fi連接至家中路由器，還可以透過智能型手機(jī)的藍(lán)牙功能進(jìn)行控制智能門鎖通常包括一個攝影機(jī)，讓用戶在決定是否打開門鎖之前先看看是誰在門口。就像煙霧探測器一樣，門鎖通常經(jīng)由Zigbee或Z-Wave （均為802.15.4變化版本）進(jìn)行控制，即使斷電期間也可以進(jìn)行操作。但是這些簡單的接口并沒有用于視訊的帶寬，所以相機(jī)通常透過Wi-Fi連接。

智能家庭網(wǎng)關(guān)通常包含多種協(xié)議。這些網(wǎng)關(guān)通常整合于控制面板中，作為各種物聯(lián)網(wǎng)裝置的中樞。例如，XFinity Home平臺提供了一個觸控面板，該面板使用Wi-Fi連接到因特網(wǎng)和監(jiān)控攝影機(jī)，但透過Zigbee連接到安全傳感器和其他智能設(shè)備。某些型號還包括一款蜂窩調(diào)制解調(diào)器，因此即使是在因特網(wǎng)聯(lián)機(jī)中斷的情況下，仍然可以傳送緊急警報。網(wǎng)關(guān)也可以作為獨(dú)立的裝置，如Wink Hub，能夠透過Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、Z-Wave、Thread以及其他協(xié)議進(jìn)行通訊。

雖然工業(yè)環(huán)境可以得到更好的控制，但廠房設(shè)施最終通常會使用不同協(xié)議的多套物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。例如，智能照明系統(tǒng)可能使用Zigbee，而資產(chǎn)追蹤依賴于藍(lán)牙。當(dāng)系統(tǒng)由不同的部門在不同的時間安裝時，經(jīng)常會發(fā)生這種不匹配的情況。在這些情況下，多協(xié)議網(wǎng)關(guān)能夠簡化物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集和控制。如同消費(fèi)裝置一樣，添加藍(lán)牙就能讓手機(jī)或平板電腦更加簡單地配置和管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

將多個無線芯片添加到基于微控制器（MCU）的基本設(shè)計(jì)，可能使其變得非常復(fù)雜且成本高昂。更好的解決方案之一是選擇一款多協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)處理器。例如，高通（Qualcomm）的QCA4020結(jié)合Cortex-M4子系統(tǒng)以及Wi-Fi、藍(lán)牙和802.15.4等三種無線協(xié)議。雖然有些系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能會省略5GHz天線以降低成本，但為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，這款芯片采用了雙頻（5GHz/2.4GHz） 802.11n Wi-Fi的設(shè)計(jì)。該芯片還建置了最新的藍(lán)牙5協(xié)議，可在連接至兼容裝置的同時擴(kuò)展范圍，它同時也支持新的藍(lán)牙網(wǎng)狀協(xié)議。

這三種無線技術(shù)整合了基帶、收發(fā)器和放大器（PA/LNA），從而減少了BOM。該芯片包括一個專用的CPU和內(nèi)存，以及第二個CPU和內(nèi)存，用于處理藍(lán)牙和802.15.4 MAC，從主Cortex-M中卸除這些任務(wù)并提高安全性。硬件共存引擎有助于Wi-Fi和藍(lán)牙MAC協(xié)調(diào)使用2.4GHz天線，以避免降低支持單獨(dú)無線芯片的系統(tǒng)性能。

Cortex-M4F CPU工作頻率高達(dá)128MHz。除了32KB L1快取之外，CPU還可以利用芯片SRAM。即使加載了基本的RTOS和驅(qū)動程序，內(nèi)存也為應(yīng)用程序留下了300KB以上的空間，而無需使用外部DRAM。然而，QCA4020依靠外部閃存，支持QSPI連接的就地執(zhí)行（XIP）協(xié)議。該芯片還包括安全引擎和通用裝邊設(shè)備，包括串行端口、A/D轉(zhuǎn)換器以及USB 2.0。

相較于市場上多家供應(yīng)商提供整合一個或甚至兩種無線協(xié)議的MCU，QCA4020則是一款支持3模的物聯(lián)網(wǎng)處理器。隨著越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員試圖將多種無線協(xié)議添加到系統(tǒng)中，這一類微處理器將有助于簡化其物料清單（BOM）并縮短設(shè)計(jì)時間。

編輯：hfy