通過云身份驗(yàn)證和多種通信功能滿足現(xiàn)代連接要求

在現(xiàn)代電子學(xué)的格局中，萬物互聯(lián)。這包括內(nèi)部連接的MCU、傳感器、控制器和外圍設(shè)備，以及與無線通信和云服務(wù)的外部連接。對于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和開發(fā)人員來說，連接性和通信標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的多樣性往往令人費(fèi)解。隨著對嵌入式安全性的日益重視，現(xiàn)在外部和內(nèi)部通信增加了另一層復(fù)雜性，在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）或無線傳感器應(yīng)用中沒有分配任何額外的功率。

這個通用連接的新時代產(chǎn)生了對簡單安全解決方案的需求，以在各種嵌入式應(yīng)用程序中連接到云。本文旨在交流使用嵌入式連接和通信技術(shù)的嵌入式設(shè)計(jì)人員所面臨的最新考慮因素和挑戰(zhàn)，特別是由數(shù)字信號控制器 （DSC）、微控制器 （MCU） 和微處理器 （MPU） 驅(qū)動的設(shè)計(jì)人員。此外，本文還將介紹Microchip的硬件解決方案、軟件工具/資源以及新的支持云的開發(fā)板和器件如何通過有競爭力的功能和可靠的安全技術(shù)幫助設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)不斷縮短的產(chǎn)品開發(fā)周期目標(biāo)。

新興互聯(lián)應(yīng)用與新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

一起成長 對于嵌入式應(yīng)用，內(nèi)部連接和外部通信經(jīng)過設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以促進(jìn)系統(tǒng)組件、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、處理單元和存儲單元之間的數(shù)據(jù)和信號交換。因此，對連接或通信功能的要求由它們所服務(wù)的應(yīng)用程序決定。主要應(yīng)用是將本地和基于云的智能可靠地連接到分布式傳感器、執(zhí)行器和控制器，具有低延遲和高功率效率，在小型、可升級的組件中確保安全性，同時易于集成和開發(fā)，適用于廣泛的應(yīng)用。新興的聯(lián)網(wǎng)汽車、人工智能、智能傳感器、智能邊緣/智能網(wǎng)格和新的數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)是影響捕獲和通信數(shù)據(jù)類型和數(shù)量的主要因素。由于有無數(shù)的要求，還需要有多種連接和通信選項(xiàng)可供選擇，以滿足這些不同的應(yīng)用。

對于大多數(shù)DSC、MCU和MPU來說，這并不總是一個簡單或直接的目標(biāo)，這些目標(biāo)通常在集成連接和通信外設(shè)方面受到限制。此外，添加外部外設(shè)通常會增加BOM的復(fù)雜性，導(dǎo)致更大的系統(tǒng)尺寸，需要更復(fù)雜，有時甚至是高速的數(shù)據(jù)線以及PCB層和布局，降低電源效率，使系統(tǒng)更容易受到干擾，甚至可能引入安全漏洞。

另一個注意事項(xiàng)是，常見的連接和通信接口（如USB和以太網(wǎng)）通常很難實(shí)現(xiàn)為外部外設(shè)且成本高昂。實(shí)現(xiàn)USB和其他高速數(shù)據(jù)連接和通信技術(shù)所需的額外時序，RAM和其他支持硬件也往往會增加復(fù)雜性。物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子的成本。除了這些其他挑戰(zhàn)之外，確保嵌入式設(shè)備和云服務(wù)之間的安全連接的過程有時模糊且通常很艱苦。

具有多種集成外設(shè)和設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)代化 DSC/MCU/MPU，以應(yīng)對互聯(lián)世界

降低 BOM 成本/復(fù)雜性、PCB 布線復(fù)雜性、占位面積、功耗和設(shè)計(jì)時間的一種方法是利用具有集成外設(shè)和功能的 DSC、MCU 和 MPU，無需額外的外部組件和連接。在前幾年，只有有限的器件選擇，集成外設(shè)數(shù)量有限，設(shè)計(jì)人員/開發(fā)人員需要對設(shè)計(jì)所需的每個附加外設(shè)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和測試。這需要在相對較少的串行接口、UART和GPIO引腳之間平衡通信，這些引腳不一定能夠達(dá)到汽車等關(guān)鍵應(yīng)用所需的速度和可靠性。

現(xiàn)在有嵌入式設(shè)備集成了各種外設(shè)，并包括許多功能，有助于降低設(shè)計(jì)和開發(fā)復(fù)雜性，同時提高電源效率和其他性能方面。如果外設(shè)是獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)（CIP），則可以增加外設(shè)的這種集成，它們可以在不增加CPU負(fù)擔(dān)甚至喚醒CPU的情況下完成操作，并降低整體功耗。這些集成外設(shè)的關(guān)鍵是連接和通信接口以及嵌入式設(shè)備支持的協(xié)議。例如，USB是許多嵌入式應(yīng)用必須克服的常見障礙。由于USB接口的時序要求非常嚴(yán)格，因此需要板載晶體振蕩器和相關(guān)電路來保持定時精度。Microchip通過提供各種帶有集成USB接口的MCU（8/16/32位MCU）和16位DSC，解決了這一挑戰(zhàn)，其中一些能夠足夠精確地定時，無需外部晶體振蕩器，并且具有USB OTG功能。

許多Microchip的USB MCU/DSC還增加了許多額外的連接和通信外設(shè)，包括通用電機(jī)控制和汽車協(xié)議。這包括幾個16位DSC和32位MCU系列，這些系列具有集成的CAN，CAN FD，SENT，LIN，AUTOSTAR甚至支持CAN和DALI和DMX等照明協(xié)議的8位MCU。支持汽車和工業(yè)協(xié)議的MCU和DSC還具有符合標(biāo)準(zhǔn)的功能安全特性，易于合規(guī)和高溫操作，使其能夠在安全關(guān)鍵型工業(yè)和汽車應(yīng)用中使用。

一些通信協(xié)議，特別是在汽車應(yīng)用（如AUTOSAR）中，往往需要大量的閃存和RAM。因此，Microchip支持這些協(xié)議的解決方案還具有必要的集成存儲和存儲器，以支持這些協(xié)議等。其他兼容的協(xié)議和接口包括TCP/IP、UARTS、I2C、SPI等。TCP/IP協(xié)議相當(dāng)復(fù)雜，Microchip為每個兼容的MCU提供了交鑰匙TCP/IP庫。

除了有線連接之外，下一代通信設(shè)備越來越多地轉(zhuǎn)向無線連接，無論是連接到互聯(lián)網(wǎng)/云，主機(jī)/控制器之間還是通過直接通信或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相互連接。嵌入式設(shè)備最常見的無線通信技術(shù)包括Wi-Fi?，藍(lán)牙?，IEEE 802.15.4（zigbee?）和LoRa，以及其他各種ISM頻段和未經(jīng)許可的RF通信。

由于大多數(shù)嵌入式開發(fā)人員都不是RF工程師，因此外部無線模塊是實(shí)現(xiàn)無線通信的最常見方式。Microchip提供各種無線模塊，以及具有內(nèi)置光柵無線通信功能的空間、時間和成本節(jié)省的MCU。這些集成解決方案包括完整的 Wi-Fi 模塊、藍(lán)牙 MCU、IEEE 802.15.4 MCU、LoRa MCU 以及各種免許可和 ISM 頻段集成 MCU。利用這些高度集成的無線通信MCU有助于節(jié)省功耗，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性并加快上市時間，這在競爭激烈且快節(jié)奏的物聯(lián)網(wǎng)和智能家居市場中至關(guān)重要。

云合作伙伴關(guān)系加快上市時間并簡化安全性

云服務(wù)可以極大地增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)或智能家居設(shè)備的功能和價(jià)值。例如，云服務(wù)可以使用機(jī)器智能、用戶自定義/控制、無線 （OTA） 更新、通知、實(shí)時分析等實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)功能。然而，整合支持這些功能的通信硬件和網(wǎng)絡(luò)功能也為惡意篡改甚至信息竊取開辟了無數(shù)的途徑。保護(hù)無線和有線嵌入式設(shè)備已成為OEM的主要關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)榭蛻粼絹碓叫枰玫陌踩詠肀Ｗo(hù)其個人數(shù)據(jù)并確保其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可靠運(yùn)行。

考慮到這一點(diǎn)，Microchip工程師與幾家領(lǐng)先的云服務(wù)合作，提供物聯(lián)網(wǎng)模塊和嵌入式設(shè)備，以簡化物聯(lián)網(wǎng)安全性并縮短當(dāng)前一代和下一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的上市時間。特別是，這包括物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板、套件和與谷歌的物聯(lián)網(wǎng)核心、亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、微軟Azure和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)加入服務(wù)器進(jìn)行LoRa身份驗(yàn)證的設(shè)備。以上內(nèi)容包括用于快速開發(fā)的 Microsoft 認(rèn)證的 Azure IoT 初學(xué)者工具包，以及支持設(shè)備標(biāo)識符組合引擎 （DICE） 和 Azure IoT Hub 設(shè)備預(yù)配服務(wù) （DPS） 的 IoT 開發(fā)工具包。

AVR-IoT WG 和 PIC-IoT WG 開發(fā)板是使用 Google IoT Core 開發(fā)應(yīng)用程序的快速入門方法，并集成了 8 位 ATmega4808 或 PIC24FJ128GA705 MCU、完全認(rèn)證的 ATWINC1510 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)控制器和 ATECC608A CryptoAuthentication? 安全元件 IC。以上組合形成一個不需要額外硬件進(jìn)行編程和調(diào)試的電路板，預(yù)加載的固件映像可實(shí)現(xiàn)即時設(shè)置和與 Google Cloud IoT 平臺的通信。兩款支持 Wi-Fi 的開發(fā)板都與 MPLAB? X IDE 兼容，并且可以輕松編程。h 免費(fèi)提供的 Atmel Start 和 MPLAB 代碼配置器 （MCC）。此外，ATECC608A 加密認(rèn)證 IC 可與其他設(shè)計(jì)集成，并提供與 AVR-IoT 和 PIC-IoT 開發(fā)板相同的安全服務(wù)，這使其成為探索 Google IoT Core 應(yīng)用和原型設(shè)計(jì)的絕佳工具。

此外，ATECC608A IC 還與 Amazon AWS IoT Core 兼容，可用于為 AWS IoT 設(shè)備啟用零接觸預(yù)置 （ZTP）。ZTP 意味著 IoT 設(shè)備可以在 Microchip 的安全設(shè)施中預(yù)先預(yù)置 AWS 云服務(wù)，并且不會向外部暴露任何安全密鑰。借助 ZTP，OEM 也不必為配置設(shè)備構(gòu)建安全的基礎(chǔ)架構(gòu)，從而在部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)時節(jié)省時間和金錢。此外，AWS 還提供 IoT Greengrass 硬件安全集成作為 IoT Greengrass Core 軟件的一部分，該軟件可用作與微處理器無關(guān)的安全解決方案，為任何基于 Linux? 的 IoT 產(chǎn)品提供真正的硬件安全密鑰存儲。還有一個用于AWS IoT的ZTP套件版本，或者一個插座的AT88CKSCKTUDFN-XPRO附加板可以與其他Microchip開發(fā)板一起使用，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的快速原型設(shè)計(jì)和測試。

結(jié)論

在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居和互聯(lián)汽車電子的多路復(fù)用世界中，明顯缺乏簡單的解決方案。這些不斷增長的市場的多樣性、競爭性和可變性幾乎保證了在為這些市場構(gòu)建解決方案時的高度復(fù)雜性，以及大量的設(shè)計(jì)和開發(fā)負(fù)擔(dān)。給這些解決方案帶來一些最重大挑戰(zhàn)的一個領(lǐng)域是連接和通信功能。具有集成連接接口和通信模塊的Microchip DSC、MCU和MPU（包括新的物聯(lián)網(wǎng)云就緒解決方案）在緩解設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)方面大有幫助，這些解決方案具有高能效、可靠、安全的特點(diǎn)，并且可以及時投放市場，從而實(shí)現(xiàn)可行性和盈利。

審核編輯：郭婷