如何爲物聯網選擇合适微控制器

微控制器在物聯網部署方面比其他(tā)處理(lǐ)器具有優勢，包括高(gāo)效的能(néng)源使用(yòng)。了(le)解微控制器選擇的市場和(hé)标準。 微控制器是物聯網部署中最常用(yòng)的組件之一，但(dàn)爲每個物聯網項目選擇合适的微控制器需要一些(xiē)考慮。 小(xiǎo)型集成電路通常包括處理(lǐ)器、存儲器以及輸入和(hé)輸出外(wài)圍設備——所有這(zhè)些(xiē)都包含在單個芯片上(shàng)。它專用(yòng)于控制有限數量的功能(néng)——通常隻是一個操作(zuò)，例如調節設備中機電系統的操作(zuò)。微控制器設計(jì)執行一項特定任務，然後将其嵌入到(dào)一個系統中，并在其中永久運行該功能(néng)。 帶有RAM、ROM和(hé)外(wài)圍設備的微控制器單元(MCU)可以獨立運行。獨立操作(zuò)，尤其是結合其小(xiǎo)尺寸時(shí)，使其非常适合物聯網部署。它還具有能(néng)源效率，這(zhè)意味着它的運營成本低(dī)，并且可以支持擴展的移動性和(hé)遠程部署。其軟件控制架構使其敏捷。 “當您考慮物聯網中的所有智能(néng)事(shì)物、小(xiǎo)工(gōng)具和(hé)設備時(shí)，您實際上(shàng)是在談論微控制器的世界。在許多情況下(xià)，MCU是這(zhè)些(xiē)小(xiǎo)型設備的大(dà)腦(nǎo)，它們通常對(duì)處理(lǐ)響應有非常具體的要求，電池壽命或傳感器數據收集，”VDC Research物聯網和(hé)工(gōng)業技術執行副總裁Christopher Rommel說。 對(duì)物聯網微控制器的需求不斷增長 根據Grand View Research2020年2月的一份報(bào)告，2019年微控制器的出貨量超過300億個。該研究公司表示，多功能(néng)設備（如車輛、機器人、醫(yī)療設備、移動無線電和(hé)家用(yòng)電器）對(duì)嵌入式控制系統的需求增加推動了(le)市場的發展。 GrandViewResearch預計(jì)2019年全球微控制器市場規模爲208.2億美(měi)元，并預測到(dào)2027年将達到(dào)477.4億美(měi)元，預計(jì)未來(lái)七年複合年增長率爲10.8%。該公司将這(zhè)種增長歸因于汽車和(hé)工(gōng)業領域自(zì)動化和(hé)人工(gōng)智能(néng)應用(yòng)的增加。 “微控制器是物聯網市場中使用(yòng)最廣泛的處理(lǐ)器類型之一。事(shì)實上(shàng)，物聯網/嵌入式應用(yòng)中使用(yòng)的MCU數量是CPU的85倍，”Rommel說。 物聯網微控制器的功能(néng) 物聯網連接産品和(hé)服務提供商Digi International無線設計(jì)服務部門(mén)的高(gāo)級首席解決方案架構師Kevin Eichhorst表示，微控制器爲物聯網帶來(lái)了(le)智能(néng)。 考慮使用(yòng)傳感器來(lái)确定儲罐是空(kōng)的、滿的還是介于兩者之間。傳感器可以進行測量，但(dàn)集成無線電的微控制器必須理(lǐ)解測量并将該信息引導回中心點，例如監測站(zhàn)。 專業服務公司EY的全球物聯網負責人Miroslaw Ryba表示：“微控制器通過實現(xiàn)解決方案流程的自(zì)主執行，爲物聯網解決方案網絡的分布式部分帶來(lái)自(zì)動化，在邊緣進行協調決策。” 但(dàn)是，并非所有IoT部署都使用(yòng)MCU。有些(xiē)使用(yòng)CPU、現(xiàn)場可編程門(mén)陣列、專用(yòng)集成電路或GPU。更大(dà)的物聯網技術，例如網關和(hé)邊緣服務器，需要較少的專業計(jì)算(suàn)，并且通常使用(yòng)提供更高(gāo)性能(néng)和(hé)支持更多通用(yòng)軟件和(hé)操作(zuò)系統堆棧的CPU。 “然而，即使在物聯網設備可能(néng)使用(yòng)另一種類型的處理(lǐ)器作(zuò)爲系統中的主要計(jì)算(suàn)單元的情況下(xià)，在更複雜(zá)的設計(jì)中，MCU通常仍可用(yòng)于子系統和(hé)外(wài)圍計(jì)算(suàn)，”Rommel說。“它們用(yòng)于解決實時(shí)、基于傳感器和(hé)冗餘需求的實用(yòng)性使它們成爲許多項目的明(míng)确選擇。” 選擇微控制器 有許多IoT微控制器制造商、産品類型（包括8位、16位和(hé)32位）以及進一步細分市場的用(yòng)例，這(zhè)使得選擇标準成爲IoT設計(jì)的重要組成部分。 “[物聯網微控制器]組件的核心因素定義規範将是用(yòng)例本身，它定義了(le)一組所需的功能(néng)性和(hé)非功能(néng)性特征，”Ryba說。 企業技術政策以及市場和(hé)政府法規也(yě)應影響選擇決策。專家表示，選擇标準包括： ?功能(néng)性和(hé)非功能(néng)性使用(yòng)适用(yòng)性； ?支持和(hé)發展因素； ?運營成本； ?環境、健康和(hé)安全風(fēng)險，以及相關的緩解成本；和(hé) ?網絡安全風(fēng)險暴露。 Eichhorst說，物聯網工(gōng)程師還應該考慮微控制器的接口，以及MCU有多少内存、速度和(hé)功耗。例如，工(gōng)程師可能(néng)需要知(zhī)道(dào)微控制器是否與藍牙集成。 [物聯網微控制器]組件的核心因素定義規範将是用(yòng)例本身，它定義了(le)一組所需的功能(néng)性和(hé)非功能(néng)性特征。Miroslaw Ryba全球物聯網負責人，安永 Eichhorst說，工(gōng)程師應該考慮外(wài)部因素，例如微控制器是否将成爲在極端溫度或條件下(xià)使用(yòng)的物聯網部署的一部分。例如，空(kōng)間系統中使用(yòng)的微控制器必須是抗輻射的。 專家還強調，在爲物聯網項目選擇合适的微控制器時(shí)，需要進行廣泛的思考。 隆美(měi)爾說：“現(xiàn)在，工(gōng)程組織在考慮MCU選擇時(shí)，不僅僅考慮速度和(hé)饋送，而是關注MCU對(duì)整個設備設計(jì)和(hé)部署生命周期的影響，這(zhè)一點至關重要。”“特别值得注意的是MCU供應商應該爲軟件開(kāi)發過程帶來(lái)價值，因爲後者對(duì)物聯網設備功能(néng)和(hé)差異化很(hěn)重要。” 隆美(měi)爾的公司就選擇處理(lǐ)器時(shí)對(duì)他(tā)們最重要的因素對(duì)工(gōng)程師進行了(le)調查，發現(xiàn)越來(lái)越多的人引用(yòng)了(le)與軟件和(hé)工(gōng)具相關的标準。 “除了(le)獲得集成軟件和(hé)開(kāi)發解決方案套件以幫助加速開(kāi)發的重要性日益增加之外(wài)，在選擇MCU時(shí)考慮設計(jì)的其他(tā)獨特要求通常也(yě)很(hěn)重要。長生命周期支持在工(gōng)業中非常重要任何電池供電設備的功耗考慮因素也(yě)是如此。”Rommel說。