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如何為物聯(lián)網(wǎng)選擇合適微控制器
微控制器在物聯(lián)網(wǎng)部署方面比其他處理器具有優(yōu)勢，包括高效的能源使用。了解微控制器選擇的市場和標(biāo)準(zhǔn)。
微控制器是物聯(lián)網(wǎng)部署中最常用的組件之一，但為每個物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目選擇合適的微控制器需要一些考慮。
小型集成電路通常包括處理器、存儲器以及輸入和輸出外圍設(shè)備——所有這些都包含在單個芯片上。它專用于控制有限數(shù)量的功能——通常只是一個操作，例如調(diào)節(jié)設(shè)備中機(jī)電系統(tǒng)的操作。微控制器設(shè)計執(zhí)行一項(xiàng)特定任務(wù)，然后將其嵌入到一個系統(tǒng)中，并在其中永久運(yùn)行該功能。
帶有RAM、ROM和外圍設(shè)備的微控制器單元(MCU)可以獨(dú)立運(yùn)行。獨(dú)立操作，尤其是結(jié)合其小尺寸時，使其非常適合物聯(lián)網(wǎng)部署。它還具有能源效率，這意味著它的運(yùn)營成本低，并且可以支持?jǐn)U展的移動性和遠(yuǎn)程部署。其軟件控制架構(gòu)使其敏捷。
“當(dāng)您考慮物聯(lián)網(wǎng)中的所有智能事物、小工具和設(shè)備時，您實(shí)際上是在談?wù)撐⒖刂破鞯氖澜纭Ｔ谠S多情況下，MCU是這些小型設(shè)備的大腦，它們通常對處理響應(yīng)有非常具體的要求，電池壽命或傳感器數(shù)據(jù)收集，”VDC Research物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)技術(shù)執(zhí)行副總裁Christopher Rommel說。
對物聯(lián)網(wǎng)微控制器的需求不斷增長
根據(jù)Grand View Research2020年2月的一份報告，2019年微控制器的出貨量超過300億個。該研究公司表示，多功能設(shè)備（如車輛、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、移動無線電和家用電器）對嵌入式控制系統(tǒng)的需求增加推動了市場的發(fā)展。
GrandViewResearch預(yù)計2019年全球微控制器市場規(guī)模為208.2億美元，并預(yù)測到2027年將達(dá)到477.4億美元，預(yù)計未來七年復(fù)合年增長率為10.8%。該公司將這種增長歸因于汽車和工業(yè)領(lǐng)域自動化和人工智能應(yīng)用的增加。
“微控制器是物聯(lián)網(wǎng)市場中使用最廣泛的處理器類型之一。事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)/嵌入式應(yīng)用中使用的MCU數(shù)量是CPU的85倍，”Rommel說。
物聯(lián)網(wǎng)微控制器的功能
物聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品和服務(wù)提供商Digi International無線設(shè)計服務(wù)部門的高級首席解決方案架構(gòu)師Kevin Eichhorst表示，微控制器為物聯(lián)網(wǎng)帶來了智能。
考慮使用傳感器來確定儲罐是空的、滿的還是介于兩者之間。傳感器可以進(jìn)行測量，但集成無線電的微控制器必須理解測量并將該信息引導(dǎo)回中心點(diǎn)，例如監(jiān)測站。
專業(yè)服務(wù)公司EY的全球物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)人Miroslaw Ryba表示：“微控制器通過實(shí)現(xiàn)解決方案流程的自主執(zhí)行，為物聯(lián)網(wǎng)解決方案網(wǎng)絡(luò)的分布式部分帶來自動化，在邊緣進(jìn)行協(xié)調(diào)決策?！?
但是，并非所有IoT部署都使用MCU。有些使用CPU、現(xiàn)場可編程門陣列、專用集成電路或GPU。更大的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，例如網(wǎng)關(guān)和邊緣服務(wù)器，需要較少的專業(yè)計算，并且通常使用提供更高性能和支持更多通用軟件和操作系統(tǒng)堆棧的CPU。
“然而，即使在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能使用另一種類型的處理器作為系統(tǒng)中的主要計算單元的情況下，在更復(fù)雜的設(shè)計中，MCU通常仍可用于子系統(tǒng)和外圍計算，”Rommel說?！八鼈冇糜诮鉀Q實(shí)時、基于傳感器和冗余需求的實(shí)用性使它們成為許多項(xiàng)目的明確選擇?！?
選擇微控制器
有許多IoT微控制器制造商、產(chǎn)品類型（包括8位、16位和32位）以及進(jìn)一步細(xì)分市場的用例，這使得選擇標(biāo)準(zhǔn)成為IoT設(shè)計的重要組成部分。
“[物聯(lián)網(wǎng)微控制器]組件的核心因素定義規(guī)范將是用例本身，它定義了一組所需的功能性和非功能性特征，”Ryba說。
企業(yè)技術(shù)政策以及市場和政府法規(guī)也應(yīng)影響選擇決策。專家表示，選擇標(biāo)準(zhǔn)包括：
?功能性和非功能性使用適用性；
?支持和發(fā)展因素；
?運(yùn)營成本；
?環(huán)境、健康和安全風(fēng)險，以及相關(guān)的緩解成本；和
?網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險暴露。
Eichhorst說，物聯(lián)網(wǎng)工程師還應(yīng)該考慮微控制器的接口，以及MCU有多少內(nèi)存、速度和功耗。例如，工程師可能需要知道微控制器是否與藍(lán)牙集成。
[物聯(lián)網(wǎng)微控制器]組件的核心因素定義規(guī)范將是用例本身，它定義了一組所需的功能性和非功能性特征。Miroslaw Ryba全球物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)人，安永
Eichhorst說，工程師應(yīng)該考慮外部因素，例如微控制器是否將成為在極端溫度或條件下使用的物聯(lián)網(wǎng)部署的一部分。例如，空間系統(tǒng)中使用的微控制器必須是抗輻射的。
專家還強(qiáng)調(diào)，在為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目選擇合適的微控制器時，需要進(jìn)行廣泛的思考。
隆美爾說：“現(xiàn)在，工程組織在考慮MCU選擇時，不僅僅考慮速度和饋送，而是關(guān)注MCU對整個設(shè)備設(shè)計和部署生命周期的影響，這一點(diǎn)至關(guān)重要?！薄疤貏e值得注意的是MCU供應(yīng)商應(yīng)該為軟件開發(fā)過程帶來價值，因?yàn)楹笳邔ξ锫?lián)網(wǎng)設(shè)備功能和差異化很重要?！?
隆美爾的公司就選擇處理器時對他們最重要的因素對工程師進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)越來越多的人引用了與軟件和工具相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
“除了獲得集成軟件和開發(fā)解決方案套件以幫助加速開發(fā)的重要性日益增加之外，在選擇MCU時考慮設(shè)計的其他獨(dú)特要求通常也很重要。長生命周期支持在工業(yè)中非常重要任何電池供電設(shè)備的功耗考慮因素也是如此?！盧ommel說。
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