随着越来越多的设备接入物联网,不只要求更多的无线连接功能和更高安全性,还需要低成本、低功耗等,因而以往 MCU+无线芯片的分立方案出现了“危机”,早在几年前,集成就已是心照不宣的选择。因此我们看到,市场上出现了 Silicon Labs、德州仪器、恩智浦、意法半导体、赛普拉斯、Microchips 等公司推出了众多的无线 MCU 产品系列,一时间,无线 MCU 已成蔚然之势。


诚然,这一集成带来了新的挑战,例如如何配置芯片的硬件资源,支持不同协议的运行;如何在芯片复杂性增加的前提下,依然保持低功耗的特性;如何提供多协议应用的可靠、易用的开发工具等。近日在慕尼黑电子展上,Silicon Labs 物联网 MCU 与无线产品经理 Matt Maupin 就对与非网记者指出,无线协议栈的调试、生态系统搭建及系统级设计支持均是挑战。

 

慕尼黑电子展上 Silicon Labs 的展位


Matt 提到,以往解决方案是单核 MCU+无线芯片,不仅成本更高,而且单核既需要跑应用也需要跑无线协议,因而需要分时系统,更加复杂。同时任务处理时间长,因而功耗更高。而从集成之后的架构来看,一般无线 MCU 以 ARM Cortex-M4 来配置,有助于在实时性、安全性方面获得优势,同时实现功耗优化。

 

Silicon Labs 物联网 MCU 与无线产品经理 Matt Maupin


作为专注于物联网应用的 MCU 厂商,Silicon Labs 的无线 MCU 产品系列基于其专为物联网打造的 MCU 平台 Gecko 系列,目前已拥有支持众多无线通信协议的多个无线 MCU 产品系列,包括蓝牙、BLE、蓝牙 mesh、WiFi、Zigbee、Sub-1GHz、Thread、Z-Wave 以及支持动态多协议的产品,提供丰富的产品组合。

 

Silicon Labs 展出的无线 MCU 产品解决方案


而面对市场上众多的竞争对手,一款无线 MCU 产品胜出的关键在这样几个要素。


硬件平台
通常无线 MCU 都是脱胎于厂商原有的一个 MCU 平台,比如恩智浦的 KW 无线 MCU 是基于 ARM Cortex-M 架构的 Kinetis 系列 MCU 中的一个子类,德州仪器的 SimpleLink 无线 MCU 平台背后则是 MSP430 MCU 的基因。


无线 MCU 有一个好“出身”对开发者的意义在于,原有的 MCU 平台已经经过了市场的验证和打磨,比较保险,同时原有 MCU 平台上很多成熟的资源可以复用,能够确保更快获得因应市场变化的新品。


选定了硬件平台,开发者就需要根据特定的应用场景去挑选适合的产品。MCU 主处理器的计算能力和片上存储容量是两个最主要的因素,因为它们决定了是否有足够的计算资源和存储空间去同时跑无线协议和运行应用程序。


有的无线 MCU 还将无线协议的运行卸载到一个专门的协处理器上,以减少主处理器的计算负荷。厂商通常会提供不同硬件配置的产品,开发者需要根据实际应用和未来扩展的需求,做综合的考量和选择。


Matt 强调,Silicon Labs 的 Gecko MCU 系列是专为物联网应用打造的 MCU 平台,经过多年市场检验在客户中具有极好的认知和口碑,这一平台也成为其无线 MCU 产品取得市场成功的关键。


软件资源
MCU 选型单看硬件显然不够,软件和开发工具的支持同样重要。除了 MCU 开发常用的开发换环境,提供无线互连相关的软件也是无线 MCU 比拼的重点。同时,开发平台的兼容性也很重要。Matt 指出,因为物联网应用和系统设计的复杂性,芯片厂商不仅要为客户提供硬件产品,还需要能够站在系统层面为其提供设计建议和参考,为此 Silicon Labs 在软件上投入很多精力,甚至为物联网应用的客户提供了一套物联网操作系统 Gecko OS,旨在帮助客户简化系统设计。


而很多软件支持也对应着无线通信协议的 IP 化趋势,如 Silicon Labs 最近推出的 Wireless Xpress 模块可免编程实现蓝牙和 Wi-Fi 连接,这种产品特别适用于 M2M 的商业应用场景,“客户无需了解无线协议的开发,加速产品开发和上市时间。”Matt 如是说。


是否支持多模
为了适应多样化的物联网应用需求,现在芯片厂商陆续推出了一些支持“多模”无线互连的产品,即动态多协议无线 MCU 产品。Matt 介绍,Silicon Labs 推出了三个系列的动态多协议无线 MCU 产品,包括同时支持专有 2.4GHz 和 Sub-GHz 的 Flex Gecko,同时支持 BLE、专有 2.4GHz、Sub-GHz 和多协议 1GHz 以下 BLE 的 Blue Gecko,以及同时支持 Zigbee、Thread、BLE、专有 2.4GHz、Sub-GHz 和多协议 1GHz 以下 BLE 的的 Mighty Gecko,这类多模无线 MCU 的出现,无疑会给开发者的产品定义带来更大的想象空间,也让跨国的终端设备厂商在面对不同国家和地域的无线应用市场时,可以实现灵活的备货策略。Matt 举了个智能家居的例子,在欧美国家,智能家居应用以 Zigbee 协议为主,而在中国市场上,则以蓝牙协议为主,如果一个终端设备厂商需要同时考虑不同国家市场的情况,这时,支持动态多协议的无线 MCU 芯片无疑是个不错的选择。


“我们一直密切关注客户需求,提前看到市场和技术的趋势。未来应用市场对无线 MCU 的需求是需要更小尺寸、更低功耗和更高的安全性。同时,我们越来越需要站在系统层面为客户考虑。”Matt 直言。

 

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