By Mary K. Pratt

微控制器是物聯(lián)網(wǎng)部署中最常用的組件之一，但如何為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目選擇合適的微控制器，則需要一些正確知識(shí)和思考。

這種小型集成電路通常包括處理器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出外圍設(shè)備——所有這些都包含在一個(gè)芯片上。它致力于控制有限數(shù)量的功能——通常只是一個(gè)單一的操作，比如調(diào)節(jié)設(shè)備中機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行。微控制器的設(shè)計(jì)執(zhí)行一個(gè)特定的任務(wù)，然后它被嵌入到一個(gè)系統(tǒng)中，在那里永遠(yuǎn)運(yùn)行這個(gè)功能。

微控制器單元（MCU）及其包含的RAM、ROM和外圍設(shè)備可以獨(dú)立運(yùn)行。獨(dú)立運(yùn)行，尤其是體積小巧時(shí)，使其自然而然地適合物聯(lián)網(wǎng)部署。它還具有節(jié)能性，這意味著它的運(yùn)營(yíng)成本較低，可以支持?jǐn)U展的移動(dòng)性和遠(yuǎn)程部署。它的軟件控制架構(gòu)使它變得敏捷。

“當(dāng)你想到物聯(lián)網(wǎng)中的所有智能事物、小工具和設(shè)備時(shí)，你實(shí)際上是在談?wù)撐?a target="_blank">控制器的世界。在許多情況下，MCU是這些小型設(shè)備的大腦，它們通常對(duì)處理響應(yīng)、電池壽命或傳感器數(shù)據(jù)收集有非常具體的要求，”VDCResearch公司物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)技術(shù)執(zhí)行副總裁克里斯托弗·隆美爾說(shuō)。

物聯(lián)網(wǎng)微控制器需求增長(zhǎng)

根據(jù)GrandViewResearch于2020年2月發(fā)布的一份報(bào)告，2019年微控制器出貨量超過(guò)300億臺(tái)。這家研究公司表示，對(duì)多功能設(shè)備（如車(chē)輛、機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)收音機(jī)和家用電器）中嵌入式控制系統(tǒng)的需求增加推動(dòng)了市場(chǎng)。

GrandViewResearch預(yù)測(cè)，2019年全球微控制器市場(chǎng)規(guī)模為208.2億美元，并預(yù)測(cè)到2027年將達(dá)到477.4億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)7年復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.8%。該公司將增長(zhǎng)歸因于汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化和人工智能應(yīng)用的增加。

物聯(lián)網(wǎng)處理器是市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的微處理器類(lèi)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倍以上，”隆美爾說(shuō)。

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DigiInternational無(wú)線設(shè)計(jì)服務(wù)部高級(jí)首席解決方案架構(gòu)師KevinEichhorst表示，微控制器為物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了智能。

考慮使用傳感器來(lái)確定油箱是空的、滿(mǎn)的還是介于兩者之間。傳感器可以進(jìn)行測(cè)量，但無(wú)線電集成微控制器必須了解測(cè)量結(jié)果，并指示該信息回到中心點(diǎn)，如監(jiān)控站。

專(zhuān)家MiroslawRyba表示：“微控制器通過(guò)實(shí)現(xiàn)解決方案過(guò)程的自主執(zhí)行，將自動(dòng)化帶到物聯(lián)網(wǎng)解決方案網(wǎng)絡(luò)的分布式部分，從而在邊緣做出協(xié)調(diào)決策?！?/p>

然而，并非所有物聯(lián)網(wǎng)部署都使用MCU。有些使用cpu、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、專(zhuān)用集成電路或gpu。更大的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如網(wǎng)關(guān)和邊緣服務(wù)器，需要較少的專(zhuān)門(mén)計(jì)算，并且通常使用CPU來(lái)提供更高的性能和對(duì)更通用軟件和操作系統(tǒng)堆棧的支持。

隆美爾說(shuō)：“然而，即使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能使用另一種處理器作為系統(tǒng)的主要計(jì)算單元，MCU仍然可以用于更復(fù)雜設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)和外圍計(jì)算。”它們?cè)跐M(mǎn)足實(shí)時(shí)、基于傳感器和冗余需求方面的實(shí)用性使其成為許多項(xiàng)目的明確選擇?！?/p>

選擇微控制器的技巧

有許多物聯(lián)網(wǎng)微控制器制造商、產(chǎn)品類(lèi)型（包括8位、16位和32位）以及進(jìn)一步細(xì)分市場(chǎng)的用例，這使得選擇標(biāo)準(zhǔn)成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的重要部分。

Ryba說(shuō)：“定義物聯(lián)網(wǎng)微控制器組件規(guī)范的核心因素是用例本身，它定義了一組必需的功能性、非功能性特征?！?/p>

公司的技術(shù)政策，以及市場(chǎng)和政府的法規(guī)，也應(yīng)該影響選擇的決定。專(zhuān)家表示，選擇標(biāo)準(zhǔn)包括：

█ 功能和非功能使用的適用性；
█ 支持和發(fā)展因素；
█ 運(yùn)營(yíng)成本；
█ 環(huán)境、健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，以及相關(guān)的緩解成本；
█ 網(wǎng)絡(luò)安全面臨風(fēng)險(xiǎn)。

IoT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，Eichhorst舉例表示，工程師可能需要知道微控制器是否與藍(lán)牙集成。

工程師們應(yīng)該考慮外部因素，比如微控制器是否會(huì)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，艾希霍斯特說(shuō)。例如，在太空系統(tǒng)中使用的微控制器必須是抗輻射的。

專(zhuān)家們還強(qiáng)調(diào)，在為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目選擇合適的微控制器時(shí)，需要有廣泛的思考。

來(lái)源：千家智能家居網(wǎng)

審核編輯 黃昊宇