物联网

(本文作者瑞萨电子Stefan Ingenhaag)

每个工程项目在开发实作的过程中可能会受到诸多因素的制约,其中最主要的三大因素是效能、功耗和价格,人们通常需要对这些因素做出权衡和折衷。以这三个因素为顶点构成三角形,每个项目都有其「侧重点」,但根据产品、市场和时间会有不同的相对权重。

物联网(IoT)相关应用的潜在成长为供货商及其设计团队提供了新的机会,但也进一步扩大软硬件工程方面的挑战。硬件和软件密切相关,共同组成了平台,需要采取多种策略来最大程度地降低跨平台设计的复杂性。这些策略包括:

1限制传感器和变频器输入/输出

首先决定您的输入/输出需求是否采用固定或有限的数量和类型,或者是否需要扩展数量和提高类型的灵活性。这一决定会影响您对微控制器(MCU)和外部接口设备的选择。如果输入/输出不仅包含简单的低压数字点,还包括温度传感器、马达、甚至串行和并行格式的通讯线路,这一点就尤为关键。

2使用外部认证射频模块

很多情况下,独立于核心应用处理器的模块都具有重要意义。虽然高度整合的单芯片解决方案在电路板空间、功率和成本方面颇具吸引力,但倘若无线通信协议(protocol)、要求范围、甚至法规要求有任何的变化或扩展,都需要对设计进行重大改变,或者需要采用新的MCU和射频链路相关韧体。即便编码部分很简单(可能性不大),但MCU可能无法满足新的要求,而且需要升级,因此增加了开发时间和风险。

3以功率换取效能

弄清楚选择的MCU在功率与效能矩阵中的正确位置。当您沿着所需效能的曲线往上移,将会遇到阈值点,因此不得不使用体积和功耗更大的MCU。当您沿着曲线下移时,所需资源减少,则可考虑使用体积小、功率低、价格便宜的MCU。

请确保所选的特定MCU支持各种复杂的速度、功能和功率模式,这样才能优化操作顺序,最大程度降低总能耗,应对需要大功耗的操作。

4简化安全性

一些处理器具有专用的硬件嵌入特性,提供自动安全功能,并且不依赖任何应用软件,甚至所选的实时操作系统(RTOS)。这种方式可能会简化您所面对的安全挑战。如果您选的所有MCU都具有相同的嵌入式安全功能就更好了,因为无论选择哪一种处理器,都可以跨越物联网挑战中的这个重要部分。

5系统标准化

随着对大小/效能要求的变化,需要对低功耗8/16位MCU进行标准化,然后采用不同的内存大小(片上内存或外部内存);也可采用一个较大的32位MCU,虽然在低阶应用时会浪费一些容量,但具有代码和驱动器一致的优势,同时还能简化物料清单(BOM)和测试过程。

6操作系统选择

在某些情况下,一台简单、低成本的单线程操作系统便已足够,但也有很多项目需要采用实时操作系统。无论采用哪一种操作系统,都需要对小型、中型和大型操作系统版本的可扩展性和可用性做出评估。必须了解清楚最小版本的大小及其相应的功能——您肯定不希望当项目完成80%时,在操作系统的能力「遇到瓶颈」。

7硬件升级VS软件升级

在软件资源曲线上的一些关键点需要完成一些额外任务(开发时间,处理器资源),此时您必须做出以下选择,要么增加周边IC来为满载运作的MCU进行分流;要不选择一台指令周期更快的MCU。决策时,要分析何时需要一台功能更强大的MCU说明您将硬件任务交回软件,从而减少组件成本、电路板尺寸和功耗(原则上),但为此您可能要延长开发和除错(debug)时间。

8谨慎选择通讯协议

使用「较轻的」物联网优化通讯协议,而不要选择基于客户端/服务器HTTP的因特网浏览器模型,这样可以将堆栈和处理要求减少二倍或以上,便于应对多台物联网设备及其接口设备。随着市场要求日趋严苛,还需考虑当连接要求(通讯协议、速度和完整性)提高时会发生什么情况。

9在设计时间尽早制定测试计划

这一点非常重要而且复杂,特别是当设计中包含无线应用时。如何非正式、然后正式地验证最终产品是否符合市场、技术、行业标准和法规要求,会产品影响「调整修复」周期和上市时间。如果要在产品中增加针对不同应用的功能,就需对原型测试程序或生产测试设置做出改变,这会增加工作量,同时增添不确定性和风险。采用经过许可的预认证(precerTIfied)软硬件模块,可确保最终设计在许多方面的一致性和顺应性,但不是全部。如果有关设计和验证的任何高阶监管准则(如关于医疗产品可靠性的准则)影响到软件,都应该明了于心。如果这些准则不适用于所有产品,要清楚它们适用哪些产品。

10安全问题是重中之重

所采用的软件技术和策略应能跨产品满足应用要求,并与物联网用户接口(如果有的话)匹配,例如防火墙、身份验证和密码。

从分级列表中找出所需的安全资源,包括安全启动、身份验证、安全通讯、防火墙、篡改检测、事件报告、远程命令审查和策略管理,根据所拥有的软件资源,确保每一项的实际执行正确且可行。评估要提高各种产品的安全性是否必须采用更大或更快的MCU,制定计划验证实施的安全步骤是否可靠。

结论

随着新产品或附加产品的开发,「甜蜜点(sweet point)」无疑也需要相应地进行改变,以满足不断变化的要求,同时避免过度妥协。设计人员应纵观当前及未来的产品,选择适合的平台,尽量减少返工并提高重复利用率,确保上述变化不会对成本、进度或工作负荷造成不必要的影响。

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引言:物联网是雾计算,需推动公开参考架构如IP的发展以加快部署。

  物联网既是IC业倾心向往的市场,其碎片化应用亦让IC厂商“左右为难”。 “物联网是诸多垂直市场的集合,这些市场通过连接节点到云以提供服务。” ARM 处理器部门市场营销总监Ian Smythe认为,“物联网不是一个‘一刀切’的市场——分布在由末端节点到云的计算、存储和控制取决于特定的应用,这通常被称为雾计算(Fog Computing),也就是特定任务所需的资源能够在被需要的地方找到,而不是将其放在远离物联网终端节点的中心位置,这需推动公开参考架构如IP的发展以加快雾技术的部署。”问题来了,这种雾计算的潮流,为IP带来什么样的觉醒?

  IP发展分化为三大方向

  “物联网IP依赖于特定的应用——简单物联网节点需要非常低功耗的处理IP,通常结合模拟和MEMS功能,而更复杂的节点需要一个支持更丰富OS、图像处理和显示的IP。” Ian Smythe认为。

  国内芯片设计服务公司某技术负责人也表示,IP一贯的发展方式是把专业算法通过IC的方式来实现,物联网不同应用场景会影响IP及规格的定义,比如用电池供电和用电网供电对IP的功耗要求就是天上地下。

  他还提到,IP从概念到真正实现,通常大概经过算法原型设计、算法优化、C-Model设计、Verilog实现、RTL实现和优化、布线综合、Netlist交付等环节。虽然算法原型和算法优化最关键,但是每个环节都很重要,比如RDA起家就是因为RF芯片布线做到了极致。

  由于物联网涵盖太广,除去目前在手机和监控市场上已有的这些IP,未来要求更高的功耗控制IP、电磁波到能量转换的IP、各种传输协议的IP等等有很多空间,MCU也应会再次迎来春天。物联网新的市场总会带来新的格局,这是实现赶超的机会,研发适合市场需求的足够好的IP是实现赶超的方法。

  在这一过程中,也逐渐分化出三个方面值得关注。“一是物联网市场将有效推动定制SoC的增长,从而将导致对IP需求的增长,典型的是将模拟IP和数字IP结合。二是催生专业的IP需求。如可穿戴设备和物联网节点最初采用为智能手机设计的芯片组,而目前可看到诸多专门为可穿戴设计的芯片组。三是物联网的安全需求对IP的安全性提出新需求。”Ian Smythe分析说。

  而IP仅是提供了一个入口,更重要的是搭建IP生态链。“物联网构建于一个强大的生态系统之上,应提供一系列基于IP的广泛工具、软件和硅,使开发者能够有广泛的选择来开发出卓越产品。” Ian Smythe表示。

  安全IP成争战焦点

  随着物联网设备中的安全威胁越来越普遍,构置全方位的安全“防线”变得至关重要。新思科技产品市场经理Rich Collins分析认为,目前物联网在网络层、设备层和芯片层都会遭受攻击,而攻击的手段包括网络攻击、软件攻击、硬件攻击。

  在芯片层面,更易受到软件和侵入式硬件攻击。Rich Collins指出,就SoC而言,有诸多安全弱点,比如存储器件容易受到恶意应用攻击,ROM容易遭受IP盗用,总线容易受通过外设的软件攻击等等,而目前最难防的就是侧信道攻击,即针对加密电子设备在运行过程中的时间消耗、功率消耗或电磁辐射之类的侧信道信息泄露而对加密设备进行攻击。

  为此,新思推出了全新的SEM处理器,其在ARC家族SE的基础上进行了有效的安全优化,对林林总总的攻击可谓“层层设防、各个击破”。

  “SEM处理器添加了统一指令时序和时序/能耗随机化功能的侧信道抵御力,从而能有效地防止侧信道攻击;增强的内存保护单元和SecureShield技术简化了可信执行环境的开发; 带有内嵌指令/数据加密和地址加扰的防篡改流水线以及数据完整性,可检查能够抵御系统攻击和IP盗用;集成的监视器计时器可检测包括篡改在内的系统故障等。” Rich Collins详细说,“虽然增加了诸多安全功能,但ARC SEM的功耗仅增加了不到一成,客户可针对物联网应用开发更加安全的SoC。”

  虽然市场上的安全IP都有展所长,诸如ARM的TrustZone技术、Imagination的OmniShield技术等均在发挥用武之地。但Rich Collins表示,目前TrustZone只支持ARM的Cortex-A系列IP,但针对广大嵌入式应用的Cortex-M核并未集成该技术,因此ARC SEM可弥补这一市场空白。

  Rich Collins还指出,SEM处理器既可成主控制器,也可成加强安全性能的协处理器。“ARC EM处理器年出货量已超过15亿片,Intel等都是新思的重要客户,相信具有最高安全级别的ARC SEM处理器将在IoT市场大放异彩。”Rich Collins强调。

  异构计算开启破冰之旅

  伴随着人工智能、大数据、云计算的高速发展,对SoC提出了更高的要求,异构计算开始大行其道。然而,多数SoC虽在物理上实现了单芯片多核集成,但涉及多套工具和复杂流程,开发不易,优化更难,因而整体性能不高、功耗难降。

  为破解这一难题,Imagination最新推出了一款 64 位、多线程、多核、多集群的I6500 CPU,可在集群中连续部署内部异构和外部异构。

  MIPS处理器IP执行副总裁Jim Nicholas表示,I6500与上一代I6400的差异在于同步异构技术,它可实现64个集群,每一个集群可支持6核,而每核可配置为单线、双线或是四线程,最多可支持1536个处理单元。这些核和线程的配置是完全独立的,同时Imagination提供工具包和管理单元来确保核之间的通讯管理。

  Imagination首席执行官Andrew Heath强调,“对于内部异构,在单一集群中,设计人员能够通过不同的线程组合、不同缓存容量、不同频率甚至电压来配置每个CPU ,实现最优化的功耗;对于外部异构,I6500拥有ACE接口的最新MIPS一致性管理器,能与其他常用 ACE一致性架构解决方案相连,实现出色的系统效率;对于并行多线程,以广泛验证的双发射执行设计为基础,提供更高的效率。I6500 还具有 MIPS I6400 核率先支持的实时硬件虚拟化技术;在安全方面,I6500支持 OmniShield 技术,为安全奠定基础。”

  “它是业界多线程是唯一一个可以授权的技术。依据这一技术,可显著地提升性能至80%。与ARM不同的是,ARM只能针对核与集群两方面进行调节,而Imagination可通过将线程、核、集群三者结合来调整功耗跟性能的平衡,更具灵活性和定制性,对物联网和服务器等应用的SoC开发而言优势显著。” Jim Nicholas补充说。

  在MIPS领域的发力是Imagination重整之后的战略之一,目前其战略规划已十分具象。Andrew Heath表示,Imagination的三大核心IP专注于MIPS将不断提升异构能力,PowerVR将拓展在图像处理、虚拟现实、人工智能等方面的应用,Ensigma将侧重物联网应用及与WiFi和蓝牙的结合,强力聚焦于移动通讯、汽车、物联网、消费类电子、网络、AR/VR六大领域。

  Andrew Heath同时强调,中国是非常重要的市场,与Imagination未来的发展息息相关。Imagination将通过在中国扩充团队、扩展与各大高校的合作、加强与中国芯片厂商如炬芯等合作,助力搭建健康的生态系统。Imagination深知并不断践行“合作伙伴成功Imagination才真正成功”之道。

来源:智慧产品圈

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作者:同伟,Dialog公司产品营销经理

近来关于物联网(IoT)的讨论一直都很热闹,而许多新出现的物联网应用和设备对我们与世界的交互方式的影响将更为微妙,它们给我们的日常活动带来改进,而不是彻底颠覆。

以Tile公司的蓝牙低功耗(Bluetooth® low energy)追踪设备为例。这些产品可附缀于对我们很重要但经常容易找不到的东西,如办公室钥匙、钱包等等。Tile可以使我们在找不到这些重要物品时不再惊慌失措。

Tile追踪设备使用蓝牙低功耗传感器,与安装有Tile App的无线设备进行通信,并通过该无线设备将丢失物品的定位通知用户,范围大约为100英尺(约30米)以内。为帮助定位超出该距离范围的物品,Tile还通过该应用建立了世界上最大的“失物招领”网络,它可以将全球用户连接起来,帮助定位丢失物品。

虽然帮助我们的生活更有条理好像不是特别了不起的目标,但Tile和其他成功的物联网设备厂商的愿望,为物联网设备如何实现深入人心提供了完美的范例。例如,最近推出的Tile Slim可以让您轻松找到丢失的钱包。Tile产品采用的技术是物联网设备在未来更广泛应用中的技术架构的一个范例。
物联网的首要前提是广泛的设备与传感器的连接,无论规模是大是小。低功耗连接使开发人员能够为功耗受限的设备添加更多功能,同时保持尺寸小巧,从而扩大了其应用可能性。添加集成度越来越高的元件,通过即插即用方案简化新应用的开发,快速将新设备推向市场。

快速高效的连接是物联网背后的驱动概念

Tile追踪设备之间使用蓝牙协议进行无线通信,工作时无需消耗多少电能。在低功耗环境中支持这种连接是支撑起物联网概念的关键:能够持续交换数据的无线设备。

Tile及其追踪设备能够提供这种持久连接要归功于蓝牙连接的系统级芯片(SoC)。以Tile Slim为例,Dialog半导体公司的DA14580 SoC通过一个比钮扣还小的微处理器提供所有必要的电子电路及元件,提供支持追踪设备所需的蓝牙4.2连接和应用处理能力。

DA14580是Dialog SmartBond™产品线中的许多芯片之一,这些产品广泛用于采用蓝牙低功耗连接的各种日益复杂的电子设备。蓝牙低功耗标准最初形成于蓝牙4.0规范,并提供高达1 Mbps的传输速度,耗电仅0.01 w -0.5w,约为经典蓝牙技术的一半。

下一代SoC在这些规模经济的基础上提供比前代产品更快的蓝牙低功耗连接,同时保持迄今任何微芯片中最低的功耗和系统成本。

以市场上的最新SoC之一DA14681为例,采用ARM® Cortex™ M0处理器,在设备工作时可提供最大96 MHz处理速度,待机时电流消耗小于1µA,实现节能。这种灵活度对管理能够提供“始终在线”功能的多传感器阵列(与Tile类似)非常理想。当消费电子行业开始推广用于监测心脏或睡眠模式等(需要长时间的持续连接,以收集数据)的物联网设备,甚至工业应用(需要设备在装配线的不同阶段保持相互通信)时,下一代集成式芯片组的重要性将显现出来。

无缝集成推动物联网进步

这些特性的重要性在于,随着更多的物联网设备和传感器在未来几年得到部署,将有大量信息需要跟踪和分析。相应的,传感器和设备需要变得更小和更持久,使开发的新产品能够紧随市场的需求。

DA14681通过在其集成电源管理单元(PMU)中提供三个独立电源轨来增强其连接功能。这些电源轨除了为芯片内部电路供电,还为外部系统元件供电。不仅如此,PMU还集成了电量计和充电功能。因此DA14681能通过USB接口为电池充电,而SoC本身也可为整个物联网系统供电,无需额外的外部电源管理电路。

该产品和其他下一代芯片的出现表明,客户需要集成度更高的元件来开发和推出新型物联网设备,以免在创新方面滞后。Tile及其破纪录的外形尺寸只是集成方案的优点体现在终端设备的一个例子。

DA14681等先进SoC是极具前瞻性的系统,它们向开发人员提供了花最少精力开发功能完善的物联网设备所需的工具。他们只需要一个接口和电池,SoC具有使设备运行的处理能力和电源管理单元(PMU)功能。这些系统通过灵活的外部存储器接口向软件应用开发人员提供几乎无限的计算空间。
虽然SmartBond SoC代表目前的最佳产品,具有无可比拟的集成度和灵活性,但它仅仅是这些解决方案未来发展的起点。据预测,物联网连接设备数量将从现在的60亿激增至2025年的超过270亿,相当于未来十年保持16%的年复合增长率(CAGR)。提供这种大规模蓝牙低功耗连接的SoC需要继续以同样快的速度发展,以紧跟市场需求。

如果物联网市场继续保持快速创新,那么除了蓝牙低功耗应用之外,片上系统还会给我们带来无数的改变生活的新科技,物联网市场也会成为技术创新和进化的舞台。如果当前的市场预测准确,下一代物联网设备很快就会在我们生活中普及。

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在物联网时代,芯片产业很难再维持过去的辉煌,面对过于细分的应用市场,芯片产业又该如何应对?

半导体芯片行业近两年出现大规模并购风潮背后的原因何在?汹涌而来的物联网浪潮带给芯片产业怎样的冲击?为何一边是芯片公司对应用市场的迷茫,而另一边硬件产品开发者却又找不到合适的芯片?

▼芯片产业并购“疯”潮背后的困境与焦虑

半导体芯片行业在2015年发生史上规模最大的并购“疯”潮之后,2016上半年稍微平息,到下半年又“疯”波再起,接连出现几桩大规模的并购案例,包括高通收购NXP、ADI收购凌力尔特(Linear),瑞萨收购Intersil。

这背后透露出整个半导体芯片产业的困境与焦虑。在互联网和移动互联网时代,芯片技术决定了终端产品的升级换代,芯片有清晰而广大的产品应用市场。他们是整个消费电子市场的金字塔顶端。

但是,台式机电脑出货量已经连续8个季度下降,智能手机市场饱和,增长趋于停滞。更重要的是,物联网时代的来临宣告了芯片产业辉煌地位的终结。物联网碎片化的应用导致通用处理器芯片不再通用,如下图所示,仅仅智慧家庭产业就可以细分为如此众多的垂直细分市场,使得芯片厂商对自己芯片的定位和应用迷茫,尖端技术却找不到用武之地,只能用并购的规模化效应来暂时化解这种困境。

▼趋势一:碎片化、定制化代替标准化芯片

传统芯片设计由底层IP架构定义,芯片公司只需关注上游IP设计和下游方案开发公司,至于这颗芯片最终用在什么具体产品上,对芯片的设计影响不大。而实际上,在互联网和移动互联网时代,芯片的应用相对固化和泛化,一颗核心芯片十几万甚至上百万的销量并非鲜见。

但是到了物联网时代,应用的碎片化导致很难再有一颗芯片会有如此广泛的应用,需要由具体的产品应用来提出对芯片定义的要求。芯片公司不仅要知道客户(模块商、方案商)在哪里,有什么需求,还需要知道客户的客户(硬件产品开发商)在哪里,有什么需求。

甚至最终的产品开发商会越过模块商、方案商对芯片提出定制化要求,而这种芯片定制化的趋势将会越来越明显。因为市场上的存量芯片难以满足物联网的创新应用需求,定制化可以保证设计出来的芯片是最终产品所需要的。比如,美的最近向灿芯定制了一款用于空调上的Wi-Fi通信芯片,因为高通的同款芯片针对消费电子市场开发,不适合家电市场。

在未来物联网时代,为了适应碎片化的应用市场,芯片公司在芯片定义上将逐渐丧失主动权,更可怕的是,芯片的定价权可能会随同定义权一起丧失。

▼趋势二:IP与特定功能算法的深度结合

物联网应用强调场景化,即使是同一类芯片,应用于不同的场景,对芯片要求也随之改变。比如同样是视频芯片,用于监控摄像,环境光线是渐变的,对画面动态范围要求不高;而用于运动相机和车载视频,由于位置不断移动,环境光线变化明显剧烈,对画面动态范围要求就会高很多。

另外,很多物联网终端设备(比如智能可穿戴设备、智能家居设备)并不需要处理大量的数据。芯片的处理性能不是最关键的,反而芯片与具体应用、具体场景的结合更重要。比如用在智慧养老场景下的加速度传感器跌倒算法、用在智慧安防场景下的多人红外感应算法等。

因此芯片设计需要从应用出发,考虑如何支持应用于实际场景的功能算法,算法与芯片的结合将越来越深度化。目前,一些芯片公司已经看到了这样的趋势,不仅做芯片设计,还结合芯片的应用场景开发对应的算法。

比如瑞芯微推出图像处理器芯片RK1108,内置CEVA的DSP核,支持自己开发的图像优化算法,如静态和动态降噪、在弱光环境下自动提升画面清晰度等。同样,君正推出的视频图像处理芯片T10,也支持自己开发的一些列算法,如运动侦测、物体跟踪、人脸检测、车牌识别等,而且君正还在不断加大算法开发的力度。

▼趋势三:智慧家庭潜力巨大,服务反向定义芯片

智能手机的爆发替代电脑,给半导体行业带来了又一次的繁荣。如今智能手机行业巅峰已过,智慧家庭产业逐渐兴起。这将是比智能手机大10倍的又一新兴市场,同样会给半导体行业带来又一次更大的繁荣。

但是,智慧家庭产业比智能手机复杂得多。手机只是一个产品,所有的技术和功能都只由这一个产品来实现。智慧家庭涉及到的产品品类众多,连接的硬件单品数量庞杂。同时,智慧场景的实现由家居单品动作逐渐过渡到多产品组合联动,安防、健康、教育这些与服务相关的场景更需要云端的支持。

这种分层级的生态架构对芯片的要求各不相同。终端电器设备完成特定的生活功能,芯片定义需要内置特定的功能算法。比如智能洗衣机除了常规的电机控制,还需要识别出衣物的材质,决定针对不同材质衣物的最佳洗护模式。

家庭中枢除了家庭网关之外,还有一类可以控制多个电器实现一个完整的智能场景。这涉及到计算能力在终端与云端的分配,并非所有的信息分析和判断都交给云端处理。比如领耀东方的Smartbox产品,它可以控制家中的环境电器(包括风扇、空调、净化器、加湿器等),通过传感器检测家庭空气质量,然后控制环境电器协同工作,营造出舒适的空气环境。

类似于Smartbox这样的家庭中枢,介于终端设备与云平台之间,它不需要云平台强大的运算能力和大数据处理能力,也不像终端设备执行具体功能。它使用的芯片需要与联动模型算法结合,让多个智能家居产品之间能够协调工作。

云平台除了要做大数据处理,也需要与线下O2O结合提供增值服务。从家庭服务出发倒推出实现方案,以方案来定义芯片的技术实现。尤其在医疗健康领域,这种反向定义更为明显。比如,统捷公司提供的针对老年人的一整套医护方案,他们将中医号脉诊断的专家经验算法模型化,以算法模型为基础选择需要检测的人体体征参数及其精度,然后定义芯片如何实现,最终开发出能够检测出算法模型所需要的人体体征参数。

这种由服务需求出发提炼出专家算法,并以此定义芯片的方式会更加普遍。因为,在智慧家庭领域,与智能硬件相关的服务才是最有价值的。

总结:传统芯片产业由技术到产品的technology marketing思维在物联网与智慧家庭产业里逐渐失效,需要由“产品—服务—盈利模式”的应用思维来重新定义芯片设计与开发,能与具体应用场景和服务深度结合的算法芯片才具有长久的生命周期。否则,技术、资金、时间资源大量投入也换不回用户的称赞和订单。

来源:智慧产品圈

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物联网(IoT)安全一直是备受关注的议题,但目前欧美业者在应用中实作安全防护机制的案例仍比亚太区业者来得多。究其原因,除了欧美市场对安全议题更为重视外,实作安全机制所需投入的成本跟资源也是障碍之一。不过,近来亚洲业者对安全MCU的询问度已有明显升温,对物联网安全的需求可望萌芽。

意法半导体安全微控制器技术行销专案经理阎欣怡表示,随着越来越多产品添加联网功能,使用者个资外泄或系统被骇客远端入侵的事件也时有所闻,引发各界对物联网安全的重视。有鉴于此,以欧美为主的联网硬体制造商,已在产品的资讯安全及功能安全防护方面投入更多心力。

为了守护物联网应用产品的资讯安全及功能安全,产品制造商可以导入四大类防护机制,分别是加密记忆体、具备安全防护功能的韧体、在MCU程式码中加入加密函式库或采用专门的安全MCU来扮演安全元件(Secure Element)。就安全防护能力来说,安全MCU的防护等级最强,对绝大多数软/硬体骇客攻击手法都有对应的防御能力。但对产品制造商而言,因为要导入额外的晶片与韧体,因此必须投入对应的成本跟开发资源,形成一定的导入障碍。

有鉴于此,意法近期推出一系列高整合度的STSAFE-A统包解决方案,包含MCU晶片、嵌入式软体、开发工具与主控端函式库(Host Library),可大幅降低为物联网应用导入高强度安全防护机制所需投入的资源。此外,由于STSAFE-A是专门为了物联网应用而最佳化的解决方案,因此其成本相当具有竞争力,大量采购时,晶片单价均在1美元以下。

阎欣怡指出,物联网应用需要更强固的安全防护能力,已经是整个业界的共识。继欧美业者陆续在物联网硬体中导入安全元素后,亚太区产品制造商的态度也比以往更为积极,相关解决方案的市场询问度有升温迹象。现阶段意法将优先针对工业电脑、自动化设备制造商进行推广,因为这类产品对安全的需求相对迫切。事实上,在欧美市场,工业物联网客户也是最早导入安全MCU的客户群,消费性物联网的需求出现速度较慢。

至于台湾,本地业者对安全元素其实并不陌生,因为在PC/伺服器领域,英特尔(Intel)及微软(Microsoft)力推的可信任平台模组(Trusted Platform Module, TPM)已相当普及,很多商用笔记型电脑及伺服器均已搭载,意法也有对应的解决方案。不过,TPM是针对PC/伺服器所设计的技术,对于以安谋(ARM)架构为主的物联网应用来说,TPM不是最理想的方案,因此意法才另外针对物联网应用推出STSAFE-A系列解决方案。

来源:新电子

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在设计可携式系统时,功耗是一项关键性因素,它甚至取代了性能,而成为产业发展的推动力量。降低功耗能够延长电池寿命以及允许使用更小、更轻的电池,不仅可最大限度地降低成本,还可缩小设备的尺寸,增强对用户的吸引力。在理想情况下,甚至有可能开始考虑采用能源采集(Energy Harvesting)作为电力的来源,以完全取代电池。

不过,显著减少功耗须要大幅转变逻辑的设计方式。亚阈值功率优化技术(Subthreshold Power Optimized Technology, SPOT)是一种与传统逻辑晶体管设计不同的方法,在远远低于被视为正常的电压位准之下运作。

在传统设计中,会有一个使得电路被认为是「开」的阈值电压,而任何低于这个数值的电压则被视为是「关」。这通常意味着要将晶体管驱动到最高1.8伏特(V)电压,以建立一种「开」的状态,虽然它看起来像是二进制,但实际上并非如此。

即使在低于阈值电压的约1.0伏特电压亦存在着电流流动,然而,传统上不认为这些泄漏电流是好事。但透过使用SPOT方法,实际上可以从电流中提取一个「开」讯号,由于功耗与所施加电压的平方成正比,因此可以达到相当显著的功率节省(图1),例如达到0.5伏特运作电压便可以实现高达13倍的功率节省;进一步使用0.3伏特亚阈值电压,更可以实现36倍的改善。


图1 在亚阈值区域中,开/关电流比率的数量级较小。

SPOT技术加持 催生Apollo控制器

Ambiq Micro一直都是以SPOT技术来开发Apollo系列微控制器,这是首款十分依赖亚阈值电压晶体管运作的微控制器(MCU)组件。此一解决方案在工作模式下有低至30μA/MHz的耗电,而在待机模式下则是100奈安培(nA)电流。有趣的是,这款解决方案选择安谋国际(ARM)Cortex M4F核心。与传统上选择使用安谋国际Cortex-M0+核心的其他低功率微控制器不同,Ambiq特意选择M4F核心有以下两个主要原因:

第一,亚阈值电路技术让Ambiq可以在不增加额外功耗的前提下采用M4F核心。基于M4F的Apollo微控制器功耗远低于所有其他M0+解决方案,便是最好的证明。

第二是在穿戴式产品和物联网(IoT)等主要市场中,越来越依赖大量的传感器和复杂算法。采用M4F核心有一个很大的优势,因为其效能比M0+高得多,可以更快执行完指令。

Apollo系列微控制器的设计,开始于所有逻辑单元都将使用SPOT技术的假设,并透过智能决策决定何处不可行或不需要SPOT技术。在某些情况下,超阈值(Superthreshold)电压是完全可以接受的。

例如,若这是正好在启动(Boot Up)时发生的事件,然后这些晶体管便可以完全处于传统的超阈值域,因为这对组件的整体能耗没有影响。在其他需要更快速获取信令信息(Signaling Information)的场合,能够提高电压来提供充足的性能。这意味着Apollo系列在超阈值电压下运行的比例很小,组件大部分都是在近阈值或亚阈值域运行。

SPOT概念先进 须有全新配套

SPOT技术的一项关键要求是实作时必须采用标准的主流互补式金属氧化物半导体(CMOS)技术,由于这需要全面了解低电压情况下的泄漏特性,所以实际上很难做到。

晶圆代工厂很难精确地针对泄漏特性建模,因为它们并未预期人们会在这么低的电压下操作组件。这需要多年的芯片测试和晶圆片定期代工(Wafer Shuttle)的经验,才能全面建立这些亚阈值域的模型,以及建立它们如何随温度、制程漂移和噪声影响而改变的模型。所有这些参数在这样低电压域下是高度敏感的,因此必须先完成许多工作和建模,才能真正了解这些效应的影响。

然而,建立低电压特性的模型仅是第一步,更艰难的事情是建立一套动态的可适应性电路(Adaptive Circuit),以解决这些存在于亚阈值域的许多问题。真正理解亚阈值的效应,从而构建全新的模型和客制化单元库,可以设计出同时具备动态及可适应性特性的专利电路,以协助克服在低电压域出现的某些负面效应。

制程的后段工作也是一项挑战。符合产业标准的测试仪未能在使用亚阈值技术所产生的picoAmp和nanoAmp水平进行测试工作,因此还须要开发特别的负载板和测试夹具。

简而言之,这种创新亚阈值技术的实施方案需要一种全新的思路,涵盖从晶体管直到评估套件的整个设计流程,它还需要完全不同的结构思维方式,以获得更大的节能成效。Apollo系列组件可减少的能耗多达10倍,让系统设计人员在其设计中拥有前所未见的更大灵活性和更长电池寿命。

(本文作者为Ambiq Micro高级营销总监)

来源:新电子

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据外媒报道,谷歌在上周推出了物联网操作系统Android Things,后者是谷歌为物联网设备开发的Android分支系统。结合谷歌为物联网设备推出的通讯协议Weave,Android Things将在谷歌物联网战略中发挥重要作用。Android Things是谷歌面向物联网设备市场推出的最新系统,这让物联网市场的竞争进一步升温。目前,微软正在向发烧友和原始设备制造商(OEM)推广其Windows 10 IoT系统。

尽管亚马逊并未开发相应的设备系统,但是该公司已经把AWS Lambda计算服务开放给了物联网开发者。亚马逊云计算部门AWS正在与设备制造商合作,在设备中绑定Lambda Greengrass软件。该软件是AWS Lambda的本地版本,可以被安装到物联网设备和套件中。

亚马逊、谷歌以及微软这三大主要云服务提供商正指望物联网战略来推动各自云平台的发展。Android Things是谷歌为连接云和设备之间各个结点所进行的最新尝试,以下10点你应该知道:

1.Android Things是谷歌为Google Brillo更改名称后的新版系统,后者是谷歌在2015年宣布的一款物联网操作系统。尽管Brillo的核心是Android系统,但是它的开发和部署明显不同于常规Android开发。

2.Brillo把C++作为主要开发环境,而Android Things则面向所有Java开发者,不管开发者有没有移动开发经验。

3.开发者可以针对物联网设备使用工具包。Android Studio是最常用的Android集成开发环境,它基于IntelliJ IDEA开源社区版本,支持通过Android Things进行物联网开发。应用开发的生命周期几乎和移动开发相同。

4.Android Things系统支持原始Android SDK中的一个子集,不支持需要用户输入或者需要地图、搜索以及登录等验证凭证的应用程序接口(API)。

5.和Android手机的OTA无线升级一样,开发者可以通过谷歌已经在其产品和服务中使用过的相同OTA基础设施,推送谷歌提供的系统更新和定制应用升级。

6.谷歌推荐开发者在最初原型设计和开发时使用微型电脑“树莓派3”、英特尔微型可穿戴设备“爱迪生”(Edison)以及恩智浦半导体的Pico平台。谷歌会在Android Things正式发布前增加更多认证设备。

7.包括云消息传递服务Firebase在内的谷歌云平台组件能够轻易与Android Things整合。开发者可以利用多个云服务进行存储、状态管理以及发送消息。

8.Android Things整合了物联网设备通讯平台Weave。Weave Server是用来处理设备注册、命令传送、状态存储以及与谷歌助手等谷歌服务整合的云服务。Weave SDK将嵌入到设备中进行本地和远程通讯。

9.Nest智能家居设备使用的协议Nest Weave将成为Weave的一个子集。这两种协议都基于IPV6网络协议Thread,后者原本是为建立本地无线网状网络而设计的网络协议。

10.不管有没有Android Things,开发者都可以使用Weave,因为它是一个独立协议,可以作为Zigbee协议、Z-Wave协议以及蓝牙Bluetooth Smart协议的替代选择。

来源:cnBeta

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作为典型的嵌入式开发,物联网应用的开发与互联网应用从硬件配置到运行环境有巨大的不同。本文介绍了当前物联网开发者面临的挑战,并分析IoT时代完整的开发平台至少需要具备的特征。

1969年10月29日晚上10点30分,雷纳德•克兰罗克(Leonard Kleinrock)在洛杉矶向在斯坦福的比尔·杜瓦利的计算机发送了两个字符“Lo”,它们是单词“Login”的一部分,只发送了“Lo”,传输系统就崩溃了。这是一个伟大的事件,标志着世界上第一次计算机网络互连的开始,也标志计算机编程由单机向网络发展。

物联网(IoT)是个新名词,顾名思义,就是把物体用网络连接在一起。却是一个新瓶装旧酒的新名词,它不是一个新事物。看官你说,当年克兰罗克和比尔.杜瓦利手中的互相连接的两台计算机,算不算物联网设备,他们的确是用通信介质连接在一起的“物体”啊,谁说计算机不算物体的?

今天的物联网通信,与40多年前传输的两个字节,并没有本质的不同,说来也就是通信速度、通信成本、设备体积和功耗方面,逐步进化而已。然而,量变引起质变,上世纪末计算机网络通信的发展,引发了互联网革命,现在,随着通信成本的降低,功耗的减小、无线通信的普及,又引发了物联网革命。

互联网时代,承载网络应用的是通用计算机或者个人终端数字助理,例如手机、iPad等。通信主要关注的是数据流量,也就是带宽,应用主要关注的是界面的友好性、丰富性、个性化。同时,CPU功能比较强大,内存配置等也比较丰富,并不强调实时性,也不特别强调可靠性,开发平台也很一致,功能丰富。

物联网应用开发的挑战

物联网应用,与互联网应用有着巨大的不同,物联网应用开发是典型的嵌入式开发,从硬件配置到运行环境等等,都千差万别。

谈到开发平台,很多人第一反应就是编程语言,从汇编、C、C++、Pascal、VB、VC等编译型语言,到Java、JS、Python、Lua等脚本语言,说得上名字的、说不上名字的,可以罗列出成百上千种,著名的TIOBE,每年都要为各种编程语言排座次。其实要谈物联网开发平台的发展,还得从早期嵌入式系统说起。曾几何时,嵌入式MCU很多只有几十字节的内存,几百自己就算多的了,那时候,汇编语言是嵌入式编程不二的选择。那时候,也没有编程平台的说法的,也没有Shell之类的调试工具,更没有标准IO系统,总之,程序员就像在一堆沙土上盖房子,没有地基,也没有房梁,更没有混凝土,就是用泥浆砖头石块慢慢糊。及后来,出现了单片机前后台C语言(俗称裸机C)开发工具,典型的是keil,同时,也出现了RTOS,例如vrtx、pSOS、VxWorks等,但裸机C语言开发长期占主导地位。早期的C语言开发平台,从平台角度,其实没比汇编年代进步多少,同样的没有Shell、没有标准IO系统,没有异常处理系统,除了编码语言外,差不了太多。虽然代码的可移植性比汇编强,但仍然是跟硬件平台紧耦合的,它要求软件工程师了解硬件的每一个细节,了解CPU每一个寄存器的含义,硬件平台稍有变动,软件就懵逼了。

在裸C时代,首先出手改进开发平台的是MCU厂商,ST、ATMEL、Freescale、NXP等知名MCU厂家,都推出了越来越完善的固件,使用这些固件,尽可能地抹平不同型号CPU之间的差异,使用户的应用程序更加通用。同时,他们还推出了越来越完善的IDE,利用他们的IDE,可以自动化地生成一部分跟CPU相关的代码,减轻了工程师的工作。但是,所有这些工作,都仅限于同一厂家的不同型号MCU之间,甚至只在同一厂家的同一系列MCU之间,才能体现出其价值。为什么MCU厂家要做这些工作呢?因为他们要卖东西,他们的客户,大多数还使用裸机C开发,而不像系统级CPU那样有完善的开发平台支持。他们的客户,迫切需要一个开发平台,来规避晦涩难懂的硬件驱动开发,使应用和驱动相分离。一个非常典型的现象是freescale,它主要为MCU产品线提供驱动固件,而对于PPC产品线,原厂提供的驱动就是垃圾,谁用谁知道。

在物联网时代,也许某一天,牧场跑的每一只羊,农场里的每一株黄瓜,我们喝水的杯子,都是IoT的一个节点,里面都有一颗MCU,都有一套嵌入式程序,如此爆炸性发展的网络规模,使我们面临什么挑战呢?

首先我们面临的是人的问题,海量增加的物联网软件工程师队伍,你再象过去要求嵌入式工程师那样,要求他们掌握大量MCU底层技能,根本不现实,他们需要的是一个开发平台,类似PC上编程的开发平台。而裸机C语言编程,则无论如何也摆脱不了“要求程序员掌握MCU底层编程”这一现实。因此,在物联网时代,RTOS成了必须品,裸机C语言平台,必然会被RTOS环境所替代。这并不是说,物联网时代的嵌入式产品有多复杂,非RTOS不可,可是,再过几年,裸机C编程,会像现在的汇编编程那样,成为“高端技能”。现在,许多嵌入式学科的大学生,在校时就已经基本掌握了RTOS下编程技能,裸机C反倒不懂了。结果是,5年后,你将越来越难于找到能够驾驭裸机C编程的人,即使找到了,其人力成本也必然居高不下,年龄大概也会在30岁以上,你能找一个只有1~2年经验的毕业生干的事情,为什么要花更高的薪水,请“老”工程师干呢。同时,虽然摩尔定律在高性能CPU上已经失效(这个有争议),但在MCU领域,还是符合得很好,硬件的发展,使RTOS带来的额外开销,在成本上显得微不足道。

由于IoT产品必然涉及到网络编程,也就注定了不能使用太低端的处理器配置,硬件成本持续下降,运行RTOS所需要的额外硬件成本,占总成本的比例,直接可以无视之。人力成本持续上升,RTOS甚至更高级的开发平台,将会占领IoT开发领域。

一定会有人问,裸机C不是比RTOS更简单么?我问你,如果只是点个灯,用C简单还是用汇编简单?你也许会毫不犹豫地回答,用C简单。为什么呢?因为开发工具已经完成了大量的工作,有厂家的固件,完成GPIO的驱动,IDE自动生成的代码,完成了main函数之前的大量环境初始化工作。所以,你只需要3分钟,在main函数里放一个循环改变GPIO状态的代码,一个C语言的闪灯程序就完成了。事实上,如果从0开始做,汇编完成闪灯,不知比C简单多少倍。

裸机C取代汇编语言的过程,正在裸机C和RTOS编程之间重演着,不信么?我出个“简单”的题,写一个“hello world”的嵌入式程序看看。

很快,你写出来了,UartSend(“Hello World”);

别急,我的题还没出完呢,我需要输出“你好,欢迎你第xxx次光临”。

这就难一些了,聪明的,就写一个MyPrintf吧,谁知道这道题还有什么变化呢(注意这里,你不能用printf作为函数名的,下面有解释)。

花了一个星期时间,把MyPrintf弄出来了,效率够高吧?
好吧,你牛,I 服了 You,现在请你把输出重定位到板载的LCD上。
什么,玩我啊,这涉及到IO重定向呢,爷不干了。
光重定向一个输出就不干了,还没有要你把输入重定向一下呢,板子上不是有按键嘛!

IO重定向,是C语言的基本要求,然而,在裸机C环境下,这个基本要求,却让一个裸机C高手望而生畏。

IO服务,只是一个基本需求,它只是C Runtime的一部分,而C Runtime,是IoT开发所需要的进阶工具的基础,恰恰是,裸机C都是很难实现完整的、通用的、可移植的C Runtime。

先爆点料,绝大多数嵌入式RTOS,都没有fopen、fwrite、fread、printf函数,有部分RTOS会有xxx_fopen、xxx_fwrite、xxx_fread、xxx_printf之类的API,即使是一些老牌的商业RTOS也是如此,这里我就不点名了。

没有IO体系的RTOS也就罢了,那些有IO体系的RTOS,为啥要在API前加个xxx呢?你知道加上那个xxx,会给用户添加多少麻烦吗?IoT时代,许多嵌入式软件工程师,原来可能是Windows或者Linux下编程的,他们熟悉c标准函数;嵌入式设备网络化、应用程序通用化的倾向,许多IoT开发会涉及到开源软件或者第三方库,这些开源软件或者库,许多是遵循C语言标准写的,也就是说,里面很可能会大量调用fopen之类的C标准函数。你要用这些开源软件或者第三方库,就必须修改它的源码,把调用C标准IO函数的地方,全部改掉。改就改呗,改了不就行了嘛,有什么大不了的。好吧,如果是二进制的库呢,怎么改?即使是开源软件,维护方升级了,修正了bug,你是不是要再改一次?既然这么多坏处,为啥还要加哪个“xxx”前缀呢?问题就出在标准C库上,因为编译器所带的C库,实现了那些函数,OS如果要自己实现这些函数,就必须先实现C库,而C库,而许多RTOS,并没有实现自己的C库,而是借用编译器提供的C库,自然就不能使用跟C库重名的函数了。

IoT时代的嵌入式开发平台

从完整开发平台的角度,看看几十年来涌现的数以百千计的RTOS,能不能算合格的IoT开发平台呢?答案恐怕是否定的,即使有些非常知名的RTOS,也是如此,有许多RTOS,充其量是一个调度器。有意思的是,从开发平台完整性来看,目前流传的绝大多数嵌入式操作系统,甚至比不上Industrial Programming Inc(IPI)公司在上世纪70年代的MTOS。

那么,IoT时代完整的C开发平台,至少需要具备哪些特征呢?

只有调度器内核是不够的,按今天的标准,它甚至不能称作RTOS,这种系统,权且叫它“裸核”吧,并不比裸机C开发高明多少。用户使用操作系统,目的是为了省事,并没有在操作系统下能干成而裸机C干不成的事情。然而在“裸核”下开发,没有标准驱动框架,没有Shell,没有IO系统,没有C Runtime支持,真的没省多少事。

在“裸核”的基础上,起码,要提供C Runtime,提供C库,使之成为完整的C开发平台,让标准的c程序能编译运行。所谓的标准C程序,不仅仅指符合C语法的程序,C库函数也是标准的一部分,调用标准C库的程序都不能运行,不能算完整的C支持平台吧。要支持完整的C Runtime,你就必须有文件系统,有IO驱动架构,有协议栈等。有了C Runtime,才能支持C++,才能实现Python、Lua、JavaScript等更高级的开发语言,实现IoT设备的快速开发。

即使有了完整的C支持平台,在IoT时代,还是不够的。我要访问一个云服务器,还要自己写Socket通信,从最底层的http编解码开始;我要在设备间交换点数据,或者配置一下设备功能,起码JSON之类的解析器要提供吧。还有,诸如WiFi、蓝牙、ZigBee等,是IoT中最常用的无线协议,也是必须支持的。进一步地,较为复杂的设备,还需要有图形系统支持,一个完善的GUI也是非常受欢迎的了。

总之,IoT时代,需要的是能快速开发IoT设备的平台,而不仅仅是提供一个符合C语法规范的开发平台。

来源: CSDN大数据

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微控制器(MCU)可视为将CPU、内存、I/O、定时/计数器等功能整合于同一芯片的微型计算机,可应用于车载、工控、消费电子、家电等领域。MCU因涵盖应用面广、可使用的终端装置多样化,相较于单一装置应用的芯片,市场变化较为稳定,不易因个别终端市场需求变化而大幅波动。

2015年全球MCU市场产值达168亿美元(比2014年增长5.6%),出货量达209亿颗(比2014年提升12.4%),而平均每颗售价则是0.81美元。预计2020年将有750亿个物联网产品连在网络上运作,对物联网的感测,数据处理及加密,传输都需要运用到MCU。

早期MCU架构多是8位为主(如Intel 8051系列、Atmel AT8/TS8系列、Labs EFM8系列),且整合开发环境也是以8位为主。随着物联网时代任务的复杂化,对计算能力越来越高促使MCU开始迈向16或32位来设计,与此同时相关的软件开发环境也提升到32位,甚至做到可以向下兼容,让开发环境不受限于硬件,以提供更具弹性的开发空间。

随着32位MCU生态环境的建立和成本的进一步降低,预计未来将有一个时间点实现井喷。但需要注意的是,由于32位MCU操作数与内存长度的增加,相同功能的程序代码长度较8/16bit MCU会增加30~40%,这导致嵌入式FLASH内存容量不能太小,而芯片引脚数量增加,可能会限制32bit MCU的成本缩减能力。

从目前MCU排名来看,瑞萨、NXP、Microchip成为全球前三大MCU厂商。物联网之于MCU必将是一个前景广阔的市场,也是众多MCU厂商布局的关键应用市场,机会在于厂商们如何将MCU差异化产品真正与实际应用相结合。依据研调机构IHS,2014-2019年整体MCU市场的年复合增长率为4%,但应用于IoT的MCU产值则有11%的增长,预估至2019年IOT相关应用的MCU市场可达28亿美元。

瑞萨:Synergy的软硬件整合平台

微控制器大厂瑞萨电子为强化物联网市场布局,在原有的芯片销售业务基础上,推出名为Synergy的软硬件整合平台。该平台除了MCU、开发板之外,还有相当完整的软件生态系统,包含开发环境、实时作业系统(RTOS)以及经过瑞萨验证的各种第三方软件资源。

瑞萨Synergy IoT事业群总经理Peter Carbone表示,该公司的Synergy自2015年第四季在美国推出以来,目前已陆续拓展到欧洲、东南亚、澳洲等区域市场,台湾与中国则分别在10月初及10月底正式发表。目前该平台累计的客户数量已达3400家,其中有部分应用开发进展较快的客户,已经准备进入产品量产阶段。

整体来说,Synergy平台可以为开发者创造三大核心价值,分别是更低的开发成本、更快的开发速度与降低进入物联网应用市场的门槛。

该平台能够为开发者带来上述价值的原因在于,Synergy平台除了备有多种硬件开发板之外,还包含免费的E2 Studio及IAR Embedded Workbench开发环境供开发者选择,以及以底层软件(RTOS、驱动、应用框架等)为主的Synergy Software Package(SSP)。此外,Synergy平台还包含多种瑞萨自身研发或第三方提供的软件外挂,这些外挂资源都经过瑞萨验证,确定可在现在及未来的SSP上随插即用。

除了有保证的软件质量外,该平台也具备降低开发者资金负担及风险的效果。除了免额外收费的开发环境及原厂软件外,倘若开发者的应用会使用到第三方外挂资源,开发者也可以等到研发工作接近尾声,产品准备量产上市时,再跟第三方软件业者讨论授权协议。

相较之下,瑞萨对Synergy平台上的软件开发商采取贵精不贵多的策略。Carbone透露,瑞萨会先严格检验开发商的软件开发流程、软件兼容性后,再让第三方业者加入平台,因为Synergy平台不仅要提供高质量的软件资源,更会提供长期支援服务,因此在挑选第三方业者时,会相对严谨很多。

恩智浦(飞思卡尔):新型开发平台KineTIs KW2x MCU

FRDM-KL05Z是一款超低成本开发平台,由基于ARM® Cortex®-M0+处理器的KineTIs L系列 KL0xMCU组成。包括可轻松访问MCU I/O,配备电池,低功率运行,采用可搭配扩展板的标准规格,以及用于闪存编程和运行控制的内置调试接口。FRDM-KL05Z受到众多恩智浦和第三方开发软件的支持。

两个电路板可以即插即用的方式轻松实现点对点连接,从而方便设计师为其电子产品设计配置Zigbee或802.15.4连接功能。该新型套件还提供大量参考设计,另外还配备了作为独立板运行或连接外部应用时所有必要的I/O接口。

基于MKW24D512 KineTIs W系列微控制器,通过软件可支持Thread、ZigBee Pro、802.15.4 MAC、SMAC及KineTIs软件开发套件(SDK)。满足与未来Zigbee智能能源2.0和互联网协议规范息息相关处理和存储器需求。新一代世界级Kinetis无线解决方案,通过对广泛的物联网产品组合的扩展,可进一步增强了连接能力。

KW2x无线MCU主要在智能能源、家庭/楼宇自动化、医疗保健、家庭娱乐等场景使用,典型的应用有:由仪表、网关家用显示器和互连设备构成的家庭网络;联网楼宇控制以及具备灯光控制、暖通空调和安保等功能的家庭自动化应用。

新唐:打造低功耗MCU平台

从8051微控制器开始,新唐发展MCU已经有20年的历史,为全方面服务客户,2009年推出ARM Cortex-M0 MCU,2014年推出ARM Cortex-M4 MCU,在全球已逐渐打响品牌知名度。

身为大中华区重要32位微控制器厂商,新唐2015年在车用、工控与消费性产品都皆取得不错的成绩,车用主打中控与后装市场,包含声音应用与车用通讯等;工控则在POS机、温控设备与马达应用等领域吸引市场目光;消费性产品应用范围广泛,包含健康医疗与小家电等智能家庭产品。推出的Nano系列为新唐低功耗MCU平台,待机电流小于650 nA,适用于长时间使用电池之终端应用,如健康照护、智能交通与电子卷标等产品。

来源:物联网开发

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引言:物联网是雾计算,需推动公开参考架构如IP的发展以加快部署。

物联网既是IC业倾心向往的市场,其碎片化应用亦让IC厂商“左右为难”。 “物联网是诸多垂直市场的集合,这些市场通过连接节点到云以提供服务。” ARM 处理器部门市场营销总监Ian Smythe认为,“物联网不是一个‘一刀切’的市场——分布在由末端节点到云的计算、存储和控制取决于特定的应用,这通常被称为雾计算(Fog Computing),也就是特定任务所需的资源能够在被需要的地方找到,而不是将其放在远离物联网终端节点的中心位置,这需推动公开参考架构如IP的发展以加快雾技术的部署。”问题来了,这种雾计算的潮流,为IP带来什么样的觉醒?

▼IP发展分化为三大方向

“物联网IP依赖于特定的应用——简单物联网节点需要非常低功耗的处理IP,通常结合模拟和MEMS功能,而更复杂的节点需要一个支持更丰富OS、图像处理和显示的IP。” Ian Smythe认为。

国内芯片设计服务公司某技术负责人也表示,IP一贯的发展方式是把专业算法通过IC的方式来实现,物联网不同应用场景会影响IP及规格的定义,比如用电池供电和用电网供电对IP的功耗要求就是天上地下。

他还提到,IP从概念到真正实现,通常大概经过算法原型设计、算法优化、C-Model设计、Verilog实现、RTL实现和优化、布线综合、Netlist交付等环节。虽然算法原型和算法优化最关键,但是每个环节都很重要,比如RDA起家就是因为RF芯片布线做到了极致。

由于物联网涵盖太广,除去目前在手机和监控市场上已有的这些IP,未来要求更高的功耗控制IP、电磁波到能量转换的IP、各种传输协议的IP等等有很多空间,MCU也应会再次迎来春天。物联网新的市场总会带来新的格局,这是实现赶超的机会,研发适合市场需求的足够好的IP是实现赶超的方法。

在这一过程中,也逐渐分化出三个方面值得关注。“一是物联网市场将有效推动定制SoC的增长,从而将导致对IP需求的增长,典型的是将模拟IP和数字IP结合。二是催生专业的IP需求。如可穿戴设备和物联网节点最初采用为智能手机设计的芯片组,而目前可看到诸多专门为可穿戴设计的芯片组。三是物联网的安全需求对IP的安全性提出新需求。”Ian Smythe分析说。

而IP仅是提供了一个入口,更重要的是搭建IP生态链。“物联网构建于一个强大的生态系统之上,应提供一系列基于IP的广泛工具、软件和硅,使开发者能够有广泛的选择来开发出卓越产品。” Ian Smythe表示。

▼安全IP成争战焦点

随着物联网设备中的安全威胁越来越普遍,构置全方位的安全“防线”变得至关重要。新思科技产品市场经理Rich Collins分析认为,目前物联网在网络层、设备层和芯片层都会遭受攻击,而攻击的手段包括网络攻击、软件攻击、硬件攻击。

在芯片层面,更易受到软件和侵入式硬件攻击。Rich Collins指出,就SoC而言,有诸多安全弱点,比如存储器件容易受到恶意应用攻击,ROM容易遭受IP盗用,总线容易受通过外设的软件攻击等等,而目前最难防的就是侧信道攻击,即针对加密电子设备在运行过程中的时间消耗、功率消耗或电磁辐射之类的侧信道信息泄露而对加密设备进行攻击。

为此,新思推出了全新的SEM处理器,其在ARC家族SE的基础上进行了有效的安全优化,对林林总总的攻击可谓“层层设防、各个击破”。

“SEM处理器添加了统一指令时序和时序/能耗随机化功能的侧信道抵御力,从而能有效地防止侧信道攻击;增强的内存保护单元和SecureShield技术简化了可信执行环境的开发; 带有内嵌指令/数据加密和地址加扰的防篡改流水线以及数据完整性,可检查能够抵御系统攻击和IP盗用;集成的监视器计时器可检测包括篡改在内的系统故障等。” Rich Collins详细说,“虽然增加了诸多安全功能,但ARC SEM的功耗仅增加了不到一成,客户可针对物联网应用开发更加安全的SoC。”

虽然市场上的安全IP都有展所长,诸如ARM的TrustZone技术、Imagination的OmniShield技术等均在发挥用武之地。但Rich Collins表示,目前TrustZone只支持ARM的Cortex-A系列IP,但针对广大嵌入式应用的Cortex-M核并未集成该技术,因此ARC SEM可弥补这一市场空白。

Rich Collins还指出,SEM处理器既可成主控制器,也可成加强安全性能的协处理器。“ARC EM处理器年出货量已超过15亿片,Intel等都是新思的重要客户,相信具有最高安全级别的ARC SEM处理器将在IoT市场大放异彩。”Rich Collins强调。

▼异构计算开启破冰之旅

伴随着人工智能、大数据、云计算的高速发展,对SoC提出了更高的要求,异构计算开始大行其道。然而,多数SoC虽在物理上实现了单芯片多核集成,但涉及多套工具和复杂流程,开发不易,优化更难,因而整体性能不高、功耗难降。

为破解这一难题,Imagination最新推出了一款 64 位、多线程、多核、多集群的I6500 CPU,可在集群中连续部署内部异构和外部异构。

MIPS处理器IP执行副总裁Jim Nicholas表示,I6500与上一代I6400的差异在于同步异构技术,它可实现64个集群,每一个集群可支持6核,而每核可配置为单线、双线或是四线程,最多可支持1536个处理单元。这些核和线程的配置是完全独立的,同时Imagination提供工具包和管理单元来确保核之间的通讯管理。

Imagination首席执行官Andrew Heath强调,“对于内部异构,在单一集群中,设计人员能够通过不同的线程组合、不同缓存容量、不同频率甚至电压来配置每个CPU ,实现最优化的功耗;对于外部异构,I6500拥有ACE接口的最新MIPS一致性管理器,能与其他常用 ACE一致性架构解决方案相连,实现出色的系统效率;对于并行多线程,以广泛验证的双发射执行设计为基础,提供更高的效率。I6500 还具有 MIPS I6400 核率先支持的实时硬件虚拟化技术;在安全方面,I6500支持 OmniShield 技术,为安全奠定基础。”

“它是业界多线程是唯一一个可以授权的技术。依据这一技术,可显著地提升性能至80%。与ARM不同的是,ARM只能针对核与集群两方面进行调节,而Imagination可通过将线程、核、集群三者结合来调整功耗跟性能的平衡,更具灵活性和定制性,对物联网和服务器等应用的SoC开发而言优势显著。” Jim Nicholas补充说。

在MIPS领域的发力是Imagination重整之后的战略之一,目前其战略规划已十分具象。Andrew Heath表示,Imagination的三大核心IP专注于MIPS将不断提升异构能力,PowerVR将拓展在图像处理、虚拟现实、人工智能等方面的应用,Ensigma将侧重物联网应用及与WiFi和蓝牙的结合,强力聚焦于移动通讯、汽车、物联网、消费类电子、网络、AR/VR六大领域。

Andrew Heath同时强调,中国是非常重要的市场,与Imagination未来的发展息息相关。Imagination将通过在中国扩充团队、扩展与各大高校的合作、加强与中国芯片厂商如炬芯等合作,助力搭建健康的生态系统。Imagination深知并不断践行“合作伙伴成功Imagination才真正成功”之道。

转载自:智慧产品圈

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