Wi-Fi

作为无线MCU的代表产品,Wi-Fi MCU集成了2.4GHz无线射频模块,提供优异的基带和射频性能,并兼具鲁棒性和高传输速率,同时也没有丢失MCU在集成方面的特色,在实际应用中具有高性能、高集成、安全灵活等诸多优点。目前,全球各地区Wi-Fi基础设施已经相当完备,在传统行业走向智能化、网联化的过程中,Wi-Fi MCU有着巨大的应用前景。

相较于传统的Wi-Fi射频芯片,Wi-Fi MCU提供了更完整的功能,适用于广泛的消费和工业场景。产品形态从过往Wi-Fi芯片外挂MCU的方式,进化到在MCU中集成Wi-Fi射频模块。

根据来自Global Market Insights的分析数据,2021年全球Wi-Fi芯片市场规模已超过200亿美元。从2021年到2028年,预计年平均复合成长率(CAGR)为2.5%。其中亚太和北美地区的CAGR预计均能超过3%。随着Wi-Fi MCU市场规模逐渐扩大,除了传统无线芯片厂商,各大MCU厂商也开始进入这个市场,基于生态更为成熟的Arm内核提供相关解决方案,极大地丰富了Wi-Fi MCU的产品阵容。

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全球Wi-Fi芯片市场规模(数据来源:Global Market Insights)

为了应对MCU客户的无线连接需求,业界领先的半导体器件供应商兆易创新GigaDevice将Wi-Fi射频模块集成到MCU,正式推出了GD32W515系列Wi-Fi微控制器。

1、领先、安全、丰富

GD32W515系列产品采用功能强大的Arm® Cortex®-M33内核,凭借出色的软硬件兼容性,受益并延续了GD32 MCU家族的传统优势,成为客户开发无线连接产品的优选。

领先的射频性能

GD32W515系列Wi-Fi MCU片上集成单流2.4 GHz IEEE 802.11 b/g/n,包括MAC、Baseband以及RF模块,为各种类型应用的无线系统提供高级别的集成度,并带来优异的射频和基带性能。

GD32W515系列Wi-Fi MCU拥有118.6dBm的总链路预算,其中发射链路的最大功率达到21dBm,接收链路的灵敏度为-97.6dBm,极大地提升了应用方案的无线覆盖能力。

该系列MCU优异的射频性能表现还包括高传输速率,在屏蔽室内测试时,传输速率可达80Mbps;在Iperf工具中测试时,最大网络吞吐量可达50Mbps。

和市场同类产品相比,GD32W515系列Wi-Fi MCU的无线通信具备更优异的抗干扰能力,可以大幅提升接收信号的稳定性。该系列MCU邻道抑制(ACR)值高达48dB,在业界处于领先水平,能够克服大量邻信道干扰 (ACI) 问题和强信号干扰问题。

同时GD32W515系列Wi-Fi MCU具有动态的速率调整(RA)机制,根据网络环境的嘈杂程度,可以动态调整发射链路的传输速率,在连接稳定性和数据传输速率之间取得更佳平衡。结合优异的抗干扰能力,能够在无线网络信道受到强干扰的情况下提供更稳定的连接并保持数据通信。

安全的执行环境

为了保障数据传输和存储的安全性,GD32W515系列Wi-Fi MCU内置TrustZone架构,通过完全软硬件隔离打造安全运行环境,让安全固件、数据资产和用户隐私免受应用程序和操作系统运行带来的可能的攻击风险。

TrustZone是Arm公司推出的专门用于SoC及CPU的安全方案,是基于平台安全架构 (PSA) 指南建立设备信任根的理想起点,让安全理念贯穿整个产品使用流程:

☑ 在启动环节,TrustZone支持产品在安全环境下实现安全启动;

☑ 在运行环节,TrustZone架构将产品内部划分为安全环境和普通环境,运行在普通环境的程序和系统要访问安全环境内的资源,会有非常严格的限制;

☑ 在控制环节,TrustZone可通过系统总线控制产品的外设资源;

☑ 在软件环节,TrustZone可以通过Monitor模式在安全环境和普通环境进行切换。

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使用 TrustZone 技术进行固件保护(图源:Arm Limited)

得益于TrustZone安全架构,GD32W515系列Wi-Fi MCU可以明显提升终端设备的安全通信能力,并保护用户隐私数据。同时,该系列MCU还支持Wi-Fi协议规定的全新安全特性,并取得Wi-Fi认证和RF FCC/CE合规认证,安全保护能力进一步提升。

更能彰显GD32W515系列Wi-Fi MCU安全可靠的是,该系列MCU取得了Arm平台安全架构PSA Level 1和PSA Functional API认证。Arm公司于2017年正式推出PSA,并联合多家独立安全测试实验室及咨询机构推出PSA相关认证:

☑ 通过PSA Level 1认证可证明GD32W515系列Wi-Fi MCU是系统安全的稳健选择,可以将信任贯穿整个设备生命周期和应用生态,确保程序、系统和设备的安全模型,并符合通用行业的安全规范;

☑ 通过PSA Functional API认证可证明该系列MCU能够为开发者提供标准、安全的API接口,使得开发者可以专注于功能开发,而无需为系统安全担忧,缩短产品的上市周期。

丰富的外设特性

如同其它GD32 MCU产品家族的成员,GD32W515系列Wi-Fi MCU提供了丰富的片上资源和成熟的开发体验。

该系列MCU最高主频为180MHz,片上Flash为2048KB,SRAM为448KB,并支持32MB的外置Flash。丰富的外设资源包括1个12位ADC、4个通用16位定时器、2个通用32位定时器、1个基本定时器、1个PWM高级定时器、数码相机接口(DCI)、触摸感应接口(TSI)、四线制SPI Flash接口(QSPI)、以及新增的高性能数字滤波器(HPDF)。

“全面拥抱IoT时代,高性能Wi-Fi

该系列MCU提供的通信接口资源则包括2个SPI、1个SQPI、1个SDIO、2个I2C、3个USART、1个I2S、USB2.0 FS和Wi-Fi无线接口。

为了方便开发者上手,兆易创新为该系列MCU提供完整的开发套件,包括数据手册、固件库、软件包、开发环境、操作系统、参考设计和专用开发板。其中,软件包中有专门用于Wi-Fi模块的硬件驱动、软件协议栈、云连接等功能;操作系统则包括FreeRTOS、µCOS、RT-Thread和AliOS Things等主流的嵌入式操作系统。

2、灵活、相容、全面

凭借出色的产品性能,用户可以基于GD32W515系列Wi-Fi MCU打造具有优异射频性能、增强处理能力和高度集成的应用方案,赋能智能家居、工业物联网、消费类电子等各类应用。

基于Wi-Fi MCU的智能家居类应用

根据调研机构IDC的统计数据,2024年全球智能家居设备出货量将超过14亿台,2020年至2024年的年复合增长率达到13.15%。在智能家居设备的无线连接方面,Wi-Fi是首选,并得到了消费者的广泛认可。

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全球智能家居设备出货量(数据来源:IDC)

GD32W515系列Wi-Fi MCU为智能家居领域提供增强的计算能力和丰富的集成资源,支持DSP指令扩展和单精度浮点运算(FPU),可运行边缘计算和TinyML等AI算法,用于多种智能家居控制系统,比如关键词唤醒和本地语音识别等智能设置。这种不用上云的智能控制方案,让该系列MCU在智慧家庭、酒店、地产前装等领域应用广泛。

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GD32W515-FOC智能风扇电机驱动方案

兆易创新开发了GD32W515系列Wi-Fi MCU搭配GD30DR8413高性能电机驱动芯片的无线风扇电机控制解决方案。GD32W515整合了MCU主控和无线射频功能,GD30DR8413则内置三路半桥NMOS和预驱功能,是一套集成无刷电机、步进电机和 Wi-Fi 通信的三合一硬件方案,支持智能配网和 OTA 升级等功能。此外,通过UART接口连接到语音识别芯片,该方案还可升级为支持本地语音唤醒和识别功能,适用于家电、中控面板、网关等更丰富的应用场景。

再以智能门锁为例,该系列MCU可配合低功耗MCU打造完整的智能门锁方案。其中,GD32W515系列Wi-Fi MCU用作智能门锁前面板主控MCU,开发者可以通过SPI接口连接指纹sensor,最多可支持9个Touch Key;可通过DCI接口连接到摄像头,充当24h门卫;通过I2S/DMIC接口支持音频,用于未关门警告等功能。

通过TrustZone硬件安全架构的加持,基于GD32W515系列Wi-Fi MCU打造的智能家居方案,能够将用户隐私信息放入安全区域进行隔离,杜绝不法分子通过程序或者系统等渠道进行盗取和篡改,给用户真正的智能和安全。

基于Wi-Fi MCU的工业物联网应用

在工业物联网(IIoT)领域,GD32W515系列Wi-Fi MCU同样是创新优选。根据MarketsandMarkets的统计数据,2021年全球工业互联网规模已经达到767亿美元,预计到2026年将超过1000亿美元,并保持6.7%的复合年均增长率。凭借出色的射频性能和高度集成的优势,该系列MCU能够帮助开发者快速打造工业物联网应用,典型应用包括工业控制通讯模块、能源管理和远程诊断等。

“全球工业物联网市场分析(数据来源:MarketsandMarkets)"
全球工业物联网市场分析(数据来源:MarketsandMarkets)

在工业控制通讯模块应用中,通过使用GD32W515系列Wi-Fi MCU,一方面外围电路简单,能够加速方案的开发速度;另一方面辅助器件明显减少可以有效降低成本。

该系列MCU工作温度范围为–40至+85°C,凭借出色的射频性能和卓越的抗干扰能力,可满足复杂的工业场景使用,替代成本高且布局复杂的有线控制模块。通过丰富的外设资源,开发者可使用GD32W515系列Wi-Fi MCU开发具有更多功能的控制模块。增强的处理能力和加速器,配合人工智能算法,可以让每一个控制模块都是一个边缘智能终端。

GD32W515系列MCU集成的TrustZone硬件安全架构更具安全优势,硬件安全环境配合软件层面实现的安全存储、初始化认证以及安全日志等服务,能够为核心控制算法、系统流程图、运营数据信息和登录权限等高密数据提供严格保护。通过外设接口连接的关键外围设备同样能受益于这种保护机制,让整个工业物联网系统安全运行。

基于Wi-Fi MCU的消费类电子应用

GD32W515系列Wi-Fi MCU在消费类电子中的应用,主要面向微型打印机、支付盒子、便携式个人设备等,提供系统必要的控制功能以及出色的联网能力,并帮助产品实现顺应市场趋势的智能化升级。

近年来,伴随着互联网支付的全面普及,快递、外卖、餐饮等行业也发生了质的飞越,面单打印机和支付盒子等移动支付设备极大方便了商家收款体验,受到众多小微商户的青睐。GD32W515系列Wi-Fi MCU在这些设备中提供主控MCU功能之余,藉由出色的射频性能和抗干扰性,确保数据传输的效率和稳定性,从而替代传统的MCU+Wi-Fi双芯片方案,为对功耗、体积和成本敏感的行业用户带来更优选择。

而便携式个人设备,特别是小型化电池供电设备在产品设计中对PCB尺寸和整机功耗有着严苛的要求。GD32W515系列可以提供QFN36和QFN56封装选择,藉由MCU+Wi-Fi单芯片、高能效的解决方案,特别适用于此类对PCB面积有限制的紧凑型应用场景。

目前,兆易创新GD32W515系列MCU及配套的开发工具均已量产出货。相关的技术资料可在GD32MCU.com网站自行下载,帮助广大开发者快速上手,缩短产品设计周期。

GD32W515系列Wi-Fi MCU凭借其增强的处理能力、先进的安全特性和丰富的外设特性,并集成了行业领先的基带和射频性能,为无线联网设备的开发者带来无限可能的SoC解决方案!

来源:GD32MCU(作者:吴子鹏)
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近年来,物联网技术不断积累与升级,产业链也逐渐完善和成熟,全球物联网行业整体呈现爆发式增长态势。物联网是建立在互联网基础上的网络发展的一个新阶段。它可以通过各种有线或无线网络与互联网融合,广泛应用于网络的融合中,也被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。这便推动了市场上多家芯片厂商向该领域进军,物联网连接从场景和方案的角度,经历了三个时代。

Wi-Fi 射频芯片

最初Wi-Fi是一个射频器件,需要通过SDIO/USB等接口连接到主控协同工作,这就是所谓的透传Wi-Fi,也叫RF Wi-Fi。在强调高吞吐或者强主控的应用场景中,这种方案目前依然是主流。

Wi-Fi SoC芯片

后来随着物联网的蓬勃发展,Wi-Fi开始向相对低速的物联网场景渗透,出现Wi-Fi+MCU的单芯片SoC方案。但实际上,由于MCU场景的碎片化、多样性和开发者的使用习惯等因素,Wi-Fi SoC的MCU处理能力并不高,无法替代主控MCU的功能。除了电工、照明、部分家电等简单应用,在复杂的物联网场景中,Wi-Fi SoC仅提供应用层的“透传”功能,需要搭配一个额外的MCU作为主控才能正常使用。

高性能Wi-Fi MCU单芯片方案

随着物联网应用的进一步发展,以及智能家居、家电和全屋智能的兴起,用户对端侧方案的要求越来越高。藉由通用MCU的高算力、丰富的外设接口以及丰富的生态,搭载2.4G射频基带的高性能Wi-Fi MCU应运而生,可以替代传统的Wi-Fi 主控MCU双芯片解决方案,为功耗敏感、体积敏感和成本敏感的客户带来创新选择。

兆易创新为应对市场变化和客户需求,将Wi-Fi无线连接功能集成到MCU内部,推出了GD32W515无线产品系列。

欧智通科技股份有限公司耕耘物联网行业十数年。作为主流连接技术全覆盖的物联网系统解决方案提供商和制造商,基于GD32W515系列MCU,全新推出IoT Wi-Fi模块X115Z-RA。

该模组的主控芯片采用GD32W515P0Q6。这是一款真正面向MCU用户的IoT Wi-Fi模组。它是一颗MCU,具备MCU的丰富资源和基本外设,并完全兼容GD32 MCU开发环境和使用习惯;同时,轻松构建Wi-Fi连接方案。使用这款模块,MCU开发者不再需要考虑复杂的串口通讯来和外部Wi-Fi模块进行异步通讯,不再需要和第三方模块商进行反复的沟通和协议制定,开发者看到的就是一张LwIP的网卡,只要在你熟悉的开发环境下创建socket接口,一切如你所控。

“X115Z-RA

01、硬件规格

该模组主控芯片基于180MHz ARM Cortex-M33内核,支持TrustZone控制单元TZPCU,外置大容量的存储资源。特别需要强调的是接口资源十分丰富:具备USB模块并支持device/host/OTG full speed模式;支持数码相机接口DCI可接摄像头;支持高性能数字滤波器HPDF可用于外部Σ-Δ调制,实现高精度音频信号处理;支持触摸感应接口TSI;四线制SPI接口QSPI可驱动VGA分辨率的屏;甚至高级内置的高级PWM控制可以跑BLDC/FOC算法来直接驱动电机。供电电压为1.6-3.6V,I/O口可承受5V电平,工业级温度范围-40至85℃。射频性能优异,实测吞吐优于市面上绝大部分对标模组。

02、安全性能

得益于TrustZone硬件安全架构提供的系统隔离特性,该MCU模组能够支持安全区域的安全启动,并可在软件层面提供安全存储、初始化认证以及安全日志等服务,严格保护了机密代码和数据、核心流程以及关键外围设备。还支持Wi-Fi协议规定的全新安全特性,如WPA3以及管理帧保护功能,进一步增强了终端设备通信过程的保密性和安全性。

03、生态资源

模组主控MCU GD32W515系列已经正式通过Arm平台安全架构PSA Level1、PSA Functional API认证,以提供更高安全保障。还通过了Wi-Fi联盟(WFA)授权的Wi-Fi认证以及RF FCC/CE合规认证。

模组X115Z-RA支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC各种开发环境,以及FreeRTOS、COS、RT-Thread和AliOS Things等嵌入式操作系统。

来源:GD32MCU
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今天推荐的视频将介绍WFI32器件系列,该系列配备了功能丰富而强大的12位2 Msps双核SAR ADC,最多具有20个模拟输入通道;片内支持2.4 GHz 802.11射频,展现了业界领先的卓越性能。

来源:Microchip
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业界领先的半导体器件供应商兆易创新GigaDevice(股票代码 603986)正式发布基于Arm® Cortex®-M33内核的GD32W515系列Wi-Fi微控制器。

全新MCU具备领先的基带和射频性能,内置TrustZone架构打造安全数据存储的硬件可信赖执行环境,并且延续了GD32 MCU家族的软硬件完美兼容性。GD32W515系列产品以增强的处理能力和丰富的集成特性为智能家居、工业物联网、消费类电子等各类应用场景提供无线连接的开发之选。目前,该系列产品已经开始提供样片,并将于12月正式量产供货。

“GD32W515系列Cortex®-M33内核Wi-Fi
GD32W515系列Cortex®-M33内核Wi-Fi MCU

领先的射频性能和丰富的集成资源

GD32W515系列MCU持续采用最新的Arm® Cortex®-M33内核,片上集成了2.4GHz单流IEEE802.11b/g/n MAC/Baseband/RF射频模块。Cortex®-M33内核基于Armv8-M指令集架构,支持DSP指令扩展和单精度浮点运算(FPU),还集成了TrustZone硬件安全机制,支持独立的存储访问空间,提供了系统开发所必需的安全性和灵活性。

全新Wi-Fi MCU的最大发射功率为21dBm,信号接收灵敏度可达-97.6dBm,总链路预算达到118.1dBm,提供了优异的基带和射频性能。还具备卓越的抗干扰能力,邻道抑制(ACR)值高达48dB,可以有效防止强信号干扰,提升信号接收的稳定性。该系列MCU支持高传输速率,Iperf吞吐量可达50Mbps,屏蔽室内测试最高可达80Mbps。射频(RF)模块实现了内部全集成,外围电路设计简单并有效减少周边元件用量,节省开发成本。

GD32W515系列MCU的最高主频为180MHz,配备了高达2048KB的eFlash和448KB的SRAM,还可支持32MB的外置Flash。供电电压为1.6-3.6V,I/O口可承受5V电平,工业级温度范围–40至+85°C。

芯片内置了丰富的外设资源,包含1个12位ADC、4个通用16位定时器、2个通用32位定时器、1个基本定时器、1个PWM高级定时器,以及一系列通信接口:多达2个SPI、1个SQPI、1个SDIO、2个I2C、3个USART、1个I2S、USB2.0 FS和Wi-Fi无线接口。其它外设则包括TrustZone控制单元(TZPCU)、数码相机接口(DCI)、触摸感应接口(TSI)、四线制SPI Flash接口(QSPI),还新增了高性能数字滤波器(HPDF),可用于外部Σ-Δ调制,实现高精度音频信号处理。

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GD32W515系列MCU产品组合

集成TrustZone架构提供安全可信方案

得益于TrustZone硬件安全架构提供的系统隔离特性,全新MCU能够支持安全区域的安全启动,并可在软件层面提供安全存储、初始化认证以及安全日志等服务,严格保护了机密代码和数据、核心流程以及关键外围设备。还支持Wi-Fi协议规定的全新安全特性,如WPA3以及管理帧保护功能,进一步增强了终端设备通信过程的保密性和安全性。

GD32W515系列MCU已经正式通过Arm平台安全架构PSA Level 1、PSA Functional API认证,以提供更高安全保障。还通过了Wi-Fi联盟(WFA)授权的Wi-Fi认证,以及RF FCC/CE合规认证。与各厂商无线路由器(AP)具有极佳的相容性,可以快速建立连接并完成通信。

触手可及的无线AIoT开发和应用生态

GD32W515系列MCU提供了完整配套的开发套件。除了基本的数据手册、固件库之外,还提供了专用于Wi-Fi模块的包含硬件驱动、软件协议栈、云连接等功能的软件包。支持Keil MDK/IAR EWARM/GCC各种开发环境,以及FreeRTOS、µCOS、RT-Thread和AliOS Things等嵌入式操作系统,并已推出多款Wi-Fi参考设计方案。

兆易创新产品市场总监金光一表示:“我们将以更多种类的无线MCU产品组合,为AIoT时代层出不穷的开发需求提供创新捷径。藉由Cortex®-M33内核出色的处理性能和加速器,全新Wi-Fi MCU可以支持诸如本地语音识别、关键词唤醒等边缘计算和TinyML等人工智能算法。TrustZone安全架构更可以大幅度提升物联网终端的信息安全设计,在万物互联的大数据时代为用户的隐私安全保驾护航。”

兆易创新为GD32W515系列新品配备了专用开发板卡。GD32W515P-EVAL全功能评估板基于QFN56封装,支持完整的功能演示以及开发调试;GD32W515T-START 入门级套件基于QFN36封装,可用于评估Wi-Fi相关指标和体验功能。两款开发板卡现已同步发布,各授权代理商渠道及GD32天猫旗舰店(GD32.tmall.com)也将上架发售。

关于GD32 MCU

兆易创新GD32 MCU是中国高性能通用微控制器领域的领跑者,中国最大的Arm® MCU家族,中国第一个推出的Arm® Cortex®-M3、Cortex®-M4、Cortex®-M23及Cortex®-M33内核通用MCU产品系列,并在全球范围内首个推出RISC-V内核通用32位MCU产品系列,已经发展成为中国32位通用MCU市场的主流之选。以累计超过8亿颗的出货数量,超过2万家客户数量,31个系列近400余款产品选择所提供的广阔应用覆盖率稳居中国本土首位。

兆易创新GD32 MCU也是Arm®大学计划(University Program, AUP)中国首批合作伙伴、Arm® mbed™ IoT平台生态合作伙伴、“兆易创新杯”中国研究生电子设计竞赛的冠名厂商。GD32以打造“MCU百货商店”规划发展蓝图,为用户提供最全面的系统级产品和解决方案支撑,构建智能化开发平台和完善的产品应用生态。更多信息欢迎访问GD32MCU.com。

来源:GD32MCU
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作者:Alex Li(Microchip Technology 无线解决方案产品部 资深市场营销工程师)

工业物联网的发展趋势是在一个SoC而非多个离散器件中执行更多功能,以精简物料清单、降低设计风险、减少占用空间。Wi-Fi® MCU即是一个典型,它将Wi-Fi连接与处理器及所需GPIO集成在一起,以满足多种应用的需求。在指定其中一个器件时,需要考虑多个因素,并需审慎进行选择,因此务必对这些器件有所了解。

当今市场上存在低成本的Wi-Fi连接方案,但通常会以外设数量和整体性能为代价。这意味着选择最佳Wi-Fi MCU充满挑战和风险,因为Wi-Fi MCU必须兼具稳健的Wi-Fi连接和高性能MCU功能,二者缺一不可,否则会导致整个设计项目延迟甚至失败。MCU是系统的核心,是Wi-Fi MCU中最关键的部分,因此需要在项目伊始对其性能进行检查,否则可能在后期发生需要更换器件的情况,通常需要重新设计所有软件及配置配套电路。

ADC不容忽视

指定Wi-Fi MCU时,模数转换是最易忽视的功能之一,尽管它是信号链中模拟输入之后的第一个处理元件。这意味着它的性能将影响整个系统,因此务必掌握有关模数转换器(ADC)的关键指标以及Wi-Fi MCU制造商为达成指标所应采用的方式。

设计人员关注的首要规范之一是ADC的位数。这会让人感到困惑,因为,事实上,实际位数将少于(甚至远低于)数据手册规范。ADC可用于执行转换的有效位数(ENOB)更为重要,ENOB始终小于数据手册规范,但与数据手册规范越接近越好,因为在不同ADC之间这一位数有着很大的差异。可用于执行转换的位数越少,SoC的输入信号的精度就越低。

此外,与所有电子器件一样,ADC会为信号“贡献”一些对其功能产生负面影响的因素,包括量化和时序误差以及失调、增益和线性度的变化。ADC还有一个众所周知的缺点:易受诸多工业物联网运行环境中常见的大温度波动影响(见图1)。Wi-Fi MCU制造商可以规避这种情况,因此务必联系每个候选Wi-Fi MCU的制造商以确定其ENOB、性能随温度变化情况、线性度和精度。如果无法提供这些信息,则弃用。

“指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项"

“指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项"

“指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项"

“图1.低档ADC的精度和线性度差,易受环境和温度影响"
图1.低档ADC的精度和线性度差,易受环境和温度影响

外设支持

所有Wi-Fi MCU至少都支持少量接口标准,因此很容易认为它们能达到要求。而当工程师试图在其他设计中使用相同的Wi-Fi MCU时,他们常常会为自己的草率后悔不已。这种情况在建立或修改工业物联网系统时越来越常见,因为大多数生产设施均采用由不同制造商在不同时间制造的各种机器和控制器。

随着系统的完善,可能会增加更多的接口,有时可能需要支持触摸检测和LCD等功能。如果SoC有备用GPIO,则可以在几乎不共用引脚的情况下控制更多继电器、开关和其他元件。为此,器件支持的接口应包括以太网MAC、USB、CAN、CAN-FD、SPI、I2C、SQI、UART和JTAG(可能还包括触摸发送和显示支持),以确保能够在现在和可预见的未来适应几乎所有情况。

安全始于内部

安全性对于每个物联网应用都至关重要,但工业环境具有任务关键性特征,一旦有威胁进入工业物联网的网络,就会在整个设施乃至整个公司扩散。第一级所需安全性位于MCU的集成加密引擎中,在这里,将顺序执行或并行执行加密和身份验证。密码应包括AES加密(密钥大小最高256位)、DES和TDES,身份验证应包括SHA-1和SHA-256以及MD-5。

由于每个云服务提供商都有自己的认证和密钥,为其置备器件是一个复杂的过程,需掌握大量与加密相关的知识,是设计人员针对云服务置备产品时最具挑战性的任务之一。幸运的是,包括Microchip Technology在内的一些制造商简化了这一过程,从而节省了大量的时间和金钱。这种方法能够极大地缩短时间,减少混乱;可以将设计过程缩短数周或更长时间,同时凭借行之有效的可验证方法确保满足所有安全和置备要求。

务必注意,大多数Wi-Fi MCU将凭证存储在闪存中,其中的数据可访问且容易受到软件和物理攻击。如果将此类信息存储在硬编码的安全元件中,则无法通过任何外部软件读取其中的数据,因而可以达到最高的安全性。例如,WFI32等Microchip Wi-Fi MCU(图2)在公司的Trust&GO平台中采用这种方法安全地置备其MCU,以连接到AWS IoT、Google Cloud、Microsoft® Azure和第三方TLS网络。

“指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项"

“图2.WFI32
图2.WFI32 Wi-Fi®模块将凭证存储在硬件中加以隔离,使其几乎不会遭受黑客攻击

预置备、预配置或自定义的安全元件在制造时即会存储于器件的硬件安全模块(HSM)内生成的凭证,防止凭证在生产期间和之后公开。Trust&Go平台只需一款成本低廉的Microchip开发工具包,设计人员可使用随附设计套件中的教程和代码示例创建所需的清单文件。一旦安全元件的C代码在应用程序中运行,就可以从设计转入生产。

所需安全性的另一种形式是Wi-Fi联盟认证的最新Wi-Fi安全。最新版本的WPA3基于上一代WPA2构建,但增加了一些功能,可简化Wi-Fi安全、实现更稳健的身份验证、提供更高的加密强度并保持网络弹性。所有新器件均须通过WPA3认证才能使用Wi-Fi联盟标志,因此应对每个Wi-Fi芯片和Wi-Fi MCU进行认证,以实现最高安全性。不过,仍需进行核实以确保候选Wi-Fi MCU已通过WPA3认证。

确保互操作性

由于射频不匹配、软件和其他一些因素,Wi-Fi MCU始终有可能无法与市场上的部分接入点通信。无法连接到常用的接入点有损公司声誉。尽管我们无法保证Wi-Fi MCU能与全球每个接入点(AP)搭配使用,但可确保Wi-Fi MCU通过了与市场上最常用AP的互操作性测试,从而能最大程度地减少问题。此信息通常可从制造商网站获取,但若网站未提供相关信息,可致电制造商获取信息,如果仍未能获取信息,请选择其他供应商。

需要得到帮助

最后但同样重要的是需要设计支持。如果没有一个全面的集成开发环境(IDE)平台,设计人员只能将一些不确定是否有用、简单或可靠的Web资源拼凑在一起。例如,少数Wi-Fi MCU制造商提供了有关产品的基本详情和原型设计说明,但就此止步,不提供将其从当前阶段转入生产阶段所需的信息。

真正有用的是,制造商应提供一个全面的IDE(图3),其中包括Wi-Fi MCU执行的每一个模拟和数字功能以及要在特定应用中实现所需要的全部外部元件。应提供一种方法将设计变更对整体性能的影响可视化,还应具备评估设计的RF性能和合规性的能力。一些基本工具可免费使用,另一些工具则以适中的成本提供,包括设计用于制造商的Wi-Fi MCU系列的评估板。

“指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项"指定支持Wi-Fi®的MCU时的注意事项

“图3.从原型设计阶段到成品,此类集成开发环境均能为设计人员提供调试工具和其他工具来降低风险"
图3.从原型设计阶段到成品,此类集成开发环境均能为设计人员提供调试工具和其他工具来降低风险

总结

物联网的发展趋势是将更多的处理能力转向网络边缘,而不是只集中于基于云的数据中心。为此,需要在最少的空间和元件中集成尽可能多的功能。Wi-Fi MCU是众多SoC中的一种,它将多个功能集成在一个器件中,而不是分布于功能特定的离散元件,从而实现上述目标。

如果Wi-Fi MCU制造商可提供足够的资源,则将这些器件集成到嵌入式IoT子系统中可能相对简单。这些资源包括高度安全性(通过一种简单的置备方法来满足云服务提供商的需求)和全面的IDE(引导设计人员从原型设计阶段转向生产阶段)。

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