在現代電子學的格局中，萬物互聯。這包括內部連接的MCU、傳感器、控制器和外圍設備，以及與無線通信和云服務的外部連接。對于嵌入式系統的設計者和開發人員來說，連接性和通信標準和技術的多樣性往往令人費解。隨著對嵌入式安全性的日益重視，現在外部和內部通信增加了另一層復雜性，在物聯網（IoT）或無線傳感器應用中沒有分配任何額外的功率。

這個通用連接的新時代產生了對簡單安全解決方案的需求，以在各種嵌入式應用程序中連接到云。本文旨在交流使用嵌入式連接和通信技術的嵌入式設計人員所面臨的最新考慮因素和挑戰，特別是由數字信號控制器 （DSC）、微控制器 （MCU） 和微處理器 （MPU） 驅動的設計人員。此外，本文還將介紹Microchip的硬件解決方案、軟件工具/資源以及新的支持云的開發板和器件如何通過有競爭力的功能和可靠的安全技術幫助設計人員和開發人員實現不斷縮短的產品開發周期目標。

新興互聯應用與新的設計挑戰

一起成長 對于嵌入式應用，內部連接和外部通信經過設計和優化，以促進系統組件、設備、網絡基礎設施、處理單元和存儲單元之間的數據和信號交換。因此，對連接或通信功能的要求由它們所服務的應用程序決定。主要應用是將本地和基于云的智能可靠地連接到分布式傳感器、執行器和控制器，具有低延遲和高功率效率，在小型、可升級的組件中確保安全性，同時易于集成和開發，適用于廣泛的應用。新興的聯網汽車、人工智能、智能傳感器、智能邊緣/智能網格和新的數據經濟是影響捕獲和通信數據類型和數量的主要因素。由于有無數的要求，還需要有多種連接和通信選項可供選擇，以滿足這些不同的應用。

對于大多數DSC、MCU和MPU來說，這并不總是一個簡單或直接的目標，這些目標通常在集成連接和通信外設方面受到限制。此外，添加外部外設通常會增加BOM的復雜性，導致更大的系統尺寸，需要更復雜，有時甚至是高速的數據線以及PCB層和布局，降低電源效率，使系統更容易受到干擾，甚至可能引入安全漏洞。

另一個注意事項是，常見的連接和通信接口（如USB和以太網）通常很難實現為外部外設且成本高昂。實現USB和其他高速數據連接和通信技術所需的額外時序，RAM和其他支持硬件也往往會增加復雜性。物聯網和汽車電子的成本。除了這些其他挑戰之外，確保嵌入式設備和云服務之間的安全連接的過程有時模糊且通常很艱苦。

具有多種集成外設和設計功能的現代化 DSC/MCU/MPU，以應對互聯世界

降低 BOM 成本/復雜性、PCB 布線復雜性、占位面積、功耗和設計時間的一種方法是利用具有集成外設和功能的 DSC、MCU 和 MPU，無需額外的外部組件和連接。在前幾年，只有有限的器件選擇，集成外設數量有限，設計人員/開發人員需要對設計所需的每個附加外設進行原型設計和測試。這需要在相對較少的串行接口、UART和GPIO引腳之間平衡通信，這些引腳不一定能夠達到汽車等關鍵應用所需的速度和可靠性。

現在有嵌入式設備集成了各種外設，并包括許多功能，有助于降低設計和開發復雜性，同時提高電源效率和其他性能方面。如果外設是獨立于內核的外設（CIP），則可以增加外設的這種集成，它們可以在不增加CPU負擔甚至喚醒CPU的情況下完成操作，并降低整體功耗。這些集成外設的關鍵是連接和通信接口以及嵌入式設備支持的協議。例如，USB是許多嵌入式應用必須克服的常見障礙。由于USB接口的時序要求非常嚴格，因此需要板載晶體振蕩器和相關電路來保持定時精度。Microchip通過提供各種帶有集成USB接口的MCU（8/16/32位MCU）和16位DSC，解決了這一挑戰，其中一些能夠足夠精確地定時，無需外部晶體振蕩器，并且具有USB OTG功能。

許多Microchip的USB MCU/DSC還增加了許多額外的連接和通信外設，包括通用電機控制和汽車協議。這包括幾個16位DSC和32位MCU系列，這些系列具有集成的CAN，CAN FD，SENT，LIN，AUTOSTAR甚至支持CAN和DALI和DMX等照明協議的8位MCU。支持汽車和工業協議的MCU和DSC還具有符合標準的功能安全特性，易于合規和高溫操作，使其能夠在安全關鍵型工業和汽車應用中使用。

一些通信協議，特別是在汽車應用（如AUTOSAR）中，往往需要大量的閃存和RAM。因此，Microchip支持這些協議的解決方案還具有必要的集成存儲和存儲器，以支持這些協議等。其他兼容的協議和接口包括TCP/IP、UARTS、I2C、SPI等。TCP/IP協議相當復雜，Microchip為每個兼容的MCU提供了交鑰匙TCP/IP庫。

除了有線連接之外，下一代通信設備越來越多地轉向無線連接，無論是連接到互聯網/云，主機/控制器之間還是通過直接通信或網狀網絡相互連接。嵌入式設備最常見的無線通信技術包括Wi-Fi?，藍牙?，IEEE 802.15.4（zigbee?）和LoRa，以及其他各種ISM頻段和未經許可的RF通信。

由于大多數嵌入式開發人員都不是RF工程師，因此外部無線模塊是實現無線通信的最常見方式。Microchip提供各種無線模塊，以及具有內置光柵無線通信功能的空間、時間和成本節省的MCU。這些集成解決方案包括完整的 Wi-Fi 模塊、藍牙 MCU、IEEE 802.15.4 MCU、LoRa MCU 以及各種免許可和 ISM 頻段集成 MCU。利用這些高度集成的無線通信MCU有助于節省功耗，降低設計復雜性并加快上市時間，這在競爭激烈且快節奏的物聯網和智能家居市場中至關重要。

云合作伙伴關系加快上市時間并簡化安全性

云服務可以極大地增強物聯網或智能家居設備的功能和價值。例如，云服務可以使用機器智能、用戶自定義/控制、無線 （OTA） 更新、通知、實時分析等實現增強功能。然而，整合支持這些功能的通信硬件和網絡功能也為惡意篡改甚至信息竊取開辟了無數的途徑。保護無線和有線嵌入式設備已成為OEM的主要關注點，因為客戶越來越需要更好的安全性來保護其個人數據并確保其物聯網設備可靠運行。

考慮到這一點，Microchip工程師與幾家領先的云服務合作，提供物聯網模塊和嵌入式設備，以簡化物聯網安全性并縮短當前一代和下一代物聯網設備的上市時間。特別是，這包括物聯網開發板、套件和與谷歌的物聯網核心、亞馬遜網絡服務、微軟Azure和物聯網行業加入服務器進行LoRa身份驗證的設備。以上內容包括用于快速開發的 Microsoft 認證的 Azure IoT 初學者工具包，以及支持設備標識符組合引擎 （DICE） 和 Azure IoT Hub 設備預配服務 （DPS） 的 IoT 開發工具包。

AVR-IoT WG 和 PIC-IoT WG 開發板是使用 Google IoT Core 開發應用程序的快速入門方法，并集成了 8 位 ATmega4808 或 PIC24FJ128GA705 MCU、完全認證的 ATWINC1510 Wi-Fi 網絡控制器和 ATECC608A CryptoAuthentication? 安全元件 IC。以上組合形成一個不需要額外硬件進行編程和調試的電路板，預加載的固件映像可實現即時設置和與 Google Cloud IoT 平臺的通信。兩款支持 Wi-Fi 的開發板都與 MPLAB? X IDE 兼容，并且可以輕松編程。h 免費提供的 Atmel Start 和 MPLAB 代碼配置器 （MCC）。此外，ATECC608A 加密認證 IC 可與其他設計集成，并提供與 AVR-IoT 和 PIC-IoT 開發板相同的安全服務，這使其成為探索 Google IoT Core 應用和原型設計的絕佳工具。

此外，ATECC608A IC 還與 Amazon AWS IoT Core 兼容，可用于為 AWS IoT 設備啟用零接觸預置 （ZTP）。ZTP 意味著 IoT 設備可以在 Microchip 的安全設施中預先預置 AWS 云服務，并且不會向外部暴露任何安全密鑰。借助 ZTP，OEM 也不必為配置設備構建安全的基礎架構，從而在部署物聯網設備和服務時節省時間和金錢。此外，AWS 還提供 IoT Greengrass 硬件安全集成作為 IoT Greengrass Core 軟件的一部分，該軟件可用作與微處理器無關的安全解決方案，為任何基于 Linux? 的 IoT 產品提供真正的硬件安全密鑰存儲。還有一個用于AWS IoT的ZTP套件版本，或者一個插座的AT88CKSCKTUDFN-XPRO附加板可以與其他Microchip開發板一起使用，以實現物聯網服務的快速原型設計和測試。

結論

在物聯網、智能家居和互聯汽車電子的多路復用世界中，明顯缺乏簡單的解決方案。這些不斷增長的市場的多樣性、競爭性和可變性幾乎保證了在為這些市場構建解決方案時的高度復雜性，以及大量的設計和開發負擔。給這些解決方案帶來一些最重大挑戰的一個領域是連接和通信功能。具有集成連接接口和通信模塊的Microchip DSC、MCU和MPU（包括新的物聯網云就緒解決方案）在緩解設計人員和開發人員面臨的挑戰方面大有幫助，這些解決方案具有高能效、可靠、安全的特點，并且可以及時投放市場，從而實現可行性和盈利。

審核編輯：郭婷