星际争霸编年史:物聯網時代下的MCU應用新生態

時間:2018-3-22 14:15:00 來源: 添加人:admin

星际争霸2新指挥官2019 www.gojda.icu   在物聯網應用發展中,MCU的應用生態也發生了一些改變,呈現出了新的應用生態。目前,物聯網應用基本都是將傳感終端連接到云端,基本遵循云-管-端的架構。MCU的應用一般是在“管”和“端”,管指的是連接通信的管道,端是設備終端或傳感終端。

  下圖是MCU在物聯網中應用生態的示意圖:

  物聯網應用中MCU應用生態示意圖

  MCU

  和CPU一樣,MCU也在性能和成本道路上不斷地向前發展著。從4位、8位、16位到今天主流的32位MCU;從8MHz、16MHz發展到現在的幾百MHz主頻MCU。MCU的性能不斷地提升,而價格卻在不斷地下降,低配版本的32位MCU已經達到了0.3美金的價位,這加速了電子產品的設備升級換代,也促進了電子產品智能化的發展。國產的32位MCU供應商也越來越多,尤其是憑借ARM Cortex-M系列內核的MCU產品,部分國產MCU品牌發展迅速,有了一定的市場份額。

  隨著物聯網市場需求的強勁增長,對MCU的規格也提出了一些要求,如無線MCU(RF、Wi-Fi、BLE等)和安全MCU等產品。

  底層硬件驅動

  早在4位、8位MCU時代,由于程序存儲容量小、資源少。一般地,底層MCU外設的驅動都是由工程師根據MCU的寄存器自己開發設計,設計風格因人而異,更換不同的芯片或使用新的外設就需要重新開發底層驅動。MCU程序的通用性不強,移植成本也較高,工程師更換芯片也面臨著重新學習和開發的成本。

  而當MCU產品規格發展越來越復雜的時候,尤其是32位MCU,自己寫MCU底層驅動就越來越不是一種好的做法了。現在的MCU廠商也基本都提供了底層驅動庫給工程師,極大地方便了開發。ST公司更是提供了圖形化的初始化生成工具,讓STM32的開發起步更容易簡單。

  實時操作系統(Real Time Operating System, RTOS)

  RTOS也隨著物聯網應用的發展而逐漸多了。物聯網應用多是對數據的采集和數據的傳輸,對控制的實時性要求并不高,一些物聯網應用的任務越來越復雜,就需要一個RTOS對MCU資源進行管理和任務的調度,以簡化應用的開發和程序的維護更新。而一些對實時性要求控制比較高的應用,如電機控制等,MCU一般不會用到操作系統(RTOS),雖然RTOS是實時RTOS,但對于控制要求到指令周期的控制還是不適用的。

  如同PC的操作系統一樣,物聯網的RTOS也管理著MCU的基礎資源和應用程序的運行。RTOS沒有PC操作系統那么通用性好,由于MCU架構不同,各個廠家的MCU產品也存在著差異,RTOS需要針對不同MCU做適配。為了讓物聯網設備或傳感終端便能更容易方便地連接到互聯網,阿里(AliOS Things )、華為(Huawei Lite OS)等大公司都紛紛推出了自己的RTOS。思必馳和華強聚豐也投資了RT-Thread RTOS,以期語音技術通過RTOS快速到達更多的MCU產品上,使得物聯網的連接更便捷。操作系統的價值隨著物聯網應用的發展越來越體現出來。

  中間件(Middleware)

  有了RTOS的基礎,MCU做的應用任務也就可以更多了,可以針對應用需求開發一些功能,如文件的操作,方便應用的管理。這部分功能是應用程序的一部分,而非全部,是一個相對獨立的功能,一般可稱之為中間件。一些MCU廠商也針對物聯網推出了中間件。中間件為MCU的應用提供了更多應用的可能性,拓展了MCU的應用范圍。

  下面列出了一些中間件:

  應用程序

  物聯網中MCU的應用程序,多是以功能實現為主,對實時控制的要求弱化了很多,主要是做傳感器數據采集、連接通信以及簡單控制等功能。

  工具鏈(Toolchain)

  在軟件中,工具鏈一般是指一套編程的工具,用于設計軟件產品,由編譯器和連接器(將源代碼轉換為機器能識別并可執行的程序)、庫和調試器(測試和調試程序)等組成。MCU的應用開發離不開工具鏈的支持。8/16位MCU廠商一般提供匯編語言的編譯器,不同指令架構的MCU需要不同的專用工具鏈支持。作為軟件產品的工具鏈,其編譯性能和穩定性需要長期不斷地完善,市場的工具鏈基本有三類:a) MCU廠家自有的工具鏈 b) 第三方工具鏈,多是商業軟件 c) 開源工具鏈,如GCC。有實力的MCU廠家會自己發展工具鏈,為用戶提供更多的價值服務。而多數的MCU廠商借助第三方或開源的工具鏈發展MCU產品。

  連接通信 (Connection)

  在物聯網應用中的連接通信的產品,一般可以有兩種產品形態:通信??楹屯?。常見的一些通信??橛校篧i-Fi、NB-IoT、2G/3G/4G等,可直接連接到云端。MCU在??櫓幸話閿米魘荽?。在使用電池供電的應用中一般會選擇用超低功耗MCU(ULP MCU)。而如LoRa、Zigbee、Z-Wave、BLE等無線連接技術則需借助網關連接到云端,MCU在網關中用作通信協議轉換。

  云端

  數據經由連接通信的管道傳輸到云端服務器。服務器按功能可分為網絡服務器、應用服務器等。網絡服務器一般用做物聯網的設備管理,應用服務器一般用做基于數據分析處理等應用程序。用戶界面則是與用戶直觀的交互界面,如Web端、手機App等。

  結束語

  中國MCU市場基本形成了以8051、RISC(類PIC)、ARM三大內核為主流的MCU產品。國產MCU在在面對各種物聯網的需求推出了不少的新MCU產品、如無線MCU、安全MCU等,借助成熟的工具鏈,加快了物聯網項目的落地和產品的上市。

  在物聯網開發過程中,MCU的應用程序不再為個人或公司獨自完成,更需要與其他公司或其他資源的協作,如RTOS和中間件,產品應用的分工更加細化,逐步形成了底層驅動、操作系統、中間件、連接通訊、云端的產品生態鏈。為使云端應用落地,有實力的公司加快了嵌入式領域的投入與合作,讓物聯網的開發物聯網產品更加容易和快捷。而嵌入式MCU的物聯網也可以借助大平臺的資源迅速推出一些新穎的物聯網產品。

  物聯網不僅僅是物的連接,更是應用分工的協助和合作。物聯網時代下的MCU應用呈現出了新的業態。

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