跨平臺設計成物聯(lián)網(wǎng)一大難點(diǎn)，把復雜變簡(jiǎn)單只需這十點(diǎn)

每個(gè)工程項目在開(kāi)發(fā)實(shí)作的過(guò)程中可能會(huì )受到諸多因素的制約，其中最主要的三大因素是效能、功耗和價(jià)格，人們通常需要對這些因素做出權衡和折衷。以這三個(gè)因素為頂點(diǎn)構成三角形，每個(gè)項目都有其「側重點(diǎn)」，但根據產(chǎn)品、市場(chǎng)和時(shí)間會(huì )有不同的相對權重。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）相關(guān)應用的潛在成長(cháng)為供貨商及其設計團隊提供了新的機會(huì )，但也進(jìn)一步擴大軟硬件工程方面的挑戰。硬件和軟件密切相關(guān)，共同組成了平臺，需要采取多種策略來(lái)最大程度地降低跨平臺設計的復雜性。這些策略包括：

限制傳感器和變頻器（Transducer）輸入/輸出（I/O）

首先決定您的輸入/輸出需求是否采用固定或有限的數量和類(lèi)型，或者是否需要擴展數量和提高類(lèi)型的靈活性。這一決定會(huì )影響您對微控制器（MCU）和外部接口設備的選擇。如果輸入/輸出不僅包含簡(jiǎn)單的低壓數字點(diǎn)，還包括溫度傳感器、馬達、甚至串行和并行格式的通訊線(xiàn)路，這一點(diǎn)就尤為關(guān)鍵。

使用外部認證射頻（RF）模塊

很多情況下，獨立于核心應用處理器的模塊都具有重要意義。雖然高度整合的單芯片解決方案在電路板空間、功率和成本方面頗具吸引力，但倘若無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議（protocol）、要求范圍、甚至法規要求有任何的變化或擴展，都需要對設計進(jìn)行重大改變，或者需要采用新的MCU和射頻鏈路相關(guān)韌體。即便編碼部分很簡(jiǎn)單（可能性不大），但MCU可能無(wú)法滿(mǎn)足新的要求，而且需要升級，因此增加了開(kāi)發(fā)時(shí)間和風(fēng)險。

以功率換取效能

弄清楚選擇的MCU在功率與效能矩陣中的正確位置。當您沿著(zhù)所需效能的曲線(xiàn)往上移，將會(huì )遇到閾值點(diǎn)，因此不得不使用體積和功耗更大的MCU。當您沿著(zhù)曲線(xiàn)下移時(shí)，所需資源減少，則可考慮使用體積小、功率低、價(jià)格便宜的MCU。

請確保所選的特定MCU支持各種復雜的速度、功能和功率模式，這樣才能優(yōu)化操作順序，最大程度降低總能耗，應對需要大功耗的操作。

簡(jiǎn)化安全性

一些處理器具有專(zhuān)用的硬件嵌入特性，提供自動(dòng)安全功能，并且不依賴(lài)任何應用軟件，甚至所選的實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）。這種方式可能會(huì )簡(jiǎn)化您所面對的安全挑戰。如果您選的所有MCU都具有相同的嵌入式安全功能就更好了，因為無(wú)論選擇哪一種處理器，都可以跨越物聯(lián)網(wǎng)挑戰中的這個(gè)重要部分。

系統標準化

隨著(zhù)對大小/效能要求的變化，需要對低功耗8/16位MCU進(jìn)行標準化，然后采用不同的內存大?。ㄆ蟽却婊蛲獠?jì)却妫?；也可采用一個(gè)較大的32位MCU，雖然在低階應用時(shí)會(huì )浪費一些容量，但具有代碼和驅動(dòng)器一致的優(yōu)勢，同時(shí)還能簡(jiǎn)化物料清單（BOM）和測試過(guò)程。

操作系統選擇

在某些情況下，一臺簡(jiǎn)單、低成本的單線(xiàn)程操作系統便已足夠，但也有很多項目需要采用實(shí)時(shí)操作系統。無(wú)論采用哪一種操作系統，都需要對小型、中型和大型操作系統版本的可擴展性和可用性做出評估。必須了解清楚最小版本的大小及其相應的功能——您肯定不希望當項目完成80%時(shí)，在操作系統的能力「遇到瓶頸」。

硬件升級VS軟件升級

在軟件資源曲線(xiàn)上的一些關(guān)鍵點(diǎn)需要完成一些額外任務(wù)（開(kāi)發(fā)時(shí)間，處理器資源），此時(shí)您必須做出以下選擇，要么增加周邊IC來(lái)為滿(mǎn)載運作的MCU進(jìn)行分流；要不選擇一臺指令周期更快的MCU。決策時(shí)，要分析何時(shí)需要一臺功能更強大的MCU說(shuō)明您將硬件任務(wù)交回軟件，從而減少組件成本、電路板尺寸和功耗（原則上），但為此您可能要延長(cháng)開(kāi)發(fā)和除錯（debug）時(shí)間。

謹慎選擇通訊協(xié)議

使用「較輕的」物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化通訊協(xié)議，而不要選擇基于客戶(hù)端/服務(wù)器HTTP的因特網(wǎng)瀏覽器模型，這樣可以將堆棧和處理要求減少二倍或以上，便于應對多臺物聯(lián)網(wǎng)設備及其接口設備。隨著(zhù)市場(chǎng)要求日趨嚴苛，還需考慮當連接要求（通訊協(xié)議、速度和完整性）提高時(shí)會(huì )發(fā)生什么情況。

在設計時(shí)間盡早制定測試計劃

這一點(diǎn)非常重要而且復雜，特別是當設計中包含無(wú)線(xiàn)應用時(shí)。如何非正式、然后正式地驗證最終產(chǎn)品是否符合市場(chǎng)、技術(shù)、行業(yè)標準和法規要求，會(huì )產(chǎn)品影響「調整修復」周期和上市時(shí)間。如果要在產(chǎn)品中增加針對不同應用的功能，就需對原型測試程序或生產(chǎn)測試設置做出改變，這會(huì )增加工作量，同時(shí)增添不確定性和風(fēng)險。采用經(jīng)過(guò)許可的預認證（precerTIfied）軟硬件模塊，可確保最終設計在許多方面的一致性和順應性，但不是全部。如果有關(guān)設計和驗證的任何高階監管準則（如關(guān)于醫療產(chǎn)品可靠性的準則）影響到軟件，都應該明了于心。如果這些準則不適用于所有產(chǎn)品，要清楚它們適用哪些產(chǎn)品。

安全問(wèn)題是重中之重

所采用的軟件技術(shù)和策略應能跨產(chǎn)品滿(mǎn)足應用要求，并與物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)接口（如果有的話(huà)）匹配，例如防火墻、身份驗證和密碼。從分級列表中找出所需的安全資源，包括安全啟動(dòng)、身份驗證、安全通訊、防火墻、篡改檢測、事件報告、遠程命令審查和策略管理，根據所擁有的軟件資源，確保每一項的實(shí)際執行正確且可行。評估要提高各種產(chǎn)品的安全性是否必須采用更大或更快的MCU，制定計劃驗證實(shí)施的安全步驟是否可靠。

結論

隨著(zhù)新產(chǎn)品或附加產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，「甜蜜點(diǎn)（sweet point）」無(wú)疑也需要相應地進(jìn)行改變，以滿(mǎn)足不斷變化的要求，同時(shí)避免過(guò)度妥協(xié)。設計人員應縱觀(guān)當前及未來(lái)的產(chǎn)品，選擇適合的平臺，盡量減少返工并提高重復利用率，確保上述變化不會(huì )對成本、進(jìn)度或工作負荷造成不必要的影響。