物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā)，如何能夠“快”起來(lái)？
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根據IDC的數據，2021年全球物聯(lián)網(wǎng)支出規模達6,902.6億美元，并有望在2026年達到1.1萬(wàn)億美元，2022年至2026年的年復合增長(cháng)率（CAGR）為10.7%。同時(shí)，IoT AnaIytics的研究報告也顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數達113億，首次超過(guò)非物聯(lián)網(wǎng)設備連接數，預計2025年將達到270億，復合增長(cháng)率更是高達22%！在可以預見(jiàn)的未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)中蘊藏著(zhù)巨大的商機，這已是不爭的事實(shí)。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202212/442073.htm根據IDC的數據，2021年全球物聯(lián)網(wǎng)支出規模達6,902.6億美元，并有望在2026年達到1.1萬(wàn)億美元，2022年至2026年的年復合增長(cháng)率（CAGR）為10.7%。同時(shí)，IoT AnaIytics的研究報告也顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設備連接數達113億，首次超過(guò)非物聯(lián)網(wǎng)設備連接數，預計2025年將達到270億，復合增長(cháng)率更是高達22%！在可以預見(jiàn)的未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)中蘊藏著(zhù)巨大的商機，這已是不爭的事實(shí)。
不過(guò)，如果將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)視為一座“寶礦”，想要將這些礦藏挖出來(lái)，并讓其價(jià)值變現，也并非易事?，F實(shí)的情況往往是，應用需求層出不窮，開(kāi)發(fā)者的“產(chǎn)能”卻總是捉襟見(jiàn)肘，補不上供需之間的差距。
個(gè)中緣由很多，而其中有一條很關(guān)鍵：物聯(lián)網(wǎng)應用需求“碎片化”特征十分突出，也就是說(shuō)不同應用之間往往是個(gè)性大于共性。這就要求開(kāi)發(fā)者一方面具備捕捉差異化的洞察力，以及實(shí)現這種差異化的想象力；另一方面也迫切需要給力的原型開(kāi)發(fā)平臺，讓他們的設計創(chuàng )意快速得以實(shí)現和驗證。
而以往，在物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā)平臺的選擇上，開(kāi)發(fā)者難免糾結。這是因為面對碎片化的需求，他們很難找到一款能夠覆蓋廣泛性設計要求的開(kāi)發(fā)套件。比如你選擇了某款具備溫濕度傳感器功能的原型開(kāi)發(fā)套件，可以滿(mǎn)足當下智能空調系統的設計要求，但是如果你進(jìn)一步想將PM2.5、VOC等更多空氣質(zhì)量傳感器整合到新的設計方案中，原有的原型工具就不再適用了。
因此，物聯(lián)網(wǎng)原型工具的可擴展性越來(lái)越成為一個(gè)關(guān)鍵的特性。為此，不少原型工具會(huì )設計成“MCU主板+擴展卡”的架構，通過(guò)添加子擴展卡來(lái)實(shí)現新的功能。
但擴展性的增強，也會(huì )帶來(lái)新的挑戰：不同硬件板卡相互整合時(shí)的兼容性問(wèn)題可能會(huì )成為設計隱患，而且軟件工具是否能夠支持這樣的擴展也是一個(gè)問(wèn)題。而上述任何硬件或軟件上的溝溝坎坎，都會(huì )延長(cháng)研發(fā)周期。
想要規避這些“拖后腿”的風(fēng)險因素，讓物聯(lián)網(wǎng)原型“快”起來(lái)，就要有一些新辦法。
快速物聯(lián)網(wǎng)原型平臺
Renesas Electronics快速接入式物聯(lián)網(wǎng)（Quick-Connect IoT）原型開(kāi)發(fā)平臺就是為了解決這個(gè)痛點(diǎn)而生的，它的出現確實(shí)讓人眼前一亮。 快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統的設計思路就是，通過(guò)提供相互兼容的、標準化的硬件和軟件構建模塊，讓開(kāi)發(fā)者能夠像搭積木一樣快速將開(kāi)發(fā)所需的MCU主板、傳感器和通信模塊整合在一起，搭建起硬件平臺；同時(shí)，該系統還提供可在板卡之間移植的核心軟件構件，大大降低了編碼要求。這樣一來(lái)，整個(gè)原型開(kāi)發(fā)就“快”起來(lái)了。
圖1：Renesas Electronics快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統 （圖源：Renesas Electronics） 為了將平臺中各個(gè)模塊化的要素整合在一起，Renesas Electronics提供了一硬一軟兩種關(guān)鍵的“粘合劑”。 其中，硬件粘合劑就是指：支持快速接入式物聯(lián)網(wǎng)的每塊MCU板上都帶有雙Pmod連接器，分別用于連接傳感器和通信模塊；而且這些外接的擴展模塊也可通過(guò)Pmod結構進(jìn)行級聯(lián)，以實(shí)現更大的可擴展性。 特別值得一提的是，Renesas Electronics與Digilent合作為快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統開(kāi)發(fā)了全新Pmod 6A型（擴展I2C）接口，該接口除了可以向后兼容標準的Pmod 6A接口，特別擴展了對SPI和UART接口的支持，符合I2C規范，具有可選的中斷和復位引腳，以及可選的控制信號。此外，6A型還可通過(guò)Digilent提供的簡(jiǎn)單電纜細分為6型和1型（GPIO）。這些優(yōu)化顯然有利于為更廣范的應用開(kāi)發(fā)提供更大的靈活性。 在軟件方面，Renesas Electronics為各種傳感器重新定義了通用軟件應用程序接口（API）和硬件抽象層（HAL）代碼，并嵌入至Renesas Electronics e2 studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中。這實(shí)際上是從軟件層面盡可能避免原型開(kāi)發(fā)系統在功能擴展時(shí)可能會(huì )遇到的問(wèn)題，設計人員無(wú)需編寫(xiě)和測試驅動(dòng)程序代碼，僅需以圖形方式選擇他們的傳感器并編寫(xiě)數行代碼即可，所有集成與設置工作均在后臺進(jìn)行，大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。 不難看出，快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統的推出恰好瞄準了物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā)的痛點(diǎn)——開(kāi)發(fā)者所需要的不僅是性能出色的MCU、傳感器、無(wú)線(xiàn)通信模塊和軟件，而是一個(gè)可以整合各種設計軟硬件資源，且能夠根據設計需要靈活擴展的開(kāi)發(fā)平臺?？焖俳尤胧轿锫?lián)網(wǎng)顯然為這一目標的實(shí)現提供了一個(gè)理想的系統框架。
圖2：基于快速接入式物聯(lián)網(wǎng)的空氣質(zhì)量監測系統
（圖源：Renesas Electronics）
豐富的設計生態(tài)資源 當然，有了這樣的系統框架，想要盡可能地滿(mǎn)足碎片化、多樣性物聯(lián)網(wǎng)應用原型開(kāi)發(fā)的需求，還需要不斷豐富與快速接入式物聯(lián)網(wǎng)配套的各種MCU主板和擴展模塊。這也一直是Renesas重要的著(zhù)力點(diǎn)。 在MCU主板方面，目前Renesas Electronics的RA、RX和RL78產(chǎn)品家族有超過(guò)25款的MCU開(kāi)發(fā)板及套件，可直接或通過(guò)專(zhuān)門(mén)的小型轉接板與新型Pmod 6A型標準相兼容。也就是說(shuō)，這些開(kāi)發(fā)板都可以成為快速接入式物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的一部分，使用到這一原型平臺豐富的傳感器和通信模塊資源。按照Renesas Electronics的規劃，在不久的將來(lái)快速接入式物聯(lián)網(wǎng)還會(huì )支持RE和RZ開(kāi)發(fā)板。 圖2中的空氣質(zhì)量監測系統，使用的就是一塊RA系列的開(kāi)發(fā)板EK-RA2L1?？梢钥吹?，RA系列微控制器開(kāi)發(fā)板中集成了基于A(yíng)rm Cortex-M內核的微控制器、USB和JTAG調試接口、Pmod連接器，以及按鈕、電位器和觸摸傳感器等HMI控件，板載硬件資源十分豐富。
圖3：EK-RA2L1開(kāi)發(fā)板
（圖源：Renesas Electronics） 同時(shí)在配套的開(kāi)發(fā)軟件方面，設計人員可以借助Renesas Electronics的e2 Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）和E2仿真器，實(shí)現開(kāi)箱即用的編碼、調試和評估體驗。而且，RA靈活軟件包（FSP），也為開(kāi)發(fā)者提供一種快速、通用的開(kāi)發(fā)方式，使其能夠利用量產(chǎn)級驅動(dòng)程序、Azure RTOS、FreeRTOS和其他中間件協(xié)議棧，快速構建安全、互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)設備。 圖4：FSP靈活軟件包 （圖源：Renesas Electronics） 在傳感器模塊方面，快速接入式物聯(lián)網(wǎng)包含多種Pmod模塊化板卡，方便在原型開(kāi)發(fā)中接入空氣質(zhì)量傳感器、流量傳感器、生物感測、飛行時(shí)間、溫度或其它傳感元件。 以下面這款US082-OB1203EVZ傳感器Pmod?板為例，其可以支持在原型設計中集成OB1203多通道光傳感器（LS/CS）、接近傳感器（PS）和光電容積脈搏波法傳感器（PPG）等多種光電傳感器。該傳感器板兩側設有兩個(gè)Pmod連接器，一個(gè)可通過(guò)Pmod 6A型接口與MCU主板相連，另一個(gè)則可支持以菊花鏈的方式連接額外的Pmod 6/6A型傳感器板，以便在同一原型方案中接入更多類(lèi)型的傳感器。 圖5：US082-OB1203EVZ傳感器Pmod板 （圖源：Renesas Electronics） 我們再來(lái)看看快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統中另一個(gè)不可或缺的模塊化組件——通信模塊，在這個(gè)方面Renesas Electronics為開(kāi)發(fā)者提供了多種無(wú)線(xiàn)互連擴展板。特別是隨著(zhù)Renesas Electronics完成對Dialog Semiconductor的收購，后者在低功耗無(wú)線(xiàn)互連領(lǐng)域的優(yōu)勢也被整合到了快速接入式物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統中。 US159 Pmod擴展板就是其中代表性的產(chǎn)品，其包括三個(gè)類(lèi)型的通信擴展板： US159-DA14531EVZ：低功耗藍牙（BLE）Pmod模塊，這是一款結構緊湊的BLE 5.0無(wú)線(xiàn)連接方案。 US159-DA16200EVZ：超低功耗Wi-Fi Pmod模塊，適用于長(cháng)期運行型物聯(lián)網(wǎng)系統，可經(jīng)濟高效地為其增加Wi-Fi功能。 US159-DA16600EVZ：高度集成的超低功耗Wi-Fi + BLE組合Pmod模塊，對于同時(shí)需要WLAN和WPAN連接的原型十分適用。 這就意味著(zhù)，開(kāi)發(fā)者可以隨心所欲地根據最終應用挑選合適的無(wú)線(xiàn)通信組件，以更快捷的方式搭建起設計原型。
圖6：US159-DA14531EVZ低功耗藍牙Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
圖7：US159-DA16200EVZ超低功耗Wi-Fi Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
圖8：US159-DA16600EVZ高度集成的Wi-Fi + BLE組合Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
本文小結 “天下武功唯快不破”，這一耳熟能詳的“武林秘笈”在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)上同樣適用。這是因為，面對海量同時(shí)又是碎片化的物聯(lián)網(wǎng)應用，能夠最先將設計創(chuàng )意轉化為實(shí)際產(chǎn)品和方案的開(kāi)發(fā)者，往往能夠占得先機，獲得市場(chǎng)的認可。 快速接入式物聯(lián)網(wǎng)這樣的原型開(kāi)發(fā)平臺，恰恰可以為這些物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)加速，模塊化的架構、豐富的設計生態(tài)資源，使其在帶來(lái)靈活性的同時(shí)，也最大限度地簡(jiǎn)化了系統集成工作，讓物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā)真正“快”起來(lái)！ （來(lái)源：貿澤電子）
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