为物联网选择合适的微控制器的技巧

  微控制器是物联网部署中最常用的组件之一,但为每个物联网项目选择合适的微控制器需要一些考虑。

为物联网选择合适的微控制器的技巧

  这种小型集成电路通常包括处理器、存储器、输入和输出外围设备——所有这些都包含在一个芯片上。它致力于控制有限数量的功能——通常只是一个单一的操作,比如调节设备中机电系统的运行。微控制器的设计执行一个特定的任务,然后它被嵌入到一个系统中,在那里它永远运行这个功能。

  微控制器单元(MCU)及其包含的RAM、ROM和外围设备可以独立运行。独立运行,尤其是体积小巧时,使其自然而然地适合物联网部署。它还具有节能性,这意味着它的运营成本较低,可以支持扩展的移动性和远程部署。它的软件控制架构使它变得敏捷。

  “当你想到物联网中的所有智能事物、小工具和设备时,你实际上是在谈论微控制器的世界。在许多情况下,MCU是这些小型设备的大脑,它们通常对处理响应、电池寿命或传感器数据收集有非常具体的要求,”VDCResearch公司物联网和工业技术执行副总裁克里斯托弗·隆美尔说。

  物联网微控制器需求增长

  根据GrandViewResearch于2020年2月发布的一份报告,2019年微控制器出货量超过300亿台。这家研究公司表示,对多功能设备(如车辆、机器人、医疗设备、移动收音机和家用电器)中嵌入式控制系统的需求增加推动了市场。

  GrandViewResearch预测,2019年全球微控制器市场规模为208.2亿美元,并预测到2027年将达到477.4亿美元,预计未来7年复合年增长率为10.8%。该公司将增长归因于汽车和工业领域自动化和人工智能应用的增加。

  物联网处理器是市场上应用最广泛的微处理器类型之一。事实上,物联网/嵌入式应用中使用的MCU数量是CPU的85倍以上,”隆美尔说。

  物联网微控制器的功能

  物联网连接产品和服务提供商DigiInternational无线设计服务部高级首席解决方案架构师KevinEichhorst表示,微控制器为物联网带来了智能。

  考虑使用传感器来确定油箱是空的、满的还是介于两者之间。传感器可以进行测量,但无线电集成微控制器必须了解测量结果,并指示该信息回到中心点,如监控站。

  专业服务公司EY的全球物联网领导MiroslawRyba说:“微控制器通过实现解决方案过程的自主执行,将自动化带到物联网解决方案网络的分布式部分,从而在边缘做出协调决策。”

  然而,并非所有物联网部署都使用MCU。有些使用cpu、现场可编程门阵列、专用集成电路或gpu。更大的物联网技术,如网关和边缘服务器,需要较少的专门计算,并且通常使用CPU来提供更高的性能和对更通用软件和操作系统堆栈的支持。

  隆美尔说:“然而,即使物联网设备可能使用另一种处理器作为系统的主要计算单元,MCU仍然可以用于更复杂设计的子系统和外围计算。”它们在满足实时、基于传感器和冗余需求方面的实用性使其成为许多项目的明确选择。”

  选择微控制器

  有许多物联网微控制器制造商、产品类型(包括8位、16位和32位)以及进一步细分市场的用例,这使得选择标准成为物联网设计的重要部分。(子午物联ziwuiot.com)

  Ryba说:“定义物联网微控制器组件规范的核心因素是用例本身,它定义了一组必需的功能性、非功能性特征。”

  公司的技术政策,以及市场和政府的法规,也应该影响选择的决定。专家表示,选择标准包括:

  • 功能和非功能使用的适用性;

  • 支持和发展因素;

  • 运营成本;

  • 环境、健康和安全风险,以及相关的缓解成本;

  • 网络安全面临风险。

  IoT工程师还应该考虑微控制器的接口,以及MCU有多少内存、速度和功耗,Eichhorst说。例如,工程师可能需要知道微控制器是否与蓝牙集成。

  工程师们应该考虑外部因素,比如微控制器是否会成为在极端温度或条件下使用的物联网部署的一部分,艾希霍斯特说。例如,在太空系统中使用的微控制器必须是抗辐射的。

  专家们还强调,在为物联网项目选择合适的微控制器时,需要有广泛的思考。

  隆美尔说:“现在,工程组织在考虑MCU的选择时,必须把重点放在MCU对整个设备设计和部署周期的影响上,而不是考虑速度和供能。”特别值得注意的是,鉴于软件开发流程对物联网设备功能和差异化的重要性,MCU供应商应该为软件开发流程带来价值。

  隆美尔的公司对工程师进行了民意调查,询问他们在选择处理器时最重要的是什么,发现越来越多的人引用了与软件和工具相关的标准。

  隆美尔说:“除了获得一套集成软件和开发解决方案以帮助加快开发的重要性日益增长之外,在选择MCU时考虑设计的其他独特要求往往也很重要。长生命周期支持在工业部可能非常重要,任何电池供电设备的功耗考虑也是如此。”

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