掌握IoT连网低功耗、恒时感测与安全防护技术

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DIGITIMES于9月10日举办微控制器技术论坛,邀集ARM、ST、Microchip、Infineon、NXP、Silicon Labs等MCU大厂分享技术趋势,现场参与学员近400人。

2014年光是ARM架构芯片便有40亿颗使用于IoT、智能连网等嵌入式应用,而英特尔也宣称其在嵌入式处理器市场的市占率达到41%,各种市调机构均预测,2020年全球将有超过累积超过100甚至200多亿个连网装置。

其中,聚焦在智能家庭、智慧城市与工业控制的IoT物联网应用装置量,预计也将来到16亿、18亿、6亿规模量,享有21、54、58%的年复合成长率,成为接替行动装置、穿戴式装置之后,整个产业的新一波成长动能。

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中场休息时间,学员与摊位人员互动热络。

而在物联网市场形成明确的主流发展趋势下,网络连结、通讯感测、节能环保、信息安全等,已成为电子产品设计开发上的重要课题,其中掌握这些安全关键技术则在于微控制器(Micro Controller Unit;MCU)。无论是暂于主流态势的32位元MCU,以低脚位数、低集成成本擅长的8位元MCU,抑或在汽车电子领域仍固守一片天的16位元MCU,各有其擅长与生存利基之处。

为协助硬件厂商掌握智能物联应用商机,于9月10日举办DIGITIMES Forum微控制器技术论坛,邀集安谋(ARM)、意法(ST)、微芯(Microchip)、英飞凌(Infineon)、恩智浦(NXP)、芯科(Silicon Labs)等MCU大厂,以及美商贸泽、利基科技、谊腾动力等加值服务商、应用开发商,来分享新一代微控制器的功能、特色,以及探讨如何设计实际应用的终端端产品,以抢搭智能联网应用趋势。

效能持续驱动  维持低耗掌握节能优势

摩尔定律在智能连网、感测处理与IoT市场下依然发挥威力。意法推出216MHz的STM32 F7 MCU,CoreMark达1082;其低功耗STM32 L4处理器也追加辅助的浮点运算处理器,以加速除法、余弦与PARK转换效率。NXP LPC4300 MCU内建204MHz Cortex-M4F与Cortex-M0大小双核的概念,以深化Wi-Fi连网并恒时感测监控的应用。

而Microchip PIC8 MCU则强调,即便仅8bit的MCU核心,在集成DRAM/Flash及更多可串连组态化的外围控制,即便不提升时脉,也可藉由集成核心外独立运行外围单元与智能型类比转换电路,透过集成开发环境的MCC软件,做类似ASIC、FPGA/CPLD的组态,将各外围电路串接成各种功能并纳入元件库供日后应用,不仅实质加速外围运算效能,也能协助客户快速设计、累积堆砌出自己的外围功能/函式元件的MCU应用。

Infineon XMC则于2016年第1季现身的XMC4800、XMC1400 MCU新成员,各自加入EtherCAT(以太自动化控制网络)、CAN(Controller Area Network)、更多更精准的PWM调变单元(CCU4/CCU8),外围互连阵列等特色,以提升从马达转速到LED智能照明的灯光调变的控制应用。每样产品提供长达15年以上的供货周期。

NXP挟多年MCU开发经验及ARM的合作伙伴关系,受好评的LPC MPU新增LPC54100与LPC43S家族系列,除了强户从启动程序码、连网封包交易到AES编码引擎的安全防护之外,Wi-Fi、点阵图形/多段LCD驱动与电容Touch触控支持,可搭配自家USB PD芯片的组合,强化USB Type-C终端产品的应用与普及度,同时也展示出与各厂家在智能家庭、IoT装置闸道器、人机接口、感测网络、智能电网与无线VR虚拟头盔产品概念。

一致性平台化MCU开发  减少摸索并催化IoT产业链起飞

每家MCU厂商为了统筹自身丰富、多样化的MCU规格与排列组合,均遵循著一致性的平台化,无论是统合PIC8/PIC32的Microchip MPLAB平台,是以提供最多样化、最齐全产品线的STM32(STM Cube),工业控制闻名的Infineon XMC系列的DAVE平台,低功耗/低脚位数的NXP LPC系列MCU的CodeRed等。

从MCU系列命名、外围规格的配置与组态、甚至是硬件上的脚位维持兼容:软件部分则透过自家免费提供集成开发环境,以图形接口(GUI)方式、专案管理与由功能、元件或函式库选用方式,来产生对应的程序码并自动组译。

Silicon Labs(芯科)则展示Energy Profiler在自家EFM32 MCU家族,如Gecko、EFM8 Bee、C8051、EZR32 Wireless MCU,以及即将推出的Blue Gecko、Zigbee SoC产品,融入集成开发环境(IDE)并以搭配原始码(Source Code),以直觉的图形接口与功耗含是线性图形,协助开发者快速对自家IoT物联网与感测元件做最佳化的功耗分析。

甚至相同的操作接口也可融合、调用其它第三方的函式库、RTOS操作系统、中介软件与侦错/烧录,以及硬件评估板等开发套件;每家MCU厂产品看似多元,却也可以透过官方网站获得技术支持与相关社群的协助。

而像美商贸泽电子(Mouser)为获得500多家原厂授权的Design Fulfillment代理商,全球20处分公司提供在地客服,16种语言的网页语言,以及20种货币交易。并且以初期工程样品设计的MultiSIm BLUE平台化概念,从拉出元件进行电路图绘制、PCB布局、电气讯号模拟、自动对应BOM表产生并带入购物车,即便一套、一颗元件也可出货。

除此之外,微控制器IP原始授权商安谋(ARM)于2014年提出mbed开发平台概念,除了融入各提到其mbed开发平台以获得超过50家合作厂商与超过100项实际应用产品,提供的mbed OS于11月开放科技预览板下载,直接建构安全防护、Wi-Fi 802.11、ZigBee 802.15.4、6loWPAN等无线连网协定,更可以给使用ARM架构MCU/MPU的IoT装置、SBC单板计算机(如Arduino、Resberry Pi、etc)即刻开机直接使用,同时快速建构相关的智能/IoT连网应用与云服务。

利基科技点出,物联网、大数据与机器人的结合是工业4.0的必经之路,世界各国在这几年会不断的重复这些议题。而台湾业者均清楚自己的能耐,不要想主导一个自家掌握的IoT规格,而是要跨领域垂直与水平集成;藉由MCU的模块化、物件化与软件化,可以加速机器人的研发过程中,最需要的各功能的模块化与堆砌,以建构工业4.0的智动化关键。

最后,谊腾动力则认为,开发商不应只是着眼于MCU时脉、多核心的运算效能,更要想到ECM/ECU模块的土洋产品的5倍价差,从这边反思追求跨领域横向集成与相关算法的研究;未来的汽机车引擎电子控制,将从ECM/ECU模块的导入、CDI点火的数码化,到MEMS微机电、运算与通讯功能的进阶集成,发挥效率、安全与开放平台的目标。

根据IC Insights研究指出,2015年微控制器(MCU)出货量将达到254亿颗,其中已有15亿美元的IoT产品专案的投资计画,约3.06亿颗MCU会用在物联网相关产品上;预估到2019年时出货量将逼近500亿颗,而随著各种物联网(IoT)应用起飞,IoT的MCU使用量将成长到14亿颗。