跨平臺(tái)設(shè)計(jì)成物聯(lián)網(wǎng)一大難點(diǎn)，把復(fù)雜變簡(jiǎn)單只需這十點(diǎn)

每個(gè)工程項(xiàng)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(duì)這些因素做出權(quán)衡和折衷。以這三個(gè)因素為頂點(diǎn)構(gòu)成三角形，每個(gè)項(xiàng)目都有其「?jìng)?cè)重點(diǎn)」，但根據(jù)產(chǎn)品、市場(chǎng)和時(shí)間會(huì)有不同的相對(duì)權(quán)重。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）相關(guān)應(yīng)用的潛在成長(zhǎng)為供貨商及其設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了新的機(jī)會(huì)，但也進(jìn)一步擴(kuò)大軟硬件工程方面的挑戰(zhàn)。硬件和軟件密切相關(guān)，共同組成了平臺(tái)，需要采取多種策略來(lái)最大程度地降低跨平臺(tái)設(shè)計(jì)的復(fù)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(shù)量和類(lèi)型，或者是否需要擴(kuò)展數(shù)量和提高類(lèi)型的靈活性。這一決定會(huì)影響您對(duì)微控制器（MCU）和外部接口設(shè)備的選擇。如果輸入/輸出不僅包含簡(jiǎn)單的低壓數(shù)字點(diǎn)，還包括溫度傳感器、馬達(dá)、甚至串行和并行格式的通訊線路，這一點(diǎn)就尤為關(guān)鍵。

使用外部認(rèn)證射頻（RF）模塊

很多情況下，獨(dú)立于核心應(yīng)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)線通信協(xié)議（protocol）、要求范圍、甚至法規(guī)要求有任何的變化或擴(kuò)展，都需要對(duì)設(shè)計(jì)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)法滿足新的要求，而且需要升級(jí)，因此增加了開(kāi)發(fā)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。

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(dāng)您沿著所需效能的曲線往上移，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(dāng)您沿著曲線下移時(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(qǐng)確保所選的特定MCU支持各種復(fù)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(yīng)對(duì)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，并且不依賴任何應(yīng)用軟件，甚至所選的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。這種方式可能會(huì)簡(jiǎn)化您所面對(duì)的安全挑戰(zhàn)。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?yàn)闊o(wú)論選擇哪一種處理器，都可以跨越物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)中的這個(gè)重要部分。

系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化

隨著對(duì)大小/效能要求的變化，需要對(duì)低功耗8/16位MCU進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后采用不同的內(nèi)存大小（片上內(nèi)存或外部?jī)?nèi)存）；也可采用一個(gè)較大的32位MCU，雖然在低階應(yīng)用時(shí)會(huì)浪費(fèi)一些容量，但具有代碼和驅(qū)動(dòng)器一致的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能簡(jiǎn)化物料清單（BOM）和測(cè)試過(guò)程。

操作系統(tǒng)選擇

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

硬件升級(jí)VS軟件升級(jí)

在軟件資源曲線上的一些關(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)為滿載運(yùn)作的MCU進(jìn)行分流；要不選擇一臺(tái)指令周期更快的MCU。決策時(shí)，要分析何時(shí)需要一臺(tái)功能更強(qiáng)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(zhǎng)開(kāi)發(fā)和除錯(cuò)（debug）時(shí)間。

謹(jǐn)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(yīng)對(duì)多臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其接口設(shè)備。隨著市場(chǎng)要求日趨嚴(yán)苛，還需考慮當(dāng)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(shè)計(jì)時(shí)間盡早制定測(cè)試計(jì)劃

這一點(diǎn)非常重要而且復(fù)雜，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)中包含無(wú)線應(yīng)用時(shí)。如何非正式、然后正式地驗(yàn)證最終產(chǎn)品是否符合市場(chǎng)、技術(shù)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求，會(huì)產(chǎn)品影響「調(diào)整修復(fù)」周期和上市時(shí)間。如果要在產(chǎn)品中增加針對(duì)不同應(yīng)用的功能，就需對(duì)原型測(cè)試程序或生產(chǎn)測(cè)試設(shè)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(xiǎn)。采用經(jīng)過(guò)許可的預(yù)認(rèn)證（precerTIfied）軟硬件模塊，可確保最終設(shè)計(jì)在許多方面的一致性和順應(yīng)性，但不是全部。如果有關(guān)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的任何高階監(jiān)管準(zhǔn)則（如關(guān)于醫(yī)療產(chǎn)品可靠性的準(zhǔn)則）影響到軟件，都應(yīng)該明了于心。如果這些準(zhǔn)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(yīng)能跨產(chǎn)品滿足應(yīng)用要求，并與物聯(lián)網(wǎng)用戶接口（如果有的話）匹配，例如防火墻、身份驗(yàn)證和密碼。從分級(jí)列表中找出所需的安全資源，包括安全啟動(dòng)、身份驗(yàn)證、安全通訊、防火墻、篡改檢測(cè)、事件報(bào)告、遠(yuǎn)程命令審查和策略管理，根據(jù)所擁有的軟件資源，確保每一項(xiàng)的實(shí)際執(zhí)行正確且可行。評(píng)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(jì)劃驗(yàn)證實(shí)施的安全步驟是否可靠。

結(jié)論

隨著新產(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(yīng)地進(jìn)行改變，以滿足不斷變化的要求，同時(shí)避免過(guò)度妥協(xié)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)縱觀當(dāng)前及未來(lái)的產(chǎn)品，選擇適合的平臺(tái)，盡量減少返工并提高重復(fù)利用率，確保上述變化不會(huì)對(duì)成本、進(jìn)度或工作負(fù)荷造成不必要的影響。