物聯(lián)網(wǎng)原型開發(fā)，如何能夠“快”起來？
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根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，2021年全球物聯(lián)網(wǎng)支出規(guī)模達(dá)6,902.6億美元，并有望在2026年達(dá)到1.1萬億美元，2022年至2026年的年復(fù)合增長率（CAGR）為10.7%。同時(shí)，IoT AnaIytics的研究報(bào)告也顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)達(dá)113億，首次超過非物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到270億，復(fù)合增長率更是高達(dá)22%！在可以預(yù)見的未來，物聯(lián)網(wǎng)中蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，這已是不爭的事實(shí)。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202212/442073.htm根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，2021年全球物聯(lián)網(wǎng)支出規(guī)模達(dá)6,902.6億美元，并有望在2026年達(dá)到1.1萬億美元，2022年至2026年的年復(fù)合增長率（CAGR）為10.7%。同時(shí)，IoT AnaIytics的研究報(bào)告也顯示，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)達(dá)113億，首次超過非物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到270億，復(fù)合增長率更是高達(dá)22%！在可以預(yù)見的未來，物聯(lián)網(wǎng)中蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，這已是不爭的事實(shí)。
不過，如果將物聯(lián)網(wǎng)市場視為一座“寶礦”，想要將這些礦藏挖出來，并讓其價(jià)值變現(xiàn)，也并非易事?，F(xiàn)實(shí)的情況往往是，應(yīng)用需求層出不窮，開發(fā)者的“產(chǎn)能”卻總是捉襟見肘，補(bǔ)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(yīng)用需求“碎片化”特征十分突出，也就是說不同應(yīng)用之間往往是個(gè)性大于共性。這就要求開發(fā)者一方面具備捕捉差異化的洞察力，以及實(shí)現(xiàn)這種差異化的想象力；另一方面也迫切需要給力的原型開發(fā)平臺，讓他們的設(shè)計(jì)創(chuàng)意快速得以實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。
而以往，在物聯(lián)網(wǎng)原型開發(fā)平臺的選擇上，開發(fā)者難免糾結(jié)。這是因?yàn)槊鎸λ槠男枨?，他們很難找到一款能夠覆蓋廣泛性設(shè)計(jì)要求的開發(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發(fā)套件，可以滿足當(dāng)下智能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(kuò)展性越來越成為一個(gè)關(guān)鍵的特性。為此，不少原型工具會設(shè)計(jì)成“MCU主板+擴(kuò)展卡”的架構(gòu)，通過添加子擴(kuò)展卡來實(shí)現(xiàn)新的功能。
但擴(kuò)展性的增強(qiáng)，也會帶來新的挑戰(zhàn)：不同硬件板卡相互整合時(shí)的兼容性問題可能會成為設(shè)計(jì)隱患，而且軟件工具是否能夠支持這樣的擴(kuò)展也是一個(gè)問題。而上述任何硬件或軟件上的溝溝坎坎，都會延長研發(fā)周期。
想要規(guī)避這些“拖后腿”的風(fēng)險(xiǎn)因素，讓物聯(lián)網(wǎng)原型“快”起來，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）原型開發(fā)平臺就是為了解決這個(gè)痛點(diǎn)而生的，它的出現(xiàn)確實(shí)讓人眼前一亮。 快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路就是，通過提供相互兼容的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件構(gòu)建模塊，讓開發(fā)者能夠像搭積木一樣快速將開發(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(tǒng)還提供可在板卡之間移植的核心軟件構(gòu)件，大大降低了編碼要求。這樣一來，整個(gè)原型開發(fā)就“快”起來了。
圖1：Renesas Electronics快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) （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(kuò)展模塊也可通過Pmod結(jié)構(gòu)進(jìn)行級聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更大的可擴(kuò)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(tǒng)開發(fā)了全新Pmod 6A型（擴(kuò)展I2C）接口，該接口除了可以向后兼容標(biāo)準(zhǔn)的Pmod 6A接口，特別擴(kuò)展了對SPI和UART接口的支持，符合I2C規(guī)范，具有可選的中斷和復(fù)位引腳，以及可選的控制信號。此外，6A型還可通過Digilent提供的簡單電纜細(xì)分為6型和1型（GPIO）。這些優(yōu)化顯然有利于為更廣范的應(yīng)用開發(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(yīng)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發(fā)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展時(shí)可能會遇到的問題，設(shè)計(jì)人員無需編寫和測試驅(qū)動(dòng)程序代碼，僅需以圖形方式選擇他們的傳感器并編寫數(shù)行代碼即可，所有集成與設(shè)置工作均在后臺進(jìn)行，大大縮短了開發(fā)時(shí)間。 不難看出，快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的推出恰好瞄準(zhǔn)了物聯(lián)網(wǎng)原型開發(fā)的痛點(diǎn)——開發(fā)者所需要的不僅是性能出色的MCU、傳感器、無線通信模塊和軟件，而是一個(gè)可以整合各種設(shè)計(jì)軟硬件資源，且能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需要靈活擴(kuò)展的開發(fā)平臺?？焖俳尤胧轿锫?lián)網(wǎng)顯然為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)理想的系統(tǒng)框架。
圖2：基于快速接入式物聯(lián)網(wǎng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)
（圖源：Renesas Electronics）
豐富的設(shè)計(jì)生態(tài)資源 當(dāng)然，有了這樣的系統(tǒng)框架，想要盡可能地滿足碎片化、多樣性物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用原型開發(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(kuò)展模塊。這也一直是Renesas重要的著力點(diǎn)。 在MCU主板方面，目前Renesas Electronics的RA、RX和RL78產(chǎn)品家族有超過25款的MCU開發(fā)板及套件，可直接或通過專門的小型轉(zhuǎn)接板與新型Pmod 6A型標(biāo)準(zhǔn)相兼容。也就是說，這些開發(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(guī)劃，在不久的將來快速接入式物聯(lián)網(wǎng)還會支持RE和RZ開發(fā)板。 圖2中的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，使用的就是一塊RA系列的開發(fā)板EK-RA2L1?？梢钥吹?，RA系列微控制器開發(fā)板中集成了基于Arm Cortex-M內(nèi)核的微控制器、USB和JTAG調(diào)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開發(fā)板
（圖源：Renesas Electronics） 同時(shí)在配套的開發(fā)軟件方面，設(shè)計(jì)人員可以借助Renesas Electronics的e2 Studio集成開發(fā)環(huán)境（IDE）和E2仿真器，實(shí)現(xiàn)開箱即用的編碼、調(diào)試和評估體驗(yàn)。而且，RA靈活軟件包（FSP），也為開發(fā)者提供一種快速、通用的開發(fā)方式，使其能夠利用量產(chǎn)級驅(qū)動(dòng)程序、Azure RTOS、FreeRTOS和其他中間件協(xié)議棧，快速構(gòu)建安全、互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(shè)計(jì)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(cè)設(shè)有兩個(gè)Pmod連接器，一個(gè)可通過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型的傳感器。 圖5：US082-OB1203EVZ傳感器Pmod板 （圖源：Renesas Electronics） 我們再來看看快速接入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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為開發(fā)者提供了多種無線互連擴(kuò)展板。特別是隨著Renesas Electronics完成對Dialog Semiconductor的收購，后者在低功耗無線互連領(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(tǒng)中。 US159 Pmod擴(kuò)展板就是其中代表性的產(chǎn)品，其包括三個(gè)類型的通信擴(kuò)展板： US159-DA14531EVZ：低功耗藍(lán)牙（BLE）Pmod模塊，這是一款結(jié)構(gòu)緊湊的BLE 5.0無線連接方案。 US159-DA16200EVZ：超低功耗Wi-Fi Pmod模塊，適用于長期運(yùn)行型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可經(jīng)濟(jì)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，開發(fā)者可以隨心所欲地根據(jù)最終應(yīng)用挑選合適的無線通信組件，以更快捷的方式搭建起設(shè)計(jì)原型。
圖6：US159-DA14531EVZ低功耗藍(lán)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(jié) “天下武功唯快不破”，這一耳熟能詳?shù)摹拔淞置伢拧痹谖锫?lián)網(wǎng)開發(fā)上同樣適用。這是因?yàn)?，面對海量同時(shí)又是碎片化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，能夠最先將設(shè)計(jì)創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品和方案的開發(fā)者，往往能夠占得先機(jī)，獲得市場的認(rèn)可。 快速接入式物聯(lián)網(wǎng)這樣的原型開發(fā)平臺，恰恰可以為這些物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)加速，模塊化的架構(gòu)、豐富的設(shè)計(jì)生態(tài)資源，使其在帶來靈活性的同時(shí)，也最大限度地簡化了系統(tǒng)集成工作，讓物聯(lián)網(wǎng)原型開發(fā)真正“快”起來！ （來源：貿(mào)澤電子）
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