將單晶元技術引入互聯網

將Wi-Fi?集成到物聯網應用中面臨哪些挑戰？

隨著物聯網（IoT）的不斷發展，許多新技術正在重新定義我們如何看待無線網路。作為每個家庭和辦公室連接的基石，Wi-Fi?技術不斷成熟；但將其設計到物聯網應用中仍然可能存在一些挑戰。

IoT設備通常由電池操作，這需要其部件具有小的形狀因數、低成本和低功耗。由於這些限制，物聯網開發人員通常尋找的平台具有簡單軟體架構、簡易射頻硬體和易推出的不具有高認證、合規性或測試成本的產品。衡量這些需求時，很容易理解為什麼Wi-Fi並不總是大多數物聯網應用的首選連接。

由於這些限制，Wi-Fi技術必須具有以下屬性才能考慮用於物聯網設計：

1. 簡單的軟體架構
2. 簡易射頻硬體
3. 佔地面積小
4. 低功耗
5. 全球認證
6. 系統成本低

這對於設計師有何益處？

1. 不需要：
2. 專家Wi-Fi軟體棧工程師
3. 射頻硬體設計師
4. 天線設計師

• 降低認證、合規性和測試成本
• 啟用口袋型Wi-Fi體驗
• 在兩節AA電池上提供超過一年的電池壽命
• 將Wi-Fi模塊的成本降至10美元以下

阻止Wi-Fi設計的因素有哪些？

通常來講，Wi-Fi解決方案在主機到收發器架構中使用兩個晶元，在兩個組件上運行拆分堆棧軟體。Wi-Fi收發器操作較低的堆棧至MAC層，而上層堆棧（TCP / IP，安全和應用協議）駐留在主機處理器上。該主機通常是ARM?Cortex?-A系列微控制器（MCU），在諸如Linux?或Android?的操作系統上以300MHz - 1GHz時鐘速度工作。

這種遺留設計對許多軟體工程師來說是一個挑戰，因為他們致力於解決堆疊兼容性、電源管理和版本控制問題，這對來自不同供應商的Wi-Fi收發器和MCU時尤其普遍。軟體團隊應該記住，首先選擇所需的MCU將顯著限制兼容Wi-Fi收發器的可用選項；且無法找到合適的上層堆棧迫使團隊花費數周將堆棧移植到選定的MCU上，接下來是持續數月的測試和認證。

雙晶元架構對於需要低功耗模式且啟用Wi-Fi的應用也構成了問題。雖然低速Wi-Fi堆棧通常以小於40 MIPS（每秒百萬條指令）的速度操作，但主機MCU被強制保持活動而非休眠狀態。結果，產品用電池電源操作變得不切實際。

Internet-on-a-chip?集成電路

進入SimpleLink?Wi-Fi?CC3200無線MCU。隨著時間推移，主機到收發器、拆分堆棧架構已重組成一個單一的集成設計，現在依靠設備的專用網路處理器工作。這種統一棧以庫的形式提供，且使得具有較少Wi-Fi堆棧專業知識的工程師能夠通過高級API快速開發應用程序層代碼，並利用Wi-Fi功能。

進一步分析該結構，該MCU的單晶元設計包括兩個片上MCU，一個可編程的應用專用型80MHz ARM Cortex-M4內核（256KB RAM），具有許多不同的外設介面；另一個為專用於管理Wi-Fi和互聯網連接的12位模數轉換器和網路處理器。這種配置釋放了核心，以操作最終用戶的應用，而網路處理器獨立地操作集成的Wi-Fi棧。通過此架構，晶元能夠與各種感測器、執行器和其它數字系統直接連接。

使用這種方法還可簡化版本控制，不再需要上層和下層棧之間的互操作性控制。例如，主機MCU上的操作系統（OS）版本更改對設備的獨立版本和操作沒有影響，即使MCU是同一晶元的一部分也是如此。

這種單晶元解決方案既提供了易於集成的四方扁平無引線封裝集成電路，又提供了完全認證的即插即用模塊。SimpleLink Wi-Fi CC3200MOD模塊（在下面的黃色框中突出顯示）是業界首個可編程的FCC、IC、CE、TELEC和Wi-Fi認證模塊。開箱即用，該組件通過消除昂貴和冗長的認證過程，節省了系統成本並加快了上市時間。

這款20.5mm x 17.5mm模塊的核心基於CC3200R1M2，包括所有必要的時鐘、快閃記憶體和無源器件，可在單個封裝中提供完整解決方案。

通過顯著降低終端應用的功耗要求，片上互聯網架構使得Wi-Fi集成成為無數終端設備的必然選擇。

學習更多技術知識，請關注電子研習社