如何为物联网选择合适微控制器

微控制器在物联网部署方面比其他处理器具有优势,包括高效的能源使用。了解微控制器选择的市场和标准。

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。

小型集成电路通常包括处理器、存储器以及输入和输出外围设备——所有这些都包含在单个芯片上。它专用于控制有限数量的功能——通常只是一个操作,例如调节设备中机电系统的操作。微控制器设计执行一项特定任务,然后将其嵌入到一个系统中,并在其中永久运行该功能。

带有RAM、ROM和外围设备的微控制器单元(MCU)可以独立运行。独立操作,尤其是结合其小尺寸时,使其非常适合物联网部署。它还具有能源效率,这意味着它的运营成本低,并且可以支持扩展的移动性和远程部署。其软件控制架构使其敏捷。

“当您考虑物联网中的所有智能事物、小工具和设备时,您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有非常具体的要求,电池寿命或传感器数据收集,”VDC Research物联网和工业技术执行副总裁Christopher Rommel说。

对物联网微控制器的需求不断增长

根据Grand View Research2020年2月的一份报告,2019年微控制器的出货量超过300亿个。该研究公司表示,多功能设备(如车辆、机器人、医疗设备、移动无线电和家用电器)对嵌入式控制系统的需求增加推动了市场的发展。

GrandViewResearch预计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,预计未来七年复合年增长率为10.8%。该公司将这种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。

“微控制器是物联网市场中使用最广泛的处理器类型之一。事实上,物联网/嵌入式应用中使用的MCU数量是CPU的85倍,”Rommel说。

物联网微控制器的功能

物联网连接产品和服务提供商Digi International无线设计服务部门的高级首席解决方案架构师Kevin Eichhorst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储罐是空的、满的还是介于两者之间。传感器可以进行测量,但集成无线电的微控制器必须理解测量并将该信息引导回中心点,例如监测站。

专业服务公司EY的全球物联网负责人Miroslaw Ryba表示:“微控制器通过实现解决方案流程的自主执行,为物联网解决方案网络的分布式部分带来自动化,在边缘进行协调决策。”

但是,并非所有IoT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,例如网关和边缘服务器,需要较少的专业计算,并且通常使用提供更高性能和支持更多通用软件和操作系统堆栈的CPU。

“然而,即使在物联网设备可能使用另一种类型的处理器作为系统中的主要计算单元的情况下,在更复杂的设计中,MCU通常仍可用于子系统和外围计算,”Rommel说。“它们用于解决实时、基于传感器和冗余需求的实用性使它们成为许多项目的明确选择。”

选择微控制器

有许多IoT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IoT设计的重要组成部分。

“[物联网微控制器]组件的核心因素定义规范将是用例本身,它定义了一组所需的功能性和非功能性特征,”Ryba说。

企业技术政策以及市场和政府法规也应影响选择决策。专家表示,选择标准包括:

•功能性和非功能性使用适用性;

•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;和

•网络安全风险暴露。

Eichhorst说,物联网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。例如,工程师可能需要知道微控制器是否与蓝牙集成。

[物联网微控制器]组件的核心因素定义规范将是用例本身,它定义了一组所需的功能性和非功能性特征。Miroslaw Ryba全球物联网负责人,安永

Eichhorst说,工程师应该考虑外部因素,例如微控制器是否将成为在极端温度或条件下使用的物联网部署的一部分。例如,空间系统中使用的微控制器必须是抗辐射的。

专家还强调,在为物联网项目选择合适的微控制器时,需要进行广泛的思考。

隆美尔说:“现在,工程组织在考虑MCU选择时,不仅仅考虑速度和馈送,而是关注MCU对整个设备设计和部署生命周期的影响,这一点至关重要。”“特别值得注意的是MCU供应商应该为软件开发过程带来价值,因为后者对物联网设备功能和差异化很重要。”

隆美尔的公司就选择处理器时对他们最重要的因素对工程师进行了调查,发现越来越多的人引用了与软件和工具相关的标准。

“除了获得集成软件和开发解决方案套件以帮助加速开发的重要性日益增加之外,在选择MCU时考虑设计的其他独特要求通常也很重要。长生命周期支持在工业中非常重要任何电池供电设备的功耗考虑因素也是如此。”Rommel说。

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