便利新时代：物联网的控制与联机选择

货商要能提供低功耗的8位和32位的ARM Cortex-M型微控制器以及无线系统单芯片，并满足无线射频协议栈的布建要求加以简化的开发工具。

　　图3：基本的感测节点架构

　　进阶的物联网终端节点可能是智能型空调系统、无线摄影机，或是洗机衣等白色家电设备，如图4所示。其系统主要的微控制器很可能是32位的ARM Cortex-M或Cortex-A型组件，搭配上一个或多个辅助的32位Cortex-M型或8位微控制器，以用来卸除主要的处理器，提供电容式触控感测等功能，或是靠整并传感器的功能来提高系统的能源效率。

　　在挑选主要的微控制器时，主要考虑因素包括无线射频协议栈、传感器和系统管理的存储容量与处理要求以及成本，对于以电池供电的解决方案，功耗会是个重点。在挑选辅助的微控制器时，所要考虑的包括功能的整合与能源效率。在寻找微控制器时，供货商要能提供最节能的8位和32位微控制器。在挑选最理想的无线射频联机解决方案时，所要考虑的包括带宽、功耗、链路预算和成本，最常见的选择则是ZigBee、蓝牙和Wi-Fi。Wi-Fi是像无线摄影机这种带宽密集应用最广泛使用的协议，ZigBee则适用于有多个节点且数据速率较低的空调系统应用。Wi-Fi或蓝牙可让智能型手机和平板计算机轻松联机，而终端用户一般都是以此来控制家居联机应用。

　　图4：先进的感测节点架构

　　物联网的开发人员在优化终端节点应用的能源效率时，必须考虑到这个问题："休眠电流和工作电流，哪个对我的低功耗应用比较重要？"答案取决于运转时间的负载周期。有些节能ARM Cortex-M型微控制器在运转模式下的耗能可以低至110 µA/MHz，在断电侦测运转时的深度休眠则可低至900 nA，这表示中止和运转作业同样是占8 MHz作业负载周期的0.1%。根据微控制器厂商的数据表来比较低功耗应用的效能会是个挑战。在寻找微控制器时，供货商要能提供功耗估算与分析工具，并使中止和运转电流达到一流的效能。

　　在为物联网应用选择微控制器的位大小时，还有一个常被问到的问题是："在终端节点的应用上，我什么时候应该考虑使用8位的微控制器，而不需使用32位的解决方案？为什么不改用以ARM Cortex-M架构为基础的主流32位微控制器，以支持更大的存储要求、固有的32位演算和高阶的周边？"

　　对许多性能集中的物联网应用来说，选择32位当然是正确答案，尤其是在可移植性及平台将来要重复使用是需要关键考虑时。不过，如果终端节点应用的目标是要达到绝对的最小尺寸、使无线射频协议栈运作轻巧，或是卸除主要微控制器的运算功能，则精简和高度优化的8位解决方案往往才是正确答案。8位架构有个常遭误解的地方是，它的程序代码密度偏低。其实只有在尝试16或32位的运算时，情况才是如此。像那些在卸除主要处理器时所涉及的控制应用并没有密度偏低的问题。事实上，由于8位微控制器的冗余码少之又少，因此控制型功能的整体程序代码密度比32位微控制器所具备的同等功能还高。

　　另一个常遭误解的地方是，32位微控制器的定价就与8位差不多。当微控制器的供货商不再投资8位系列，或者在8位的市场上不再具有竞争力时，开发人员就会听到他们这么说。实际上，32位架构和周边装置的门数（gate count）远多于8位架构，而且在同样的几何程序中，所占用的硅空间也比8位的解决方案要大。采用的几何程序较小会降低数字比重（大约是典型微控制器的一半），并增加系统成本。在考虑综合性的物联网解决方案供货商时，所找的微控制器业者对于8位和32位微控制器系列都要有积极的投资，这样你就能找到最具弹性的微控制器选择、最佳的技术解决方案，以及最好的价位。

　　物联网的理想是要迈向一个超链接的世界，以大幅增进终端用户对环境的了解与掌握，而且不管他们在哪都一样──家里、职场或路上。在推动物联网的革命，最成功的将会是精心设计且创新的物联网联机装置、APP程序与云端服务。在追寻物联网的未来时，不管微控制器的位数为何，主角将会是能以最佳方式把能源效率、效能、成本效益与巧妙功能融为一体的物联网终端节点与网关。你准备好了吗？
——本文选自电子发烧友网4月《物联网技术特刊》透视新设计栏目，转载请注明出处，违者必究！