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物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

發(fā)布時(shí)間:2022-12-23 來(lái)源:貿(mào)澤電子 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】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(wàn)億美元,2022年至2026年的年復(fù)合增長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)率更是高達(dá)22%!在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái),物聯(lián)網(wǎng)中蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī),這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。


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(wàn)億美元,2022年至2026年的年復(fù)合增長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)率更是高達(dá)22%!在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái),物聯(lián)網(wǎng)中蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī),這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。


不過(guò),如果將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)視為一座“寶礦”,想要將這些礦藏挖出來(lái),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(kāi)發(fā)者的“產(chǎn)能”卻總是捉襟見(jiàn)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(shuō)不同應(yīng)用之間往往是個(gè)性大于共性。這就要求開(kāi)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(kāi)發(fā)平臺(tái),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(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇上,開(kāi)發(fā)者難免糾結(jié)。這是因?yàn)槊鎸?duì)碎片化的需求,他們很難找到一款能夠覆蓋廣泛性設(shè)計(jì)要求的開(kāi)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(kāi)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(lái)越成為一個(gè)關(guān)鍵的特性。為此,不少原型工具會(huì)設(shè)計(jì)成“MCU主板+擴(kuò)展卡”的架構(gòu),通過(guò)添加子擴(kuò)展卡來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能。


但擴(kuò)展性的增強(qiáng),也會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn):不同硬件板卡相互整合時(shí)的兼容性問(wèn)題可能會(huì)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(wèn)題。而上述任何硬件或軟件上的溝溝坎坎,都會(huì)延長(zhǎng)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(lái),就要有一些新辦法。


快速物聯(lián)網(wǎng)原型平臺(tái)


Renesas Electronics快速接入式物聯(lián)網(wǎng)(Quick-Connect IoT)原型開(kāi)發(fā)平臺(tái)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(guò)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(kāi)發(fā)者能夠像搭積木一樣快速將開(kāi)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(tái);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(lái),整個(gè)原型開(kāi)發(fā)就“快”起來(lái)了。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

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(tái)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(guò)Pmod結(jié)構(gòu)進(jìn)行級(jí)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(kāi)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(duì)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(hào)。此外,6A型還可通過(guò)Digilent提供的簡(jiǎn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)在功能擴(kuò)展時(shí)可能會(huì)遇到的問(wèn)題,設(shè)計(jì)人員無(wú)需編寫(xiě)和測(cè)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(xiě)數(shù)行代碼即可,所有集成與設(shè)置工作均在后臺(tái)進(jìn)行,大大縮短了開(kāi)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(kāi)發(fā)的痛點(diǎn)——開(kāi)發(fā)者所需要的不僅是性能出色的MCU、傳感器、無(wú)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(kāi)發(fā)平臺(tái)??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。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

圖2:基于快速接入式物聯(lián)網(wǎng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(kāi)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(guò)25款的MCU開(kāi)發(fā)板及套件,可直接或通過(guò)專門(mén)的小型轉(zhuǎn)接板與新型Pmod 6A型標(biāo)準(zhǔn)相兼容。也就是說(shuō),這些開(kāi)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(tái)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(lái)快速接入式物聯(lián)網(wǎng)還會(huì)支持RE和RZ開(kāi)發(fā)板。


圖2中的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),使用的就是一塊RA系列的開(kāi)發(fā)板EK-RA2L1。可以看到,RA系列微控制器開(kāi)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。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

圖3:EK-RA2L1開(kāi)發(fā)板

(圖源:Renesas Electronics)


同時(shí)在配套的開(kāi)發(fā)軟件方面,設(shè)計(jì)人員可以借助Renesas Electronics的e2 Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)和E2仿真器,實(shí)現(xiàn)開(kāi)箱即用的編碼、調(diào)試和評(píng)估體驗(yàn)。而且,RA靈活軟件包(FSP),也為開(kāi)發(fā)者提供一種快速、通用的開(kāi)發(fā)方式,使其能夠利用量產(chǎn)級(jí)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。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

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(kāi)發(fā)中接入空氣質(zhì)量傳感器、流量傳感器、生物感測(cè)、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(guò)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(lèi)型的傳感器。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

圖5:US082-OB1203EVZ傳感器Pmod板

(圖源:Renesas Electronics)


我們?cè)賮?lái)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(kāi)發(fā)者提供了多種無(wú)線互連擴(kuò)展板。特別是隨著Renesas Electronics完成對(duì)Dialog Semiconductor的收購(gòu),后者在低功耗無(wú)線互連領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)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(lèi)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(wú)線連接方案。

  • US159-DA16200EVZ:超低功耗Wi-Fi Pmod模塊,適用于長(zhǎng)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(duì)于同時(shí)需要WLAN和WPAN連接的原型十分適用。


這就意味著,開(kāi)發(fā)者可以隨心所欲地根據(jù)最終應(yīng)用挑選合適的無(wú)線通信組件,以更快捷的方式搭建起設(shè)計(jì)原型。


物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

圖6:US159-DA14531EVZ低功耗藍(lán)牙Pmod模塊

(圖源:Renesas Electronics)

物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

圖7:US159-DA16200EVZ超低功耗Wi-Fi Pmod模塊

(圖源:Renesas Electronics)

物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā),如何能夠“快”起來(lái)?

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(kāi)發(fā)上同樣適用。這是因?yàn)?,面?duì)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(kāi)發(fā)者,往往能夠占得先機(jī),獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。

快速接入式物聯(lián)網(wǎng)這樣的原型開(kāi)發(fā)平臺(tái),恰恰可以為這些物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)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(lái)靈活性的同時(shí),也最大限度地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成工作,讓物聯(lián)網(wǎng)原型開(kāi)發(fā)真正“快”起來(lái)!

(來(lái)源:貿(mào)澤電子)


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