嵌入式系統(tǒng)原型的未來

盡管一些行業(yè)年復(fù)一年地經(jīng)歷了嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增加，但任何行業(yè)都不太可能在未來幾年內(nèi)逃脫它。一些新興趨勢對此做出了貢獻，主要是推動互聯(lián)網(wǎng)連接或聯(lián)網(wǎng)的傳感器、控制器和執(zhí)行器，以及物聯(lián)網(wǎng) （IoT）。這種轉(zhuǎn)變也朝著電氣化系統(tǒng)方向發(fā)展，并為以前的機械或模擬電氣系統(tǒng)增加了“智能”。因此，設(shè)計人員和開發(fā)人員在進行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮的因素越來越多。

這些趨勢在可再生能源、汽車、工業(yè)和射頻/微波通信行業(yè)很明顯，在短短幾年內(nèi)，傳統(tǒng)的模擬嵌入式電子控制系統(tǒng)主要被微控制器 （MCU）、微處理器 （MPU）、數(shù)字信號控制器 （ DSC），以及許多數(shù)字驅(qū)動的外圍設(shè)備。

嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性和數(shù)量不斷增加，為組織創(chuàng)造了機會和新市場，這些組織足夠敏捷和熟練，可以在這些機會出現(xiàn)時快速響應(yīng)。然而，響應(yīng)市場的任務(wù)已成為一項更大的挑戰(zhàn)，這不僅是由于現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的普遍復(fù)雜性，而且現(xiàn)在由于消費者需求的更快變化，從而減少了理想的市場窗口。這引起了幾乎每個行業(yè)的原始電子制造商 （OEM） 之間的爭論。無論是購買商用現(xiàn)貨 （COTS） 解決方案、從頭開始開發(fā)產(chǎn)品，還是修改 COTS 以適應(yīng)所需的規(guī)格，可能的解決方案的數(shù)量只會使情況變得更加復(fù)雜。

無論采用何種方法，在為新的嵌入式設(shè)計選擇 MCU、MPU 或 DSC 時，都有幾個主要考慮因素。這包括選擇開發(fā)板、補充應(yīng)用程序并與開發(fā)板兼容的模塊、早期開發(fā)軟件和資源、原型/概念驗證系統(tǒng)安全性和最終產(chǎn)品安全性之間的差異，以及從原型到生產(chǎn)的過渡。 Microchip 設(shè)計人員認識到這些挑戰(zhàn)，實施了一個由開發(fā)硬件、軟件和資源組成的生態(tài)系統(tǒng)，以幫助設(shè)計人員和開發(fā)人員解決這些考慮和過渡。

開發(fā)板和 MCU、MPU 和 DSC 選項

開發(fā)板是概念驗證和原型設(shè)計階段的關(guān)鍵資源，使設(shè)計團隊能夠更輕松地適應(yīng)新 MCU、MPU 或 DSC 的學(xué)習(xí)曲線。一個好的開發(fā)板通常包括訪問設(shè)備的所有引腳、外圍功能、外部模塊和一個便于編程和調(diào)試的接口。理想情況下，給定的設(shè)備系列可以使用多個級別的開發(fā)板，因此根據(jù)設(shè)計人員的需求、熟悉程度和技能水平，會有一個“最合適”的選項。對于不確定他們需要的確切設(shè)備的設(shè)計人員來說，另一個有價值的功能是能夠交換設(shè)備的開發(fā)板，以便可以使用通用平臺進行比較和開發(fā)。

Microchip 提供了幾款開發(fā)板，旨在使早期開發(fā)更容易實現(xiàn)。許多 Microchip 開發(fā)板選項通常專用于特定的處理器系列或具有可交換的處理器基礎(chǔ)架構(gòu)，并且大多數(shù)都包括擴展選項以添加流行的功能。這些板采用高效和緊湊的設(shè)計，并與 Microchip 廣泛的軟件開發(fā)工具和資源生態(tài)系統(tǒng)兼容。

模塊

必須設(shè)計、構(gòu)建和測試外部傳感器、執(zhí)行器、控制、通信和用戶界面模塊通常是在嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計已經(jīng)很廣泛的任務(wù)之上的一項壯舉。具有內(nèi)置接口的開發(fā)板可用于支持各種功能的外部模塊，可以顯著縮短開發(fā)時間，能夠評估安裝在模塊上的組件，并允許進行創(chuàng)造性實驗。

MikroElektronika Click 板是一個出色的模塊系統(tǒng)，得到許多 Microchip 開發(fā)板的支持。mikroBUS 模塊系統(tǒng)具有極強的可擴展性和可訪問性，可提供數(shù)百個模塊，支持廣泛的傳感、控制、驅(qū)動、通信和接口。此外，Click板可以以即插即用的方式進行交換，這使得Click板和功能之間的切換變得簡單。Click board 模塊的一些示例包括顯示器、電機控制器、存儲、人機界面、傳感器、無線通信硬件等。

其他 Microchip 開發(fā)板也可以通過擴展套件進行高度擴展，例如 Xplained PRO 擴展套件和附加板。此類擴展套件具有無線電收發(fā)器、Wi-Fi? 控制器、ZigBit 模塊、CryptoAuthenticationTM 設(shè)備、以太網(wǎng)、SD 卡接口、觸摸/圖形顯示器等。

安全

在漏洞利用和黑客攻擊的時代，設(shè)計和開發(fā)嵌入式設(shè)備對于許多組織來說是一項艱巨的任務(wù)。

由于嵌入式設(shè)備（例如采購、硬件、固件、軟件、內(nèi)存/存儲、連接和云網(wǎng)絡(luò)）的安全級別如此之多，因此設(shè)計人員和開發(fā)人員很難處理安全的各個方面-屋。此外，用于測試和確保嵌入式設(shè)備各個方面安全的基礎(chǔ)設(shè)施超出了許多組織的范圍。

Microchip從多個角度加強了安全性。他們提供與他們的開發(fā)板配合使用的加密身份驗證模塊，以使開發(fā)安全功能更快、更容易，以及開箱即用的安全設(shè)備解決方案。例如，Microchip 的零接觸供應(yīng) （ZTP） CryptoAuthentication 設(shè)備消除了采購、硬件、連接和云安全問題，無需 OEM 修改或重新編程設(shè)備 ［10］。

ZTP 系統(tǒng)與用于 AWS IoT 應(yīng)用程序的 ATECC508AMAHAW 設(shè)備一樣，使用防篡改安全技術(shù)來保護存儲和集成的橢圓曲線加密 （ECC） 硬件加速器。它還利用 AWS IoT 服務(wù)的即時注冊功能和強制 TLS 1.2/相互身份驗證來上傳批量證書，并且 Microchip 的安全設(shè)施可以在設(shè)備發(fā)貨之前處理配置。預(yù)配置的安全/身份驗證以及集成的加密硬件允許開發(fā)人員自信地采購安全硬件，而不會因采購問題而暴露漏洞?；蛘?，如果任何設(shè)備被惡意收購和逆向工程。

由于安全 IoT 設(shè)備的原型設(shè)計通常具有挑戰(zhàn)性，Microchip 還提供與Google Cloud IoT Core 平臺安全集成的安全 IoT 開發(fā)板。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160）和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允許開發(fā)人員在 60 秒內(nèi)獲得開箱即用的云連接，提供基于硬件的安全私鑰存儲。此外，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板具有完全認證的 Wi-Fi 和 CryptoAuthentication 安全元件

用于快速開發(fā)安全無線解決方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件處理每個設(shè)備的身份驗證并提供 ZTP 功能。

軟件

隨著嵌入式系統(tǒng)硬件、工具、軟件、技術(shù)和方法的變化速度，即使是經(jīng)驗豐富的開發(fā)團隊在使用新的嵌入式設(shè)備時也可能會遇到學(xué)習(xí)曲線。對于沒有配備針對特定設(shè)備的工具和資源的通用集成開發(fā)環(huán)境尤其如此。另一方面，由于接口和加載嵌入式設(shè)備庫的不熟悉方面，供應(yīng)商軟件也可能是一個挑戰(zhàn)。此外，一些供應(yīng)商軟件專為專業(yè)用戶設(shè)計，對于入門級開發(fā)人員，甚至是試圖在不學(xué)習(xí)新平臺的情況下快速評估嵌入式設(shè)備的經(jīng)驗豐富的開發(fā)人員來說，這將是一項艱巨的任務(wù)。

Microchip 擁有專業(yè)開發(fā)的硬件、軟件和資源生態(tài)系統(tǒng)，通過提供各種 IDE、易于集成的軟件庫以及豐富的參考設(shè)計和隨附的示例代碼，更好地促進各種技能和熟悉程度的開發(fā)人員。

此外，Microchip 的許多器件都支持免費提供的示例代碼，可通過 IDE 訪問，包括 IDE 中有助于簡化器件特定功能和特性開發(fā)的工具。

過渡到生產(chǎn)

在開發(fā)的概念驗證和原型設(shè)計階段之后，通常是在此期間，設(shè)計人員和開發(fā)人員需要開始生產(chǎn)和軟件設(shè)計。在此過渡期間，許多設(shè)計人員和開發(fā)人員必須從頭開始，因為他們可能選擇的原型系統(tǒng)只是松散地代表了可以在生產(chǎn)中使用的東西。

Microchip 硬件和 IDE 并非如此。由于在原型設(shè)計期間編寫的代碼甚至可以輕松地從入門級 IDE 移植到專業(yè)級工具，因此它們將與在生產(chǎn)硬件中實現(xiàn)的開發(fā)板中的相同設(shè)備無縫協(xié)作。因此，在 Microchip 生態(tài)系統(tǒng)中工作使開發(fā)人員只需編寫一次代碼，甚至可以輕松地在項目之間重用代碼。

簡化原型到生產(chǎn)

現(xiàn)代嵌入式電子產(chǎn)品，無論是用于消費、商業(yè)還是工業(yè)應(yīng)用，都變得越來越復(fù)雜，用于原型設(shè)計和設(shè)計此類系統(tǒng)的工具也變得越來越復(fù)雜。隨著最新電子產(chǎn)品的復(fù)雜性和多樣性，開發(fā)概念驗證所需的學(xué)習(xí)曲線和設(shè)計資源已成比例地增加。

幸運的是，Microchip 開發(fā)了一個開發(fā)硬件和軟件的生態(tài)系統(tǒng)，不僅減輕了早期設(shè)計的負擔(dān)，還實現(xiàn)了向嵌入式電子產(chǎn)品生產(chǎn)的無縫過渡。

審核編輯：郭婷