嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計的未來

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，但未來幾年不太可能有任何行業(yè)能夠擺脫它。一些新興趨勢促成了這一點(diǎn)，主要是對互聯(lián)網(wǎng)連接或網(wǎng)絡(luò)傳感器、控制器和執(zhí)行器以及物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的推動。這種轉(zhuǎn)變也轉(zhuǎn)向電氣化系統(tǒng)，并為以前的機(jī)械或模擬電氣系統(tǒng)增加“智能”。因此，設(shè)計人員和開發(fā)人員在進(jìn)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)中很明顯，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）和大量數(shù)字驅(qū)動外設(shè)所取代。

嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性和數(shù)量不斷增加，為敏捷且技能嫻熟的組織創(chuàng)造了機(jī)會和新市場，以便在這些機(jī)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(xiàng)更大的挑戰(zhàn)，這不僅是因?yàn)楝F(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的普遍復(fù)雜性，而且現(xiàn)在還由于消費(fèi)者需求的快速變化，從而減少了理想的市場窗口。這在幾乎每個行業(yè)的原始電子制造商（OEM）中引起了爭論。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。

無論采用哪種方法，在為新的嵌入式設(shè)計選擇MCU、MPU或DSC時，有幾個主要考慮因素。這包括開發(fā)板的選擇、補(bǔ)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(yàn)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(rèn)識到這些挑戰(zhàn)，實(shí)施了開發(fā)硬件，軟件和資源的生態(tài)系統(tǒng)，以幫助設(shè)計人員和開發(fā)人員進(jìn)行這些考慮和過渡。

本文旨在討論與為嵌入式設(shè)計選擇MCU、MPU或DSC相關(guān)的早期設(shè)計階段考慮因素，以及Microchip的硬件和軟件工具生態(tài)系統(tǒng)如何在整個早期設(shè)計過程中為設(shè)計人員和開發(fā)人員提供支持，然后過渡到生產(chǎn)。本文還介紹了最新物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不同嵌入式設(shè)計注意事項(xiàng)。

開發(fā)板和 MCU、MPU 和 DSC 選項(xiàng)

開發(fā)板是概念驗(yàn)證和原型設(shè)計階段的關(guān)鍵資源，使設(shè)計團(tuán)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)板通常包括訪問器件的所有引腳、外設(shè)功能、外部模塊以及允許輕松編程和調(diào)試的接口。理想情況下，幾個LS開發(fā)板可用于給定的器件系列，因此根據(jù)設(shè)計人員的需求、熟悉程度和技能水平，將有一個“最合適”的選項(xiàng)。對于不確定他們需要的確切器件的設(shè)計人員來說，另一個有價值的特性是能夠交換器件的開發(fā)板，以便可以使用用于比較和開發(fā)的通用平臺。

Microchip提供多種開發(fā)板系列，旨在使早期開發(fā)更容易獲得。許多Microchip開發(fā)板選項(xiàng)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)設(shè)施，并且大多數(shù)包括擴(kuò)展選項(xiàng)以添加常用功能。這些板采用高效緊湊的設(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 在嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計已經(jīng)很繁忙的任務(wù)之上，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

通常本身就是一項(xiàng)壯舉。具有內(nèi)置外部模塊接口的開發(fā)板支持各種功能，可以顯著縮短開發(fā)時間，評估模塊上安裝的組件，并允許進(jìn)行創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。

一個由許多Microchip開發(fā)板支持的優(yōu)秀模塊系統(tǒng)是MikroElektronika Click板。mikroBUS 模塊系統(tǒng)具有出色的可擴(kuò)展性和可訪問性，有數(shù)百個模塊支持廣泛的傳感、控制、驅(qū)動、通信和接口。此外，點(diǎn)擊板可以以相當(dāng)即插即用的風(fēng)格進(jìn)行交換，這使得點(diǎn)擊板和功能之間的切換變得簡單。Click 板模塊的幾個示例包括顯示器、電機(jī)控制器、存儲、人機(jī)接口、傳感器、無線通信硬件等。

其他Microchip開發(fā)板也可以通過擴(kuò)展套件（如Xplained PRO擴(kuò)展套件和附加板）進(jìn)行高度擴(kuò)展。此類擴(kuò)展套件具有無線電收發(fā)器、Wi-Fi? 控制器、ZigBit 模塊、加密身份驗(yàn)證?設(shè)備、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、SD 卡接口、觸摸/圖形顯示器等。

安全性

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(xiàng)艱巨的任務(wù)。由于嵌入式設(shè)備（如采購、硬件、固件、軟件、內(nèi)存/存儲、連接和云網(wǎng)絡(luò)）具有如此多的安全級別，因此設(shè)計人員和開發(fā)人員在內(nèi)部處理安全性的各個方面都具有挑戰(zhàn)性。此外，測試和確保嵌入式設(shè)備各個方面都是安全的基礎(chǔ)設(shè)施超出了許多組織的范圍。

Microchip從多個角度加強(qiáng)了安全性。他們提供與其開發(fā)板配合使用的加密身份驗(yàn)證模塊，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的零接觸配置（ZTP）加密身份驗(yàn)證設(shè)備消除采購、硬件、連接和云安全問題，無需 OEM 修改或重新編程設(shè)備 。

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(hù)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)的即時注冊功能以及用于批量證書上傳的強(qiáng)制性 TLS 1.2/相互身份驗(yàn)證，Microchip 的安全設(shè)施可以在運(yùn)送設(shè)備之前處理預(yù)置。預(yù)配置的安全/身份驗(yàn)證以及集成的加密硬件使開發(fā)人員能夠自信地采購安全硬件，而不會因采購問題而暴露泄漏?；蛘撸绻魏卧O(shè)備被惡意獲取和逆向工程。

由于安全物聯(lián)網(wǎng)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物聯(lián)網(wǎng)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，從而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(rèn)證的Wi-Fi和CryptoAuthentication安全元件，可快速開發(fā)安全無線解決方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件可處理每個器件的身份驗(yàn)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(yàn)豐富的開發(fā)團(tuán)隊在使用新的嵌入式設(shè)備時也可能會經(jīng)歷學(xué)習(xí)曲線。對于未配備面向特定設(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適應(yīng)環(huán)境的挑戰(zhàn)。此外，一些供應(yīng)商軟件專為專家用戶設(shè)計，對于入門級開發(fā)人員，甚至是經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員來說，如果不學(xué)習(xí)新平臺，就會令人生畏。

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、易于整合的軟件庫以及豐富的參考設(shè)計和隨附的示例代碼，更好地為各種技能和熟悉程度的開發(fā)人員提供便利。

此外，Microchip的許多設(shè)備都支持免費(fèi)提供的示例代碼，可通過IDE訪問，包括IDE中的工具，這些工具有助于簡化特定于設(shè)備的功能和特性的開發(fā)。

過渡到生產(chǎn)

在開發(fā)的概念驗(yàn)證和原型設(shè)計階段之后，通常在開發(fā)階段期間，設(shè)計師和開發(fā)人員需要開始生產(chǎn)和軟件設(shè)計。在這個過渡過程中，許多設(shè)計師和開發(fā)人員必須從頭開始，因?yàn)樗麄兛赡苤皇撬缮⒌剡x擇了原型系統(tǒng)。表示可在生產(chǎn)中使用的內(nèi)容。

Microchip硬件和IDE的情況并非如此。由于在原型設(shè)計期間編寫的代碼甚至可以從入門級 IDE 輕松移植到專業(yè)級工具，因此它們將與生產(chǎn)硬件中實(shí)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)人員能夠編寫一次代碼，甚至可以輕松地在項(xiàng)目之間重用代碼。

簡化原型設(shè)計到生產(chǎn)

現(xiàn)代嵌入式電子產(chǎn)品，無論是用于消費(fèi)、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。開發(fā)概念驗(yàn)證所需的學(xué)習(xí)曲線和設(shè)計資源隨著最新電子產(chǎn)品的復(fù)雜性和多樣性而變得成比例。

審核編輯：郭婷