物聯網 （IOT） 的早期階段已經開始改變我們的生活方式、商業模式和決策方法。隨著控制器、處理器、傳感器和發射器成本的降低，任何組裝有電子電路和必須與其它系統進行遠程通信的的器件都有希望成為一款“智能器件”。這包括傳感器、儀表、恒溫器、開關、醫療監視器、電機、家用電器、車輛、工具、甚至是衣服和廚房用具。你隨便說出任何一種事物，它都有可能很快成為這一快速增長的IoT中的一部分。

　　由于IoT要求日常產品具有更多連通性，MSP430TM微控制器 （MCU） 的主要用途就是通過超低功耗架構來實現IoT應用。這其中包括針對最低待機功耗、有源處理功率、外設功率、以及存儲器讀取和寫入的設計。MSP430 MCU在所有IoT應用中為那些真正關心低功耗（以及超低功耗）的開發人員提供最佳功效。MSP430 MCU具有一個可升級平臺，以支持目前消費類、工業、健康和健身應用的需要。

　　TI的超低功耗MSP430 MCU具能夠在具有多種系統架構的無線應用中發揮作用。這篇白皮書介紹了4款不同的IoT架構，并且強調了如何用MSP430 MCU輕松設計無線連通性解決方案，從而開始IoT設計。

　　無線MCU解決方案

　　超低功耗MSP430 MCU被設計成在4種不同的連通性架構中運行。如下圖所示，第一個架構為在單芯片上運行網絡堆棧和主機應用程序的無線MCU解決方案。TI的CC430系列就是非常適合于這一架構的無線MCU。這個解決方案提供MCU內核、外設、軟件和sub-1 GHz RF收發器之間的緊密集成，從而創建出一款易于使用的無線MCU解決方案。TI的CC2541是另外一個功率經優化的無線MCU示例。它可以用低物料清單 （BOM） 成本來實現Bluetooth? 低功耗 （BLE） 和專有2.4GHz網絡節點。CC2541是領先RF接收器的性能與8051 MCU的綜合體。

　　這個配置非常適合于小型到中型RF協議棧，其中的存儲器空間可被平均分配至RF物理層、RF協議和頂層應用程序。緊密集成可為物理與協議層之間的處理實現高度優化代碼和性能。

　　在硬件方面，這個配置是物理層尺寸為優先考慮因素的應用的理想選擇。這個配置免除了對于數個外部組件的需要，所有這些組件已經集成在器件內部。此外，可以進一步減少兩芯片解決方案內的MCU和射頻所需要的組件數量，這是因為無線MCU配置中可以共用這些組件。更少的組件數量有助于簡化印刷電路板 （PCB） 路由走線和布局布線考慮因素，為RF布局布線和組件或傳感器放置位置的優化提供了更大的自由度，考慮到印刷電路板上的尺寸限制，這些才是影響應用的實際問題。最后，這些優勢全都有助于最大限度地減少物料清單 （BOM） 和物理板級空間，以滿足空間受限和成本優化的無線應用的需要。

　　這種架構的一個示例就是eZ430-ChronosTM 智能手表。這是一款高度集成的無線開發系統，為創建無線智能手表應用的開發人員提供完整的參考設計。Chronos是很多應用的基準平臺，諸如無線手表系統、針對個人局域網的顯示、用于遠程數據搜集的無線傳感器節點、以及很多其它應用。CC430可實現高度集成，特有Sub-1 GHz射頻前端、一個96段的LCD顯示屏、一個溫度傳感器、一個電池電壓監視器、一個集成壓力傳感器和用于運動感覺控制的3軸加速計，所有這些器件均集成在一個適合于手表小外形尺寸的小型PCB內。Sub-1 GHz射頻使得Chronos可以作為附近無線傳感器（諸如計步器和心率監視器）的中央集線器。在軟件方面，這個應用特有SimpliciTITM，一款針對低功耗無線應用（具有可升級至255個節點的星形拓撲）的簡單和靈活RF協議。

　　1、MCU運行堆棧和應用

　　第2個連通性架構是諸如MSP430F5xx系列的強大MCU，用于運行主機應用和網絡堆棧，從而實現TI的SimpleLink Bluetooth CC2564雙模式解決方案等無線連通性器件，以提供同類產品中最佳的RF性能。

　　在這個配置中，MCU具有對RF協議和應用層的完全控制權，從而使應用能夠具有到RF和物理層更直接的訪問權限和可視性。這是針對MCU和RF收發器的最傳統配置。賦予MCU智能性可以實現簡單且穩健耐用的射頻功能，而這也是MCU所最擅長的：發送和接收無線數據。由于MCU通常在存儲器、處理能力以及數字和模擬集成方面具有最多資源，這個配置最大限度地發揮了MCU的多用途這一特性，使其能夠利用和優化所有資源，以適應和融入不同類型的無線協議和應用當中。

　　例如，這個架構常見于超低功耗無線傳感器網絡中，諸如常見的MSP430 MCU與Simplelink CC2500 2.4GHz RF收發器的配對使用。MSP430 MCU通常在小型到中型網絡中使用，它能夠用較少的內存占用來運行相對小型且尺寸經優化的無線協議，它支持星形拓撲，有時也支持網狀拓撲。這類架構中的器具經常具有針對功率進行優化的特性，諸如睡眠終端節點，支持訪問點信標的時間同步，數據包存儲和轉發等。這些特性對于實現超低功耗、能量采集、以及無電池應用十分關鍵。

　　這個架構也見于近場通信 （NFC） 應用中。TRF7970A NFC收發器能夠與MSP430F5xx/6xx器件配對使用，其原因是它們都具有多個SPI端口、內置USB和I2C接口。在最簡單的配對水平上，這個組合能夠將自動化、控制、和身份驗證添加到很多現有的MCU應用中。例如，在MCU的幫助下，一個NFC標簽能夠取代門鎖鑰匙。MCU包含整個NFC堆棧、安保身份驗證軟件、以及控制外設（其中包括伺服器、電機和LED）的應用層。進一步講，這個組合在連接切換應用中提供省電功能和便利性，比如一個IoT網關，在這個網關上，用戶可以充分利用Wi-Fi網絡內器件的簡單、一鍵設置/配置功能。

　　2、MCU運行應用

　　在第3個架構中，無線連通性解決方案包含與SimpleLink Wi-Fi? CC3000模塊內相類似的網絡堆棧，以及類似于MSP430G2xx超值系列 （Value Line） MCU等運行主機應用的單獨處理器。從軟件的角度出發，這個配置可實現MCU上的最小RF開銷。

　　它非常適合于功能齊全且不會經常發生變化的RF協議。這通常是指定義明確且完全成熟的RF技術，其中包括Wi-Fi或GPS（以及某些Bluetooth）。除非絕對必要，這種情況有助于最大限度地減少RF堆棧的現場更新或重新編程。它還有助于簡化代碼開發工作，其原因是開發人員能夠依靠打好包的RF堆棧來進行開發并專注于MCU中的高級應用。RF堆棧與應用層的隔離使得MCU能夠將盡可能多的硬件資源和帶寬用于應用。
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　　這個工作量分配方案也非常適合于充分利用MCU行業所特有的全新類型存儲器，鐵電隨機存儲器 （FRAM）。FRAM提供非易失性屬性（類似于閃存）和超低功耗高速讀取、寫入和擦除訪問（與SRAM類似）。實際上，它有無限的讀取/寫入周期以及位級可存取性，從而使嵌入式器件開發人員在為代碼、存儲器和數據記錄分配和映射MSP430 MCU內存時具有完全的自由度，而不會受到任何限制，也不會對功率產生任何影響。靈活的內存配置滿足了嚴格的無線協議要求，從而在同一內存空間上實現不同網絡堆棧的運行。通用存儲器為創新提供了自由的發展空間。基本靜態和不變的RF代碼可以駐留在射頻的傳統閃存存儲器中，而相對動態的屬性（數據記錄、代碼和數據內存的多用途分配等）可以使用MSP430 FRAM MCU上的通用內存。

　　3、MCU運行低功耗任務

　　在最后一個連通性架構中，諸如TI的WiLinkTM 8組合連通性解決方案的無線連通性解決方案，連接到一個微處理器 （MPU），比如說TI的SitaraTM AM335x處理器，這個處理器運行主機應用、Wi-Fi和Bluetooth網絡堆棧。一個單獨的MCU運行專門的低功耗任務（例如處理器集線器）。

　　在這個組合中，MSP430 MCU是監視用戶動作的“常開”處理器，以確定何時啟用無線通信，比如說加速計何時記錄運動、某些數據需要在何時發送。應用處理器和RF收發器能夠進入睡眠模式，而MSP430 MCU定期監視加速計，只在必要時才喚醒MPU和RF。由于MSP430 MCU的較低工作和待機功耗，電池的使用壽命被大大延長。

　　MSP430 MCU可以在觸摸和近距離靠近時、以及傳感器被激活時喚醒，或者在按鈕被按下或通過通用輸入輸出接口 （GPIO） 訪問其它傳感器時喚醒。MSP430 MCU也可被用作系統控制器，用于電池管理、溫度感測和普通系統管理功能。在這個架構中，MSP430F552x，F522x和F525x器件具有1.8V IO，在無需任何電平轉換器的情況下實現與應用處理器的對接（從而節省了成本并減小了PCB尺寸）。

　　三、結論

　　司空見慣的有線連接產品正在逐漸成為支持無線連接的產品。增加產品的功能和可訪問性是為產品添加無線連通性所能夠帶來的眾多優勢的一部分。由于不同的應用架構有其自身的優勢，設計人員在評估無線選擇時應該進行全面考量；在啟用無線功能前，也必須解決所面臨的挑戰。首先確定哪種架構最適合于指定的應用，是不是無線MCU；還是運行堆棧與應用的MCU；還是運行應用的MCU；或者是運行低功耗任務的MCU，開發人員可以選擇使無線設計更加簡單和智能的關鍵組件。如果功耗也是考慮因素之一，TI的超低功耗MSP430 MCU將為您的IoT項目打下堅實的基礎。TI提供最廣泛的無線和MCU解決方案產品庫，來實現任何IoT應用。