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(shì)對(duì)此做出了貢獻(xiàn)，主要是推動(dòng)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(jī)械或模擬電氣系統(tǒng)增加了“智能”。因此，設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素越來越多。

這些趨勢(shì)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(hào)控制器 （ DSC），以及許多數(shù)字驅(qū)動(dòng)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(jī)會(huì)和新市場(chǎng)，這些組織足夠敏捷和熟練，可以在這些機(jī)會(huì)出現(xiàn)時(shí)快速響應(yīng)。然而，響應(yīng)市場(chǎng)的任務(wù)已成為一項(xiàng)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(fèi)者需求的更快變化，從而減少了理想的市場(chǎng)窗口。這引起了幾乎每個(gè)行業(yè)的原始電子制造商 （OEM） 之間的爭(zhēng)論。無論是購(gòu)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(huì)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(jì)選擇 MCU、MPU 或 DSC 時(shí)，都有幾個(gè)主要考慮因素。這包括選擇開發(fā)板、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(jì)人員認(rèn)識(shí)到這些挑戰(zhàn)，實(shí)施了一個(gè)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(jì)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(xiàng)

開發(fā)板是概念驗(yàn)證和原型設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵資源，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更輕松地適應(yīng)新 MCU、MPU 或 DSC 的學(xué)習(xí)曲線。一個(gè)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(gè)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(gè)級(jí)別的開發(fā)板，因此根據(jù)設(shè)計(jì)人員的需求、熟悉程度和技能水平，會(huì)有一個(gè)“最合適”的選項(xiàng)。對(duì)于不確定他們需要的確切設(shè)備的設(shè)計(jì)人員來說，另一個(gè)有價(jià)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(tái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)。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)架構(gòu)，并且大多數(shù)都包括擴(kuò)展選項(xiàng)以添加流行的功能。這些板采用高效和緊湊的設(shè)計(jì)，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(jì)、構(gòu)建和測(cè)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(jì)已經(jīng)很廣泛的任務(wù)之上的一項(xiàng)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(shí)間，能夠評(píng)估安裝在模塊上的組件，并允許進(jìn)行創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。

MikroElektronika Click 板是一個(gè)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(qiáng)的可擴(kuò)展性和可訪問性，可提供數(shù)百個(gè)模塊，支持廣泛的傳感、控制、驅(qū)動(dòng)、通信和接口。此外，Click板可以以即插即用的方式進(jìn)行交換，這使得Click板和功能之間的切換變得簡(jiǎn)單。Click board 模塊的一些示例包括顯示器、電機(jī)控制器、存儲(chǔ)、人機(jī)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(kuò)展套件進(jìn)行高度擴(kuò)展，例如 Xplained PRO 擴(kuò)展套件和附加板。此類擴(kuò)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(shí)代，設(shè)計(jì)和開發(fā)嵌入式設(shè)備對(duì)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（例如采購(gòu)、硬件、固件、軟件、內(nèi)存/存儲(chǔ)、連接和云網(wǎng)絡(luò)）的安全級(jí)別如此之多，因此設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員很難處理安全的各個(gè)方面-屋。此外，用于測(cè)試和確保嵌入式設(shè)備各個(gè)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(gè)角度加強(qiáng)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(yàn)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(gòu)、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(hù)存儲(chǔ)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(shí)注冊(cè)功能和強(qiáng)制 TLS 1.2/相互身份驗(yàn)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(yàn)證以及集成的加密硬件允許開發(fā)人員自信地采購(gòu)安全硬件，而不會(huì)因采購(gòu)問題而暴露漏洞。或者，如果任何設(shè)備被惡意收購(gòu)和逆向工程。

由于安全 IoT 設(shè)備的原型設(shè)計(jì)通常具有挑戰(zhàn)性，Microchip 還提供與Google Cloud IoT Core 平臺(tái)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(chǔ)。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

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(gè)設(shè)備的身份驗(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(duì)在使用新的嵌入式設(shè)備時(shí)也可能會(huì)遇到學(xué)習(xí)曲線。對(duì)于沒有配備針對(duì)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(kù)的不熟悉方面，供應(yīng)商軟件也可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，一些供應(yīng)商軟件專為專業(yè)用戶設(shè)計(jì)，對(duì)于入門級(jí)開發(fā)人員，甚至是試圖在不學(xué)習(xí)新平臺(tái)的情況下快速評(píng)估嵌入式設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員來說，這將是一項(xiàng)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(kù)以及豐富的參考設(shè)計(jì)和隨附的示例代碼，更好地促進(jìn)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(fèi)提供的示例代碼，可通過 IDE 訪問，包括 IDE 中有助于簡(jiǎn)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(yàn)證和原型設(shè)計(jì)階段之后，通常是在此期間，設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員需要開始生產(chǎn)和軟件設(shè)計(jì)。在此過渡期間，許多設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員必須從頭開始，因?yàn)樗麄兛赡苓x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(jì)期間編寫的代碼甚至可以輕松地從入門級(jí) IDE 移植到專業(yè)級(jí)工具，因此它們將與在生產(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)人員只需編寫一次代碼，甚至可以輕松地在項(xiàng)目之間重用代碼。

簡(jiǎn)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(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(jì)和設(shè)計(jì)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(yàn)證所需的學(xué)習(xí)曲線和設(shè)計(jì)資源已成比例地增加。

幸運(yùn)的是，Microchip 開發(fā)了一個(gè)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(jì)的負(fù)擔(dān)，還實(shí)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