先來(lái)看一張圖！

圖1 基于TI CC3000的Wi-Fi智能家居控制器方案

你看到了什么？一些人說(shuō)是“豪宅”，確實(shí)是，但這里想說(shuō)的并不是“土豪”的意思，而是把“智能”注入到了家居生活中，讓人們可以過(guò)上這樣一種生活：用手機(jī)或者其他便攜設(shè)備上安裝的APP控制著家里的家具、電器，例如，隨時(shí)打開(kāi)車庫(kù)門，拉開(kāi)窗簾，打開(kāi)電視、微波爐、燈、空調(diào)等。而這也可以放在任何一個(gè)普通的房間，只要你有Wi-Fi。

智能家居的概念已經(jīng)預(yù)熱了很多年，為什么一直沒(méi)有廣泛應(yīng)用呢？原因有很多，但是歸根結(jié)底是使用起來(lái)太麻煩，畢竟過(guò)去設(shè)計(jì)的智能家居都是大都基于ZigBee的。隨著3G、4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及智能手機(jī)和Wi-Fi的普及，智能家居這下可真的來(lái)了。日前，TI無(wú)線連接解決方案業(yè)務(wù)部嵌入式連接方案總經(jīng)理Amichai Ron、TI半導(dǎo)體事業(yè)部嵌入式產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理吳健鴻先生以及TI中國(guó)無(wú)線連接解決方案業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理姜輝在北京向記者展示TI重磅推出并寄予厚望的Internet-on-a-chip解決方案：SimpleLink Wi-Fi CC3100和CC3200系列。

圖2 TI無(wú)線連接解決方案業(yè)務(wù)部嵌入式連接方案總經(jīng)理Amichai Ron以及TI中國(guó)無(wú)線連接解決方案業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理姜輝

看TI如何把Wi-Fi化繁為簡(jiǎn)

Amichai首先說(shuō)明了為什么TI會(huì)重點(diǎn)推廣SimpleLink Wi-Fi：“因?yàn)樗?span lang="EN-US">Wi-Fi互聯(lián)做得非常簡(jiǎn)單，也非常便于客戶開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，而Wi-Fi在物聯(lián)網(wǎng)中的地位也是舉足輕重的。 過(guò)去，要讓設(shè)備非常智能并互聯(lián)通常需要兩點(diǎn)，一是MCU做編程，二是需要一些Wi-Fi或無(wú)線連接設(shè)備讓它互聯(lián)，今天我們看TI怎么把兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正單芯片的SoC。”

Wi-Fi確實(shí)有非常多的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以帶來(lái)很多便利，但有幾大難點(diǎn)使得以前Wi-Fi無(wú)法大規(guī)模推廣。Amichai分析道：“首先它難以理解和編程, 而TI CC3100和CC3200是低功耗Wi-Fi可編程微控制器，是真正單芯片的SoC，方便了編程。其次，Wi-Fi是一種高功率的無(wú)線連接技術(shù)，之前大家很少會(huì)把它和電池供電系統(tǒng)連接在一起，因?yàn)殡m然Wi-Fi吞吐量非常大，但功耗也很高，現(xiàn)在TI推出的是低功耗的Wi-Fi，依靠?jī)晒?jié) AA 電池可以運(yùn)行一年以上，并為電池供電式終端設(shè)備帶來(lái)了Wi-Fi功能。第三，之前很多工程師和客戶認(rèn)為做Wi-Fi必須有射頻或Wi-Fi的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，而CC3100和CC3200可以讓對(duì)Wi-Fi經(jīng)驗(yàn)不足的工程師很快上手。SimpleLink Wi-Fi的使命就是讓Wi-Fi的開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單，輕松實(shí)現(xiàn)以前Wi-Fi做不到或很難做的應(yīng)用。”  

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)核剖析

 CC3100和CC3200是兩款基于相同Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)核的產(chǎn)品，其內(nèi)核架構(gòu)如圖3所示。CC3100稱為片上互聯(lián)網(wǎng)，它實(shí)際是Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器，它可以通過(guò)SPI、UART與外部MCU進(jìn)行通信，需要外部MCU給它做一些驅(qū)動(dòng)。CC3100其實(shí)只需要7 KB左右的Wi-Fi底層驅(qū)動(dòng)，為它配一個(gè)非常低成本的MCU（如 MSP430）就可以了。CC3100內(nèi)部集成整個(gè)TCP/IP 堆棧、RAM、ROM、DC/DC、振蕩器和BAT Monitor等，還有TLS、SSL以及和安全相關(guān)的硬件加密在里面。CC3100用于采用外部低成本MCU的嵌入式TCP/IP堆棧。

CC3200是片上互聯(lián)網(wǎng)+MCU，即80 MHz ARM Cortex-M4核與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)處理器相集成。與CC3100的最大區(qū)別就是其含有Cortex-M4核以及DMA、計(jì)時(shí)器和GPIO等通常MCU有的外設(shè)。

圖3  CC3100和CC3200內(nèi)部架構(gòu)

如何更簡(jiǎn)單？

Amichai向記者詳細(xì)分析了SimpleLink Wi-Fi CC3100和CC3200怎樣把“事物”連接至互聯(lián)網(wǎng)。（1）把和Wi-Fi相關(guān)的驅(qū)動(dòng)代碼壓縮得非常小，低至7 KB的主機(jī)代碼，實(shí)現(xiàn)了與低成本 MCU的集成。（2）在軟件層提供了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的BSD套接字API，適用于 TCP/IP通信。以前要用上百行的代碼寫命令去控制，現(xiàn)在只需要發(fā)一行簡(jiǎn)單的指令就可快速構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并可重用業(yè)界的可用互聯(lián)網(wǎng)代碼。（3）具有硬件加密引擎，用于實(shí)現(xiàn) TLS/SSL 互聯(lián)網(wǎng)安全，能在150 ms內(nèi)建立 TLS 連接，實(shí)現(xiàn)快速安全的用戶體驗(yàn)。（4）具有低功耗射頻和高級(jí)低功耗模式。（5）具有最靈活的Wi-Fi配置/預(yù)置選項(xiàng)，允許客戶以最適合其應(yīng)用的方式設(shè)置無(wú)監(jiān)視器的設(shè)備。 

針對(duì)Wi-Fi靈活的配置優(yōu)點(diǎn)，Amichai舉例說(shuō)：“我們用手機(jī)或電腦配Wi-Fi要先連Wi-Fi的熱點(diǎn)，找到之后再輸入密碼。以后Wi-Fi的應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)很多，例如插座也會(huì)用Wi-Fi（智能插座），電梯里也會(huì)用Wi-Fi，還有Wi-Fi智能手環(huán)，沒(méi)有顯示屏來(lái)輸密碼怎么辦？TI有個(gè)SmartConfig，它可以幫用戶把Wi-Fi配置做得非常簡(jiǎn)單，TI也支持通過(guò)WAP去連接。”

將Wi-Fi能耗降至新低

在Wi-Fi中連接的模式大致分為始終保持連接和間歇式連接兩類。TI不但在休眠時(shí)間做了很多低功耗處理，在射頻發(fā)射或接收瞬間也做到了低功耗。在始終保持連接模式下，SimpleLink Wi-Fi可實(shí)現(xiàn)120 μA 睡眠電流 （當(dāng)連接至網(wǎng)絡(luò)時(shí)）、37 mA 收聽(tīng)電流 （對(duì)于信標(biāo)接收）和長(zhǎng)睡眠間隔 （長(zhǎng)達(dá) 2 s,通常每 100 ms 喚醒一次）。在間歇式連接模式，其具有4 μA 冬眠模式電流（業(yè)界最低）和多個(gè)喚醒源，95 ms 喚醒時(shí)間（從冬眠到建立安全的 Wi-Fi 連接）以及200 ms TLS 連接時(shí)間（TI競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手這個(gè)值是在秒的量級(jí)）。

物聯(lián)網(wǎng)三寶：安全、快速、云支持

在Amichai先生談到智能家居時(shí)，記者腦中浮現(xiàn)出這樣一個(gè)畫面：有人可以看到我在家做的一切，不僅如此，還可以控制我家的空調(diào)溫度，讓我難受，甚至突然點(diǎn)燃煤氣，置我于死地。雖然這只是記者被害妄想癥的情節(jié)，但大家也都比較關(guān)心家里個(gè)人的信息是否會(huì)被別人截獲或惡意操控。Amichai消除了記者的疑慮，他談到物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)很重要的指標(biāo)，首當(dāng)其沖的就是互聯(lián)網(wǎng)的安全性。TI SimpleLink Wi-Fi提供了互聯(lián)網(wǎng)的加密，包括Wi-Fi和因特網(wǎng)，其內(nèi)嵌硬件加密引擎會(huì)帶來(lái)兩個(gè)好處，一是快速連接，硬件比軟件快很多，實(shí)時(shí)性好，軟件的復(fù)雜度也加大降低；二是用戶體驗(yàn)，從不斷喚醒到加密以及連接，硬件快速連接的用戶體驗(yàn)更好。

所有的物聯(lián)網(wǎng)真正的價(jià)值鏈?zhǔn)窃谠贫耍?span lang="EN-US">TI的SimpleLink Wi-Fi會(huì)支持整個(gè)云端。Amichai介紹到：“Wi-Fi要做的工作是要把整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)搭起來(lái)，要和很多云平臺(tái)進(jìn)行合作。TI的合作伙伴IBM等都是用CC3100和CC3200做平臺(tái)架構(gòu)。我們的生態(tài)鏈全都是開(kāi)放式的，它是針對(duì)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，可以做到互聯(lián)互通。總之，利用SimpleLink Wi-Fi可以輕松創(chuàng)建IoT解決方案所需的一切，即穩(wěn)健的安全性、快速連接和云支持等。"

推動(dòng)Wi-Fi成長(zhǎng)的市場(chǎng)主要有：智能家居和樓宇自動(dòng)化、智能能源處理、多媒體、保密和安全、M2M通信，當(dāng)然不僅限于此。而且這些應(yīng)用中也不可能只用到一種無(wú)線連接技術(shù)。Amichai補(bǔ)充到：“TI在無(wú)線連接技術(shù)領(lǐng)域有最寬廣的產(chǎn)品線，并且有非常好的案例可以把這幾種技術(shù)融合在一起。例如，在溫控器或電表應(yīng)用中會(huì)有多種技術(shù)的融合，2.4G穿墻能力會(huì)差一些，可能還需要有ZigBee做一些網(wǎng)絡(luò)適配，當(dāng)中的信息傳輸可以通過(guò)Wi-Fi來(lái)實(shí)現(xiàn)。”

前陣子看到一個(gè)新聞，MIT一個(gè)實(shí)驗(yàn)室室發(fā)明了一種新技術(shù)，利用Wi-Fi信號(hào)產(chǎn)生的回饋，可以不通過(guò)任何穿戴設(shè)備，便能探知一墻之隔的人體胸腔起降和心率，并且準(zhǔn)確率高達(dá)99%。Wi-Fi的深入應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，憑借TI的Internet-on-a-chip解決方案大膽發(fā)揮人類的想象力，天馬行空的設(shè)計(jì)可能會(huì)開(kāi)啟Wi-Fi的嶄新應(yīng)用。