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芯片上的網(wǎng)絡,TI SimpleLink Wi-Fi讓聯(lián)網(wǎng)如此簡單

2014-06-23
作者:電子技術(shù)應用記者:陳穎瑩
關(guān)鍵詞: SOC SimpleLink Wi-Fi CC3100 CC3200

先來看一張圖!

 

1 基于TI CC3000Wi-Fi智能家居控制器方案

 

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

智能家居的概念已經(jīng)預熱了很多年,為什么一直沒有廣泛應用呢?原因有很多,但是歸根結(jié)底是使用起來太麻煩,畢竟過去設計的智能家居都是大都基于ZigBee的。隨著3G4G網(wǎng)絡的發(fā)展,以及智能手機和Wi-Fi的普及,智能家居這下可真的來了。日前,TI無線連接解決方案業(yè)務部嵌入式連接方案總經(jīng)理Amichai Ron、TI半導體事業(yè)部嵌入式產(chǎn)品業(yè)務拓展經(jīng)理吳健鴻先生以及TI中國無線連接解決方案業(yè)務拓展經(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 CC3100CC3200系列。

圖2 TI無線連接解決方案業(yè)務部嵌入式連接方案總經(jīng)理Amichai Ron以及TI中國無線連接解決方案業(yè)務拓展經(jīng)理姜輝

 

TI如何把Wi-Fi化繁為簡

Amichai首先說明了為什么TI會重點推廣SimpleLink Wi-Fi:“因為它把Wi-Fi互聯(lián)做得非常簡單,也非常便于客戶開發(fā)產(chǎn)品,而Wi-Fi在物聯(lián)網(wǎng)中的地位也是舉足輕重的。 過去,要讓設備非常智能并互聯(lián)通常需要兩點,一是MCU做編程,二是需要一些Wi-Fi或無線連接設備讓它互聯(lián),今天我們看TI怎么把兩者結(jié)合,實現(xiàn)真正單芯片的SoC。”

 

Wi-Fi確實有非常多的應用場合,也可以帶來很多便利,但有幾大難點使得以前Wi-Fi無法大規(guī)模推廣。Amichai分析道:“首先它難以理解和編程, TI CC3100CC3200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是一種高功率的無線連接技術(shù),之前大家很少會把它和電池供電系統(tǒng)連接在一起,因為雖然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,依靠兩節(jié) AA 電池可以運行一年以上,并為電池供電式終端設備帶來了Wi-Fi功能。第三,之前很多工程師和客戶認為做Wi-Fi必須有射頻或Wi-Fi的相關(guān)經(jīng)驗,而CC3100CC3200可以讓對Wi-Fi經(jīng)驗不足的工程師很快上手。SimpleLink Wi-Fi的使命就是讓Wi-Fi的開發(fā)更簡單,輕松實現(xiàn)以前Wi-Fi做不到或很難做的應用。”  

 

Wi-Fi網(wǎng)絡處理器內(nèi)核剖析

 CC3100CC3200是兩款基于相同Wi-Fi網(wǎng)絡處理器內(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),它實際是Wi-Fi網(wǎng)絡處理器,它可以通過SPI、UART與外部MCU進行通信,需要外部MCU給它做一些驅(qū)動。CC3100其實只需要7 KB左右的Wi-Fi底層驅(qū)動,為它配一個非常低成本的MCU(如 MSP430)就可以了。CC3100內(nèi)部集成整個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、計時器和GPIO等通常MCU有的外設。

 

 CC3100CC3200內(nèi)部架構(gòu)

如何更簡單?

Amichai向記者詳細分析了SimpleLink Wi-Fi CC3100CC3200怎樣把“事物”連接至互聯(lián)網(wǎng)。(1)把和Wi-Fi相關(guān)的驅(qū)動代碼壓縮得非常小,低至7 KB的主機代碼,實現(xiàn)了與低成本 MCU的集成。(2)在軟件層提供了業(yè)界標準的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)一行簡單的指令就可快速構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)應用,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,用于實現(xiàn) TLS/SSL 互聯(lián)網(wǎng)安全,能在150 ms內(nèi)建立 TLS 連接,實現(xiàn)快速安全的用戶體驗。(4)具有低功耗射頻和高級低功耗模式。(5)具有最靈活的Wi-Fi配置/預置選項,允許客戶以最適合其應用的方式設置無監(jiān)視器的設備。 

 

針對Wi-Fi靈活的配置優(yōu)點,Amichai舉例說:“我們用手機或電腦配Wi-Fi要先連Wi-Fi的熱點,找到之后再輸入密碼。以后Wi-Fi的應用場合會很多,例如插座也會用Wi-Fi(智能插座),電梯里也會用Wi-Fi,還有Wi-Fi智能手環(huán),沒有顯示屏來輸密碼怎么辦?TI有個SmartConfig,它可以幫用戶把Wi-Fi配置做得非常簡單,TI也支持通過WAP去連接。”

 

Wi-Fi能耗降至新低

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可實現(xiàn)120 μA 睡眠電流 (當連接至網(wǎng)絡時)、37 mA 收聽電流 (對于信標接收)和長睡眠間隔 (長達 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)和多個喚醒源,95 ms 喚醒時間(從冬眠到建立安全的 Wi-Fi 連接)以及200 ms TLS 連接時間(TI競爭對手這個值是在秒的量級)。

 

物聯(lián)網(wǎng)三寶:安全、快速、云支持

Amichai先生談到智能家居時,記者腦中浮現(xiàn)出這樣一個畫面: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)心家里個人的信息是否會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)的幾個很重要的指標,首當其沖的就是互聯(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)嵌硬件加密引擎會帶來兩個好處,一是快速連接,硬件比軟件快很多,實時性好,軟件的復雜度也加大降低;二是用戶體驗,從不斷喚醒到加密以及連接,硬件快速連接的用戶體驗更好。

 

所有的物聯(lián)網(wǎng)真正的價值鏈是在云端,TISimpleLink Wi-Fi會支持整個云端。Amichai介紹到:“Wi-Fi要做的工作是要把整個互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)搭起來,要和很多云平臺進行合作。TI的合作伙伴IBM等都是用CC3100CC3200做平臺架構(gòu)。我們的生態(tài)鏈全都是開放式的,它是針對整個互聯(lián)網(wǎng),可以做到互聯(lián)互通??傊?,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Wi-Fi成長的市場主要有:智能家居和樓宇自動化、智能能源處理、多媒體、保密和安全、M2M通信,當然不僅限于此。而且這些應用中也不可能只用到一種無線連接技術(shù)。Amichai補充到:“TI在無線連接技術(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,在溫控器或電表應用中會有多種技術(shù)的融合,2.4G穿墻能力會差一些,可能還需要有ZigBee做一些網(wǎng)絡適配,當中的信息傳輸可以通過Wi-Fi來實現(xiàn)。”

 

前陣子看到一個新聞,MIT一個實驗室室發(fā)明了一種新技術(shù),利用Wi-Fi信號產(chǎn)生的回饋,可以不通過任何穿戴設備,便能探知一墻之隔的人體胸腔起降和心率,并且準確率高達99%。Wi-Fi的深入應用才剛剛開始,憑借TIInternet-on-a-chip解決方案大膽發(fā)揮人類的想象力,天馬行空的設計可能會開啟Wi-Fi的嶄新應用。

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