《電子技術(shù)應(yīng)用》
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這才是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要的WiFi單片機

2020-10-15
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察

  正如Microchip所看到的一樣,隨著物聯(lián)網(wǎng)從家庭自動化領(lǐng)域拓展到如供暖、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)、車庫門和電風(fēng)扇等家庭控制領(lǐng)域,以及在建筑和工業(yè)自動化領(lǐng)域的加速應(yīng)用,市場對高度集成、可靠和安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)連接性的需求前所未有地增加,這就催生了WiFi單片機的需求。

  但Microchip無線解決方案部產(chǎn)品線經(jīng)理Alex Li在日前的一場發(fā)布會中指出,以上應(yīng)用目前正在使用的WiFi單片機方案功能是有限的,所以,幾乎在任何場所都需要額外的主的單片機跟它一起工作。而要實現(xiàn)這樣的設(shè)計,就需要兩者之間通過SPI或者UART這樣的接口協(xié)議進行連接。然而這樣的設(shè)計將誒開發(fā)者帶來幾方面的挑戰(zhàn):

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  首先,在Wi-Fi模塊和主單片機之間的進行連接,限制了Wi-Fi的速度;

  其次,從商業(yè)角度來說,這樣的雙元件結(jié)構(gòu)會增加設(shè)計和生產(chǎn)過程中的一些復(fù)雜性和風(fēng)險??蛻艨赡懿坏貌换ǜ嗟臅r間在驅(qū)動程序的開發(fā)上,甚至還需要學(xué)習(xí)不同的軟件開發(fā)工具。再者,來自不同生產(chǎn)商的供應(yīng)也可能會導(dǎo)致一些生產(chǎn)延遲或者一些供應(yīng)鏈上的風(fēng)險,因為你不可能保證每個生產(chǎn)商都可以給你及時地供貨。

  第三,在系統(tǒng)及應(yīng)用的技術(shù)支持方面也是一個問題。因為你不可能讓一個生產(chǎn)商的一個技術(shù)支持工程師,一個售前幫你解決如何連接另一個產(chǎn)品,以上種種這些都會導(dǎo)致你的產(chǎn)品延遲上市,還有一些無謂的資金的投入;

  第四,則是網(wǎng)絡(luò)安全方面的挑戰(zhàn)。如上圖右邊的主單片機,有很多和互聯(lián)網(wǎng)連接相關(guān)的安全密鑰和身份認(rèn)證都會儲存在其閃存里面,這將帶來很大的安全漏洞。

  為了解決以上問題,Microchip特意推出了首款Trust&Go Wi-Fi? 32位單片機模塊WFI32E01PC。從Alex的介紹我們得知,這款單片擁有一款叫做PIC32MZ-W1的高性能32位單片機,它有1兆的閃存和256KB的RAM,可以應(yīng)付很多復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

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  此外,Microchip這款產(chǎn)品擁有豐富的外設(shè),這也讓其能擁有足夠的能力應(yīng)付IIOT各種場景的應(yīng)用需求。除了傳統(tǒng)的SPI、UARD或者是ADC之類的外設(shè)外,Microchip還給客戶提供了如以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)、USB、CVD Touch和CAN總線之類的特殊接口。與此同時,WFI32E01PC還有出色的模擬性能,如精確的高度線性的雙通道12位ADC,那就意味著即使在不同的干擾、不同的溫度變化下,產(chǎn)品仍然有相對穩(wěn)定的性能。

  “這樣一種ADC的特性在設(shè)計工業(yè)傳感器以及其他一些工業(yè)應(yīng)用上是至關(guān)重要的”,Alex Li強調(diào)。

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  此外,作為一款面向物聯(lián)網(wǎng)的芯片,數(shù)據(jù)安全也是Microchip這款WiFi單片機模塊需要考慮的重點問題。而他們則通過在內(nèi)部集成Trust&Go平臺來解決,據(jù)了解,這個平臺采用安全元件技術(shù),為云身份驗證進行預(yù)先配置和設(shè)置,簡化了網(wǎng)絡(luò)身份驗證的過程。

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  Alex Li指出,Trust&Go就是為了解決設(shè)備連到本地WiFi,再連接到云端所的安全問題。按照他所說,在這個過程中,就需要有一個具有加密密鑰對的增強型TLS連接,這個連接是一個非常復(fù)雜的過程,它需要三個要素:第一個就是不可變更的公共密鑰,第二個就是一個隱性私密的密鑰,任何外部的軟件是不可以看到這個密鑰的,這個是絕對保密的,而且必須防止一些物理的攻擊。第三個就是唯一可驗證以及可信任的設(shè)備標(biāo)識,你可以理解成它就是一個外圍設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的指紋或者是它的一些獨特的設(shè)備標(biāo)識。

  除了上述描述的高性能硬件以外,Microchip還借助其MPLAB Harmony開發(fā)環(huán)境,為這款WiFi單片機提供了囊括開發(fā)、安全、功能性和可靠性在內(nèi)的軟件功能。

  首先看開發(fā)方面,據(jù)Alex Li介紹,這個開發(fā)平臺能為其客戶提供無代碼的Wi-Fi局域網(wǎng)開發(fā)框架,讓某些不了解WiFi代碼應(yīng)用和設(shè)置的客戶可以在其開發(fā)環(huán)境上通過填寫一些簡單的參數(shù),做一些簡單的選項,就可以設(shè)置好其WiFi連接;同時,Microchip還會給客戶提供豐富的系統(tǒng)級師范應(yīng)用,這樣客戶就可以通過很小的改動,將其變成自己的應(yīng)用;此外,這個軟件的SDK上面還會給客戶提供所有MCU所需要的一些驅(qū)動,幫助客戶運用各種MCU的功能。得益于這樣的設(shè)置,開發(fā)者就能快設(shè)計出原因 ,并將其實現(xiàn)無縫集成。

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  其次看功能方面,如上圖所示,Microchip的的軟件庫給客戶提供了無線局域網(wǎng)具有的先進Wi-Fi功能和各種類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。同時還將提供云連接的示例軟件,滿足不同場景下的設(shè)計需求。

  來到安全和可靠方面。除了上文談到的Trust&Go外,Microchip通過還為這款產(chǎn)品的軟件引入了WPA3連接支持和連接硬件加密加速器TLS,提升了身份驗證的穩(wěn)定以及防止了一些離線的字典攻擊。

  借助卓越的Wi-Fi互操作性測試,Microchip可以保證其Wi-Fi產(chǎn)品可以隨便地連接到任何的路由器,“Microchip已經(jīng)跟53個市面上很受歡迎的路由器做過測試,并且涵蓋了非常廣范圍的Wi-Fi的access point的芯片,旨在我們會幫助克服這個問題”,Alex Li強調(diào)。“同時,我們的Wi-Fi軟件已經(jīng)通過Wi-Fi Alliance提供的WFA認(rèn)證,那就意味著客戶如果想用其Wi-Fi logo,就需要通過WFA的認(rèn)證”,Alex Li補充說。

  Microchip還為客戶提供了如ICD3、ICD4和SNAP之類的專業(yè)調(diào)試工具,針對射頻產(chǎn)品,他們還將提供測試工具,確保其設(shè)計的產(chǎn)品符合規(guī)范。

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  “Microchip在不久之后將提供一個開發(fā)板,客戶可以基于其快速搭建原型機”,Alex Li表示。

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  從上文的介紹我們看到,這是一個WiFi單片機模塊,而不是集成度更高的WiFi SoC,因此在發(fā)布會上就有記者問到,公司為何做這樣的設(shè)計選擇?針對這個問題,Alex Li給出的答案是因為他們的模塊已經(jīng)經(jīng)過了完整的射頻認(rèn)證,這就讓客戶使用起來可以更方便。但他也強調(diào),Microchip有計劃在未來推出針對SoC的設(shè)計。

  作為全面的系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商,Microchip提供了廣泛的產(chǎn)品組合,將WFI32E01PC模塊與其他Microchip的領(lǐng)先器件配對,可簡化物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這些領(lǐng)先的器件包括KSZ8081以太網(wǎng)PHY系列,MCP2542WFD CAN收發(fā)器系列,傳感器和包括藍牙?低功耗(BLE)、遠程(LoRa)和IEEE? 802.15.4在內(nèi)的無線技術(shù)等。Microchip的系統(tǒng)解決方案方法提供即時可用的軟件驅(qū)動程序和硬件參考設(shè)計,能顯著降低項目風(fēng)險,縮短產(chǎn)品上市時間。

  “有了我們這個模塊,客戶不再需要雙元件的設(shè)計結(jié)構(gòu),不需要學(xué)習(xí)多個軟件的SDK,只要學(xué)習(xí)我們的SDK就行了。此外,客戶也不需要跟多個供應(yīng)商打交道,Microchip可以從設(shè)計到生產(chǎn)給客戶提供一站式的服務(wù)”,Alex Li最后說。

  

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