物聯(lián)網(wǎng) （IOT） 的早期階段已經(jīng)開始改變我們的生活方式、商業(yè)模式和決策方法。隨著控制器、處理器、傳感器和發(fā)射器成本的降低，任何組裝有電子電路和必須與其它系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)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(guān)、醫(yī)療監(jiān)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(chǎn)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(gòu)來實現(xiàn)IoT應(yīng)用。這其中包括針對最低待機功耗、有源處理功率、外設(shè)功率、以及存儲器讀取和寫入的設(shè)計。MSP430 MCU在所有IoT應(yīng)用中為那些真正關(guān)心低功耗（以及超低功耗）的開發(fā)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(yè)、健康和健身應(yīng)用的需要。

　　TI的超低功耗MSP430 MCU具能夠在具有多種系統(tǒng)架構(gòu)的無線應(yīng)用中發(fā)揮作用。這篇白皮書介紹了4款不同的IoT架構(gòu)，并且強調(diào)了如何用MSP430 MCU輕松設(shè)計無線連通性解決方案，從而開始IoT設(shè)計。

　　無線MCU解決方案

　　超低功耗MSP430 MCU被設(shè)計成在4種不同的連通性架構(gòu)中運行。如下圖所示，第一個架構(gòu)為在單芯片上運行網(wǎng)絡(luò)堆棧和主機應(yīng)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(gòu)的無線MCU。這個解決方案提供MCU內(nèi)核、外設(shè)、軟件和sub-1 GHz RF收發(fā)器之間的緊密集成，從而創(chuàng)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(jīng)優(yōu)化的無線MCU示例。它可以用低物料清單 （BOM） 成本來實現(xiàn)Bluetooth? 低功耗 （BLE） 和專有2.4GHz網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC2541是領(lǐng)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(xié)議棧，其中的存儲器空間可被平均分配至RF物理層、RF協(xié)議和頂層應(yīng)用程序。緊密集成可為物理與協(xié)議層之間的處理實現(xiàn)高度優(yōu)化代碼和性能。

　　在硬件方面，這個配置是物理層尺寸為優(yōu)先考慮因素的應(yīng)用的理想選擇。這個配置免除了對于數(shù)個外部組件的需要，所有這些組件已經(jīng)集成在器件內(nèi)部。此外，可以進(jìn)一步減少兩芯片解決方案內(nèi)的MCU和射頻所需要的組件數(shù)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(shù)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(yōu)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(yīng)用的實際問題。最后，這些優(yōu)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(yōu)化的無線應(yīng)用的需要。

　　這種架構(gòu)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(fā)系統(tǒng)，為創(chuàng)建無線智能手表應(yīng)用的開發(fā)人員提供完整的參考設(shè)計。Chronos是很多應(yīng)用的基準(zhǔn)平臺，諸如無線手表系統(tǒng)、針對個人局域網(wǎng)的顯示、用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)搜集的無線傳感器節(jié)點、以及很多其它應(yīng)用。CC430可實現(xiàn)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(jiān)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(nèi)。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(jiān)視器）的中央集線器。在軟件方面，這個應(yīng)用特有SimpliciTITM，一款針對低功耗無線應(yīng)用（具有可升級至255個節(jié)點的星形拓?fù)洌┑暮唵魏挽`活RF協(xié)議。

　　1、MCU運行堆棧和應(yīng)用

　　第2個連通性架構(gòu)是諸如MSP430F5xx系列的強大MCU，用于運行主機應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)堆棧，從而實現(xiàn)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(chǎn)品中最佳的RF性能。

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

　　例如，這個架構(gòu)常見于超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，諸如常見的MSP430 MCU與Simplelink CC2500 2.4GHz RF收發(fā)器的配對使用。MSP430 MCU通常在小型到中型網(wǎng)絡(luò)中使用，它能夠用較少的內(nèi)存占用來運行相對小型且尺寸經(jīng)優(yōu)化的無線協(xié)議，它支持星形拓?fù)洌袝r也支持網(wǎng)狀拓?fù)洹＿@類架構(gòu)中的器具經(jīng)常具有針對功率進(jìn)行優(yōu)化的特性，諸如睡眠終端節(jié)點，支持訪問點信標(biāo)的時間同步，數(shù)據(jù)包存儲和轉(zhuǎn)發(fā)等。這些特性對于實現(xiàn)超低功耗、能量采集、以及無電池應(yīng)用十分關(guān)鍵。

　　這個架構(gòu)也見于近場通信 （NFC） 應(yīng)用中。TRF7970A NFC收發(fā)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(nèi)置USB和I2C接口。在最簡單的配對水平上，這個組合能夠?qū)⒆詣踊⒖刂啤⒑蜕矸蒡炞C添加到很多現(xiàn)有的MCU應(yīng)用中。例如，在MCU的幫助下，一個NFC標(biāo)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(shè)（其中包括伺服器、電機和LED）的應(yīng)用層。進(jìn)一步講，這個組合在連接切換應(yīng)用中提供省電功能和便利性，比如一個IoT網(wǎng)關(guān)，在這個網(wǎng)關(guān)上，用戶可以充分利用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)內(nèi)器件的簡單、一鍵設(shè)置/配置功能。

　　2、MCU運行應(yīng)用

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

　　它非常適合于功能齊全且不會經(jīng)常發(fā)生變化的RF協(xié)議。這通常是指定義明確且完全成熟的RF技術(shù)，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(xiàn)場更新或重新編程。它還有助于簡化代碼開發(fā)工作，其原因是開發(fā)人員能夠依靠打好包的RF堆棧來進(jìn)行開發(fā)并專注于MCU中的高級應(yīng)用。RF堆棧與應(yīng)用層的隔離使得MCU能夠?qū)⒈M可能多的硬件資源和帶寬用于應(yīng)用。
本文選自《嵌入式技術(shù)特刊》，更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，馬上下載閱覽

　　這個工作量分配方案也非常適合于充分利用MCU行業(yè)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(fā)人員在為代碼、存儲器和數(shù)據(jù)記錄分配和映射MSP430 MCU內(nèi)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(chǎn)生任何影響。靈活的內(nèi)存配置滿足了嚴(yán)格的無線協(xié)議要求，從而在同一內(nèi)存空間上實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)堆棧的運行。通用存儲器為創(chuàng)新提供了自由的發(fā)展空間。基本靜態(tài)和不變的RF代碼可以駐留在射頻的傳統(tǒng)閃存存儲器中，而相對動態(tài)的屬性（數(shù)據(jù)記錄、代碼和數(shù)據(jù)內(nèi)存的多用途分配等）可以使用MSP430 FRAM MCU上的通用內(nèi)存。

　　3、MCU運行低功耗任務(wù)

　　在最后一個連通性架構(gòu)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(yīng)用、Wi-Fi和Bluetooth網(wǎng)絡(luò)堆棧。一個單獨的MCU運行專門的低功耗任務(wù)（例如處理器集線器）。

　　在這個組合中，MSP430 MCU是監(jiān)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(shù)據(jù)需要在何時發(fā)送。應(yīng)用處理器和RF收發(fā)器能夠進(jìn)入睡眠模式，而MSP430 MCU定期監(jiān)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(tǒng)控制器，用于電池管理、溫度感測和普通系統(tǒng)管理功能。在這個架構(gòu)中，MSP430F552x，F(xiàn)522x和F525x器件具有1.8V IO，在無需任何電平轉(zhuǎn)換器的情況下實現(xiàn)與應(yīng)用處理器的對接（從而節(jié)省了成本并減小了PCB尺寸）。

　　三、結(jié)論

　　司空見慣的有線連接產(chǎn)品正在逐漸成為支持無線連接的產(chǎn)品。增加產(chǎn)品的功能和可訪問性是為產(chǎn)品添加無線連通性所能夠帶來的眾多優(yōu)勢的一部分。由于不同的應(yīng)用架構(gòu)有其自身的優(yōu)勢，設(shè)計人員在評估無線選擇時應(yīng)該進(jìn)行全面考量；在啟用無線功能前，也必須解決所面臨的挑戰(zhàn)。首先確定哪種架構(gòu)最適合于指定的應(yīng)用，是不是無線MCU；還是運行堆棧與應(yīng)用的MCU；還是運行應(yīng)用的MCU；或者是運行低功耗任務(wù)的MCU，開發(fā)人員可以選擇使無線設(shè)計更加簡單和智能的關(guān)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(chǔ)。TI提供最廣泛的無線和MCU解決方案產(chǎn)品庫，來實現(xiàn)任何IoT應(yīng)用。