物聯網 - 微小的眼睛，耳朵和大腦，說一種共同的語言來相互交流，并與更高性能的系統進行通信 - 在過去幾年中一直在影響我們的生活。在本專欄系列中，我們將深入探討使世界“智能”的物聯網領域科學技術的快速發展。在這個智能世界中，設備和環境將自動協作地為人們服務。它們的能力范圍從照顧人類，寵物甚至植物的個人健康到自動駕駛汽車。它們的數量比我們每年大量生產的傳統計算機和智能手機高出幾個數量級。本專欄系列探討了不斷發展的物聯網技術，以及它如何改變日常工作和生活方式，使其更加高效、便捷、舒適和智能。我們還將討論構建下一代物聯網智能世界的機遇和挑戰。

以下主題將作為“IoT 初學者包”一章的一部分進行介紹：

“我身上沒有電線”

物聯網（IoT）已經存在了很長時間，但物聯網這個術語已經存在了16年。當時，這個想法通常被稱為“嵌入式互聯網”或“普適計算”。信息交換是物聯網最重要的方面。電報在19年初改變了機器通信千世紀。第一個無線電語音傳輸，稱為“無線電報”，為發展物聯網提供了最重要的組成部分。計算機的發明徹底改變了世界。互聯網本身就是物聯網的重要組成部分。此后，電話的發明為世界大部分地區提供了基本的通信。

現在，物聯網已經發展成為一個復雜的系統，從互聯網到無線通信，從微電子系統（MEMS）到嵌入式系統。物聯網是目前最熱門的IT流行語之一。物聯網由一個巨大的互聯網連接“事物”和設備網絡組成，包括幾乎所有你能想到的東西，從手機到建筑物維護，再到飛機的噴氣發動機。

自2000年代以來，發生了什么變化使這一切成為可能？有幾個關鍵因素。它們包括低功耗無線電，MCU技術的進步，網絡功能的擴展，數據分析工具的引入以及無線標準的創建/采用，使來自不同供應商的物聯網硬件和軟件的交互變得更加簡單。物聯網已經成熟，可以添加新的創意，以添加到已經在使用的應用程序。在創造力方面，這個領域是開放的，有無數種“互連設備”的方式。很快，就很難想象它之前的生活了！

大多數物聯網節點是傳感器、計算和連接的組合，后兩者扮演著最重要的角色。雖然，獨立的計算機及其網絡已經存在了幾十年，但要使物聯網真正起飛，龐大的計算元素及其有線網絡必須消失。快進幾年，我們擁有單芯片計算機（MCU）和無線通信技術。持續的硅縮放、高效的架構和低功耗無線電技術使它們更小、更便宜、更節能。這導致了小型電池連接設備的激增，這些設備具有集成計算和連接提供的“智能”。

物聯網已經到來。“我身上沒有電線”回顧了使物聯網成為可能的關鍵技術進步。

無線電和計算機

很少有計算機制造商再費心支持串行協議，因為它的IT和桌面功能在很大程度上已被USB和無線所取代。越來越難找到一臺具有串行端口的新計算機。平板電腦和智能手機甚至更糟。有些甚至沒有USB端口;他們在很大程度上依靠無線進行通信。

近年來，人們一直在努力改進嵌入式控制器架構，包括提供集成無線電或簡化與無線電IC接口的方法。“基于可編程無線傳感器的嵌入式控制器”的出現提供了更大的靈活性、易管理和可配置性。配置傳感器數據將要求這些系統使用超低功耗無線收發器微控制器，這些微控制器不僅具有極低的功耗待機電流，而且還采用節能技術來延長單個紐扣電池的使用壽命。這些技術可以在硬件或軟件中實現，也可以在兩者的混合中實現，但顯然，在準備選擇單個器件之前，設計人員需要考慮許多其他更廣泛的因素。

當涉及到連接和計算（物聯網的兩大支柱）時，有許多排列和組合。物聯網設備在計算能力和所需帶寬方面形成了一系列功能-從計算步數的鞋子到需要流式傳輸高分辨率圖像和視頻的數碼單反相機。同樣，一系列微控制器/SoC架構和無線電技術也可用作這些系統的基礎。然而，選擇并不總是簡單的，有時甚至是違反直覺的。為了平衡能力、功耗和成本，“無線電與計算機”簡要介紹了當今和不久的將來可用的計算和無線設備。

“是的，但它能運行Linux嗎？”

感知、組織、分析、演示和決策需要軟件。幾十年來，我們一直在使用各種平臺以不同級別的能力來執行此任務。現在，我們擁有非常小的設備，這些設備由單節電池運行，但具有1990年代后期基于80486的個人計算機的功率。有了裸機，RTOS和像Linux這樣的真實操作系統可供選擇，我們將遇到在無線電和計算機中探索的類似問題，但從軟件的角度來看。

成熟的操作系統帶來了兼容性和易開發性，但增加了硬件成本和功耗。對于執行有限功能的應用程序，傳統的順序處理循環和狀態機就足夠了。這種裸機編碼方法很難正確，但它提供了出色的效率。當MCU集成更多存儲器和外設時，RTOS成為必要手段。RTOS 采用的關鍵驅動因素是應用程序的復雜性。復雜的物聯網應用可能需要更多的中斷源、更多的功能和更多的標準通信接口。RTOS可能會用于這種復雜的解決方案。

RROS可以充分利用功能豐富的MCU，特別是當提供中間件可以處理復雜任務時，否則將需要真正的操作系統。但是，在軟件方面，有許多不重疊的復雜性和功能領域。“是的，但它可以運行Linux嗎？”概述了為硬件選擇合適的軟件基礎。

定積分

MCU將易失性和非易失性存儲器集成到一個獨立的CPU中。SoC能夠將更多的外設、穩壓器、時鐘和其他組件和功能集成到單個芯片中。我們還沒有完成，因為我們可以集成更多的功能，從無線和傳感器接口開始。物聯網設備的另一個重要先決條件是安全性。數十億個互連設備帶來了重大的安全挑戰。基于硬件的安全性是一項在集成到 SoC 中時效果很好的功能。

代工廠正在評估為集成物聯網控制器量身定制的完全耗盡絕緣體上的硅（FDSOI）技術。然而，隨著設備將整個可編程系統集成到單個芯片中，未來可能已經到來。

電源為獨立的物聯網節點帶來了另一個獨特的挑戰。畢竟，系統僅在電池續航時是無線的。有一些方法可以利用環境來利用我們的優勢，并從中產生能量 - 從我們自己的太空核反應堆 - 太陽開始。

“確定積分”探討了創建真正的單芯片物聯網控制器并從操作環境中收集能量的可行性和優勢。

除了這個“物聯網入門包”之外，還有許多其他章節提供了對物聯網世界的令人興奮的見解！物聯網無處不在，保持競爭力至關重要！

審核編輯：郭婷