摘要：本文針對智能感知在智能汽車、智能家居、可穿戴設備、智能工業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)中的MCU、連接方案及傳感器的應用與發(fā)展，邀請相關廠商進行了深入探討和分析。

智能

　　物聯(lián)網(wǎng)應用中對傳感器及MCU的要求

　　根據(jù)麥肯錫預測，從2016到2025年之間，智能汽車應用平均每年創(chuàng)造$210B～$740B的價值，智慧城市應用平均每年創(chuàng)造$930B～$1.7T的價值，智能工業(yè)應用平均每年創(chuàng)造$1.2T～$3.7T的價值，智能家居應用平均每年創(chuàng)造$200B～$350B的價值。

　　包括智能汽車、智慧城市和能源、智能工業(yè)和商業(yè)以及智能家居和消費設備在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)應用將深刻改變?nèi)藗兩畹姆椒矫婷?，?chuàng)造巨大的商業(yè)價值。此外，通信技術(ICT)也是英飛凌關注的應用領域。英飛凌可以幫助客戶實現(xiàn)其在能效、安全性和可靠性等方面的目標。英飛凌擁有經(jīng)認證的標準化安全解決方案組合，適用于聯(lián)網(wǎng)設備，包括服務器、路由器和網(wǎng)關。

　　在這些物聯(lián)網(wǎng)應用中，對傳感器及MCU都有一定的要求。

　　1)智能汽車需要大量先進的傳感技術，包括運動感知、速度/位置傳感、胎壓傳感以及高級駕駛輔助系統(tǒng)/駕駛?cè)藛T監(jiān)控等。同時還需要跨應用的控制技術;

　　2)在智慧城市和能源方面，智能路燈需要傳感器來感知移動物體，對于MCU的需求則包括LED燈進行色彩和亮度的控制，以及對通信的管理;樓宇自動化對傳感器的需求包括位置傳感、語音交互以及市內(nèi)測量和導航，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理;

　　3)在智能工業(yè)和商業(yè)方面，工廠自動化對傳感器的需求包括速度和位置的傳感、角度和壓力的測量，同時也需要MCU來進行自動化控制;

　　4)在智能家居和消費設備方面，智能家居對傳感器的需求包括語音傳感(警報觸發(fā))、智能抄表、位置感知、市內(nèi)導航以及壓力傳感，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理。

　　在針對物聯(lián)網(wǎng)應用的傳感器領域，英飛凌擁有豐富多樣的產(chǎn)品。應用于馬達位置測量、變速器控制的電磁傳感器，應用于盲點檢測、自適應巡航控制以及自動剎車控制的24/77GHz雷達傳感器，應用于導航、運動與健康監(jiān)測、側(cè)面碰撞/人行道檢測的壓力傳感器等;在MCU領域，我們提供的產(chǎn)品包括應用于車輛內(nèi)/外通信控制、網(wǎng)關通信控制、動力系統(tǒng)/逆變器控制以及輔助駕駛的AURIXTM微控制器產(chǎn)品線，應用于智能家居、健康/健身、交通和基礎設施以及自動控制、充電站、逆變器控制的XMCTM微控制器產(chǎn)品線。

　　Cypress適用于可穿戴產(chǎn)品的PSoC系列

　　Cypress經(jīng)過近年來的技術革新和兼并收購，培育了一大批物聯(lián)網(wǎng)應用市場以及客戶，包括智能家電、工業(yè)自動化、智能移動設備以及可穿戴設備等。這些應用與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)革新和個體消費需求密切相關，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α６渲锌纱┐魇俏磥砉就顿Y和發(fā)展的重要物聯(lián)網(wǎng)應用。盡管在這個領域已經(jīng)有很多競爭對手在積極參與，但是Cypress經(jīng)過過去幾年的發(fā)展，已經(jīng)開始逐漸成熟并培育了不少頗具潛力的應用，包括和健康、運動、醫(yī)療相關的產(chǎn)品和服務。

　　對于應用在可穿戴設備產(chǎn)品中的MCU，基本的需求是低功耗、小封裝、高集成度和易用性。其中高集成度方面除了傳統(tǒng)的數(shù)字通訊接口、控制接口以及模擬采集接口外，我們也看到了越來越多的無線通訊接口需求。另外，近年來對于可穿戴產(chǎn)品數(shù)據(jù)安全的考慮，MCU的安全性(包括用戶認證和數(shù)據(jù)加密等)也越來越受關注。

　　Cypress的PSoC系列可編程MCU適用于可穿戴產(chǎn)品。我們的PSoC產(chǎn)品不僅具有高集成度和低功耗的特點，還集成了Cypress特有的可編程數(shù)字和模擬單元，使用戶在開發(fā)過程中具備高度的靈活性，在不需要修改硬件的情況下實現(xiàn)功能的擴展和調(diào)試。PSoC Creator圖形化開發(fā)工具也使得用戶的開發(fā)變得非常直觀和便捷，為可穿戴產(chǎn)品的快速上市提供了強力的支持。另外，除了成熟的PSoC 4低功耗、可編程Cortex-M0+ MCU產(chǎn)品外，我們也將很快推出超低功耗、高性能，集成藍牙、觸摸和模擬前端等高級功能的PSoC 6系列。這個產(chǎn)品是為可穿戴產(chǎn)品量身定制的。在收購了博通IoT無線產(chǎn)品部門后，Cypress在Wi-Fi和藍牙領域的實力也大大加強，為可穿戴應用提供了堅實的技術基礎。

　　物聯(lián)網(wǎng)對軟件與硬件的需求

　　MCU是物聯(lián)網(wǎng)的基本組成單元，毫無疑問會有廣泛應用的市場需求，但物聯(lián)網(wǎng)市場的碎片化也會帶來不同的需求。半導體工藝的演進以及新的通信連接技術都會帶動芯片市場的變化，比如傳統(tǒng)的以控制功能為主要任務的MCU，它的技術路線可能會進一步延展到對物理世界認知能力的不斷改善提高，一方面會依托各種Sensor/MEMS等模擬器件的進步，另一方面也會催生基于更復雜算法情況下對于處理器性能的更高要求。同時MCU的控制功能可能會和連接功能進一步區(qū)分開，會有越來越多專門針對物聯(lián)網(wǎng)的連接協(xié)議及安全/設備管理以及與云端對接的專門IoT連接產(chǎn)品，它們可以使用更先進的半導體工藝以降低功耗和成本，因為它們可能不用再繼續(xù)擔心模擬器件對工藝的不同需求。

　　除了硬件產(chǎn)品，我們認為軟件在物聯(lián)網(wǎng)時代將發(fā)揮越來越大的作用，一個典型例子就是對于算法IP包括數(shù)據(jù)信息安全的保障。隨著物聯(lián)網(wǎng)連接設備以及數(shù)據(jù)的增加，我們覺得這方面的市場需求將會日益顯現(xiàn)。

　　很多物聯(lián)網(wǎng)設備由于工作場合的限制會采用電池供電以及無線連接，這對MCU的低功耗有著迫切的需求。但同時物聯(lián)網(wǎng)應用又是碎片化的，所以芯片廠商為了平衡成本只能采用通用MCU來嘗試涵蓋大部分應用。隨著半導體工藝的演進以及物聯(lián)網(wǎng)應用市場的發(fā)展，將來也許會有廠商針對物聯(lián)網(wǎng)市場開發(fā)出專用的芯片，現(xiàn)有MCU中常用的模擬外設等功能也許會被拿掉，從而專注于算法和連接，在更先進的半導體工藝下實現(xiàn)更低的功耗及成本。簡單說就是以控制為主要功能的MCU和以智能化分析/連接為主要功能的物聯(lián)網(wǎng)芯片也許會分家但又同時共存。

　　Imagination可擴展處理器IP解決方案

　　MCU是促進物聯(lián)網(wǎng)增長的關鍵器件，未來幾年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品數(shù)量將會大大增加。主要領域包括智慧城市、工業(yè)控制、無線通信、汽車、醫(yī)療監(jiān)測、可穿戴設備等。Imagination產(chǎn)品可以應用于物聯(lián)網(wǎng)從前沿設備到云端的多個領域，其中MIPS M級別CPU適用于為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供支持的MCU，涵蓋從傳感器控制到視頻監(jiān)控/管理系統(tǒng)。

　　MCU應用的廣泛性對性能、功能、特點和運行環(huán)境都有具體要求，這意味著MCU必須是靈活可擴展的。另一方面，MCU必須有很高的動態(tài)功效，可使系統(tǒng)在最小功率范圍內(nèi)(50到300MHz以上)運行。

　　只有CPU的系統(tǒng)無法實現(xiàn)傳感器控制和管理產(chǎn)生的大量信號處理需求。Sensor Fusion(傳感器融合)適用于單個系統(tǒng)里的多傳感器采集。這需要高水平的信號處理能力，將信號從嘈雜的環(huán)境中分離出來。Sensor Fusion提供實時校準和自校正控制，在有時間限制的應用中，只能通過使用高精度的DSP和FPU協(xié)處理能力實現(xiàn)。同時，這也給許多傳感器帶來了挑戰(zhàn)，如加速傳感器、陀螺儀、壓力/溫度/觸摸傳感器等，每一個傳感器都有自己的控制/管理算法，通過給DSP/FPU下達指令實現(xiàn)一個高效的系統(tǒng)。

　　因為MCU適合更大的系統(tǒng)，設計者必須考慮到MCU可以與其他組件輕松集成。比如有相同的/通用總線接口，可無縫連接外圍設備和通信模塊，如Wi-Fi和低功耗藍牙。互操作性和安全性也同樣重要。不同來源的系統(tǒng)和設備必須能夠共同工作，確保用戶、設備和云端的無障礙溝通。這就需要開放的標準。除此以外，安全性、可靠性以及在汽車行業(yè)的認證也是需要考慮的因素。

　　Imagination提供一系列可擴展的處理器IP解決方案(包括PowerVR多媒體、MIPS CPU以及Ensigma連接)，幫助設計師輕松快速地開發(fā)出差異化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。我們的IP家族由OmniShield多域安全技術支持，我們將這項技術帶入包括MCU級別的CPU各層次的產(chǎn)品線。我們的技術還可以一起工作，提供更深層次的差異化。例如，MIPS和Ensigma共同應用在Ensigma Whisper射頻處理器(RPUs)上，為需要延長電池壽命、降低成本的可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)以及其他連接設備提供支持。

連接

　　M2.COM無線傳感平臺推動無線傳感網(wǎng)發(fā)展

　　科技的發(fā)展拉動了物聯(lián)產(chǎn)業(yè)的快速增長，而物聯(lián)網(wǎng)有三個層面的需求，第一是要把信息收集起來，第二是通過一個安全的通道把這些前端信息傳輸回來，第三就是對收回的這些信息進行應用。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，目前最迫切需要解決的問題是如何快速且精準地搜集數(shù)據(jù)。要解決這個問題，需要具備傳感接入、無線傳輸技術與嵌入式運算等三種核心能力。

　　由于傳感器有溫度、氣體、二氧化碳、濕度等各種數(shù)據(jù)，因此，它們的接口都不同，過去行業(yè)里沒有一個統(tǒng)一的標準，導致各自有各自的協(xié)議，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的落地。針對前端傳感器的接口標準，研華等企業(yè)聯(lián)手推出了M2.COM。

　　M2.COM為開放式標準“感?傳”平臺，為物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商、通信服務提供商、系統(tǒng)集成商和技術供貨商提供一個共同的標準平臺，促成各界的伙伴合作與技術交流，來達成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。M2.COM標準是開放的，其標準模塊很小，傳感器廠商只要再做一個底下的搭板，兩個板搭起來就變成無線傳感模塊。目前已與合作伙伴推出多個小板。

　　未來5~10年研華主做兩件事。第一，所做的軟硬件模塊/中間件可以用在各行各業(yè)，例如在影像技術領域提供基本的中間件，使客戶能夠做上面的各種應用，諸如零售業(yè)的人流統(tǒng)計，工廠的機器視覺等。第二，把全球的大廠聚集起來，一起推M2.COM標準，使無線傳感網(wǎng)快速建立起來。因為物聯(lián)網(wǎng)最基礎的是感知、搜集信號/數(shù)據(jù)，原本傳統(tǒng)做傳感、模塊的不同廠商，要可以讓它們互相通信。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第13頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。