嵌入式系統(tǒng)原型的未來

盡管一些行業(yè)年復一年地經(jīng)歷了嵌入式系統(tǒng)復雜性的不斷增加，但任何行業(yè)都不太可能在未來幾年內(nèi)逃脫它。一些新興趨勢對此做出了貢獻，主要是推動互聯(lián)網(wǎng)連接或聯(lián)網(wǎng)的傳感器、控制器和執(zhí)行器，以及物聯(lián)網(wǎng) （IoT）。這種轉(zhuǎn)變也朝著電氣化系統(tǒng)方向發(fā)展，并為以前的機械或模擬電氣系統(tǒng)增加了“智能”。因此，設計人員和開發(fā)人員在進行嵌入式系統(tǒng)設計時需要考慮的因素越來越多。

這些趨勢在可再生能源、汽車、工業(yè)和射頻/微波通信行業(yè)很明顯，在短短幾年內(nèi)，傳統(tǒng)的模擬嵌入式電子控制系統(tǒng)主要被微控制器 （MCU）、微處理器 （MPU）、數(shù)字信號控制器 （ DSC），以及許多數(shù)字驅(qū)動的外圍設備。

嵌入式系統(tǒng)的復雜性和數(shù)量不斷增加，為組織創(chuàng)造了機會和新市場，這些組織足夠敏捷和熟練，可以在這些機會出現(xiàn)時快速響應。然而，響應市場的任務已成為一項更大的挑戰(zhàn)，這不僅是由于現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的普遍復雜性，而且現(xiàn)在由于消費者需求的更快變化，從而減少了理想的市場窗口。這引起了幾乎每個行業(yè)的原始電子制造商 （OEM） 之間的爭論。無論是購買商用現(xiàn)貨 （COTS） 解決方案、從頭開始開發(fā)產(chǎn)品，還是修改 COTS 以適應所需的規(guī)格，可能的解決方案的數(shù)量只會使情況變得更加復雜。

無論采用何種方法，在為新的嵌入式設計選擇 MCU、MPU 或 DSC 時，都有幾個主要考慮因素。這包括選擇開發(fā)板、補充應用程序并與開發(fā)板兼容的模塊、早期開發(fā)軟件和資源、原型/概念驗證系統(tǒng)安全性和最終產(chǎn)品安全性之間的差異，以及從原型到生產(chǎn)的過渡。 Microchip 設計人員認識到這些挑戰(zhàn)，實施了一個由開發(fā)硬件、軟件和資源組成的生態(tài)系統(tǒng)，以幫助設計人員和開發(fā)人員解決這些考慮和過渡。

開發(fā)板和 MCU、MPU 和 DSC 選項

開發(fā)板是概念驗證和原型設計階段的關鍵資源，使設計團隊能夠更輕松地適應新 MCU、MPU 或 DSC 的學習曲線。一個好的開發(fā)板通常包括訪問設備的所有引腳、外圍功能、外部模塊和一個便于編程和調(diào)試的接口。理想情況下，給定的設備系列可以使用多個級別的開發(fā)板，因此根據(jù)設計人員的需求、熟悉程度和技能水平，會有一個“最合適”的選項。對于不確定他們需要的確切設備的設計人員來說，另一個有價值的功能是能夠交換設備的開發(fā)板，以便可以使用通用平臺進行比較和開發(fā)。

Microchip 提供了幾款開發(fā)板，旨在使早期開發(fā)更容易實現(xiàn)。許多 Microchip 開發(fā)板選項通常專用于特定的處理器系列或具有可交換的處理器基礎架構，并且大多數(shù)都包括擴展選項以添加流行的功能。這些板采用高效和緊湊的設計，并與 Microchip 廣泛的軟件開發(fā)工具和資源生態(tài)系統(tǒng)兼容。

模塊

必須設計、構建和測試外部傳感器、執(zhí)行器、控制、通信和用戶界面模塊通常是在嵌入式系統(tǒng)原型設計已經(jīng)很廣泛的任務之上的一項壯舉。具有內(nèi)置接口的開發(fā)板可用于支持各種功能的外部模塊，可以顯著縮短開發(fā)時間，能夠評估安裝在模塊上的組件，并允許進行創(chuàng)造性實驗。

MikroElektronika Click 板是一個出色的模塊系統(tǒng)，得到許多 Microchip 開發(fā)板的支持。mikroBUS 模塊系統(tǒng)具有極強的可擴展性和可訪問性，可提供數(shù)百個模塊，支持廣泛的傳感、控制、驅(qū)動、通信和接口。此外，Click板可以以即插即用的方式進行交換，這使得Click板和功能之間的切換變得簡單。Click board 模塊的一些示例包括顯示器、電機控制器、存儲、人機界面、傳感器、無線通信硬件等。

其他 Microchip 開發(fā)板也可以通過擴展套件進行高度擴展，例如 Xplained PRO 擴展套件和附加板。此類擴展套件具有無線電收發(fā)器、Wi-Fi? 控制器、ZigBit 模塊、CryptoAuthenticationTM 設備、以太網(wǎng)、SD 卡接口、觸摸/圖形顯示器等。

安全

在漏洞利用和黑客攻擊的時代，設計和開發(fā)嵌入式設備對于許多組織來說是一項艱巨的任務。

由于嵌入式設備（例如采購、硬件、固件、軟件、內(nèi)存/存儲、連接和云網(wǎng)絡）的安全級別如此之多，因此設計人員和開發(fā)人員很難處理安全的各個方面-屋。此外，用于測試和確保嵌入式設備各個方面安全的基礎設施超出了許多組織的范圍。

Microchip從多個角度加強了安全性。他們提供與他們的開發(fā)板配合使用的加密身份驗證模塊，以使開發(fā)安全功能更快、更容易，以及開箱即用的安全設備解決方案。例如，Microchip 的零接觸供應 （ZTP） CryptoAuthentication 設備消除了采購、硬件、連接和云安全問題，無需 OEM 修改或重新編程設備 ［10］。

ZTP 系統(tǒng)與用于 AWS IoT 應用程序的 ATECC508AMAHAW 設備一樣，使用防篡改安全技術來保護存儲和集成的橢圓曲線加密 （ECC） 硬件加速器。它還利用 AWS IoT 服務的即時注冊功能和強制 TLS 1.2/相互身份驗證來上傳批量證書，并且 Microchip 的安全設施可以在設備發(fā)貨之前處理配置。預配置的安全/身份驗證以及集成的加密硬件允許開發(fā)人員自信地采購安全硬件，而不會因采購問題而暴露漏洞?；蛘?，如果任何設備被惡意收購和逆向工程。

由于安全 IoT 設備的原型設計通常具有挑戰(zhàn)性，Microchip 還提供與Google Cloud IoT Core 平臺安全集成的安全 IoT 開發(fā)板。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160）和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允許開發(fā)人員在 60 秒內(nèi)獲得開箱即用的云連接，提供基于硬件的安全私鑰存儲。此外，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板具有完全認證的 Wi-Fi 和 CryptoAuthentication 安全元件

用于快速開發(fā)安全無線解決方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件處理每個設備的身份驗證并提供 ZTP 功能。

軟件

隨著嵌入式系統(tǒng)硬件、工具、軟件、技術和方法的變化速度，即使是經(jīng)驗豐富的開發(fā)團隊在使用新的嵌入式設備時也可能會遇到學習曲線。對于沒有配備針對特定設備的工具和資源的通用集成開發(fā)環(huán)境尤其如此。另一方面，由于接口和加載嵌入式設備庫的不熟悉方面，供應商軟件也可能是一個挑戰(zhàn)。此外，一些供應商軟件專為專業(yè)用戶設計，對于入門級開發(fā)人員，甚至是試圖在不學習新平臺的情況下快速評估嵌入式設備的經(jīng)驗豐富的開發(fā)人員來說，這將是一項艱巨的任務。

Microchip 擁有專業(yè)開發(fā)的硬件、軟件和資源生態(tài)系統(tǒng)，通過提供各種 IDE、易于集成的軟件庫以及豐富的參考設計和隨附的示例代碼，更好地促進各種技能和熟悉程度的開發(fā)人員。

此外，Microchip 的許多器件都支持免費提供的示例代碼，可通過 IDE 訪問，包括 IDE 中有助于簡化器件特定功能和特性開發(fā)的工具。

過渡到生產(chǎn)

在開發(fā)的概念驗證和原型設計階段之后，通常是在此期間，設計人員和開發(fā)人員需要開始生產(chǎn)和軟件設計。在此過渡期間，許多設計人員和開發(fā)人員必須從頭開始，因為他們可能選擇的原型系統(tǒng)只是松散地代表了可以在生產(chǎn)中使用的東西。

Microchip 硬件和 IDE 并非如此。由于在原型設計期間編寫的代碼甚至可以輕松地從入門級 IDE 移植到專業(yè)級工具，因此它們將與在生產(chǎn)硬件中實現(xiàn)的開發(fā)板中的相同設備無縫協(xié)作。因此，在 Microchip 生態(tài)系統(tǒng)中工作使開發(fā)人員只需編寫一次代碼，甚至可以輕松地在項目之間重用代碼。

簡化原型到生產(chǎn)

現(xiàn)代嵌入式電子產(chǎn)品，無論是用于消費、商業(yè)還是工業(yè)應用，都變得越來越復雜，用于原型設計和設計此類系統(tǒng)的工具也變得越來越復雜。隨著最新電子產(chǎn)品的復雜性和多樣性，開發(fā)概念驗證所需的學習曲線和設計資源已成比例地增加。

幸運的是，Microchip 開發(fā)了一個開發(fā)硬件和軟件的生態(tài)系統(tǒng)，不僅減輕了早期設計的負擔，還實現(xiàn)了向嵌入式電子產(chǎn)品生產(chǎn)的無縫過渡。

審核編輯：郭婷