嵌入式工程师应该如何解决物联网数据采集需求？

最近物联网（IoT）相关的文章充斥在许多电子工程杂志。众所周知虽然物联网的服务五花八门包罗万象，但有些基础的特性却都是大同小异。举例来说，不论该技术的应用为何，可以肯定的是，需要持续存取不断增加的大量数据，以利后续的分析、操作和比较。而大部分工作的完成，都是从数据的取得作为开始，以传输到云作为结束。

为了能够与云连线操作，必须使用具备相应界面的特定微控制器（MCU）作为桥接转换- 可以使用以太网络处理有线连接，在无线方面，可以透过Wi- Fi、ZigBee或者蓝牙协定。随着物联网应用越来越多样化，而且每种应用都有其特定的操作门槛。因此，微控制器需要有更多的I / O扩充功能。

图1：工控系统采集传感器阵列数据

图1详细描述一个简单案例，使用网页服务器用来搜集传感器阵列的数据。在这个应用中利用开源的lwIP（轻量级TCP/IP协定）平台提供网路连接所需的TCP / IP协定层。在微控制器执行网页服务器所提供的网页代码，透过此网页，经由适当训练的操作员就可以查看和分析所有获得的数据。按照应用特性，有些数据可能需要即时的处理（例如 : 在工厂生产线的检测系统，如果发现问题，需要马上采取措施）。在这种情况，系统延迟可能会带来重大的问题，如果没有足够的时间作出适当对策，接下来就可能导致严重的后果 - 例如昂贵的机械设备被损坏或者附近员工将处于危险之中。

如前文所述，目前大多数微控制器的I / O资源都相对有限，并不能完全符合工程师的期望和需求。需要具备更强大的连接能力，在此同时也需要提升运算效能。尽管很多物联网应用偏重在大量远距离传感器的连接，因此专注在维持较低功耗与提供相对有限的资料传输。但除此之外，还有更多的案例需要使用高速资料传输和数据处理。例如 : 家庭自动化、工业监控、公共设施等。

目前市场上大多数微控制器的解决方案都偏重在使用软件所支持的功能组合，与这些多数微控制器形成对比，Bridgetek 的FT90X系列微控制器，则是使用硬件来执行大部分功能。使用软件支持的传统微控制器平台，无法因为操作性能的优化而从中受益，也无法达到上述密集数据和低延迟的优点。

内置先进的桥接技术，对于32位RISC 微控制器是至关重要。因为使用这种技术的微控制器可以在高速I / O之间提供专用桥接，最适合设计用来读取分散的硬件组件。微控制器内部有着独立的运算处理单元和I / O单元接口，以确保指令可以正确地完成，而没有任何延迟问题的产生。利用专有的FT32内部核心，可以提供真正零等待的状态下操作，在100MHz的频率运行时，可以达到310 DMIPS的性能。除了兼容10 Base-T（10Mbps）和100 Base-TX（100Mbps）的以太网络连接之外，还支持CAN总线、I2C、USB和其他多种I / O。

回到前面例子（如图1所示）MM900EVxA板（使用FT90X 微控制器）可以实现网页服务器的功能，并即时处理传感器阵列所产生的所有数据。在硬件上，实现通用即插即用（UPnP）的功能，在Windows资源管理器属于“网路”部分的“其他设备”与其他网路连接平台类似。为了让安装更加快速和容易，相关网路的设置也可以储存在MM900EVxA板上的非挥发性记忆体，资料会储存在lwIP资料库中。 HTTPD应用程序从虚拟文件系统读取静态和服务器的内部文件。使用HTTPD应用程序处理服务器的内部文件，而增加的数据则透过应用程序的回调函数 (call-back function)来处理。