嵌入式系统原型设计

嵌入式系统原型设计的未来

尽管一些行业年复一年地经历了嵌入式系统复杂性的不断增加，但未来几年不太可能有任何行业能够摆脱它。一些新兴趋势促成了这一点，主要是对互联网连接或网络传感器、控制器和执行器以及物联网 （IoT） 的推动。这种转变也转向电气化系统，并为以前的机械或模拟电气系统增加“智能”。因此，设计人员和开发人员在进行嵌入式系统设计时需要考虑的因素越来越多。

这些趋势在可再生能源、汽车、工业和射频/微波通信行业中很明显，在短短几年内，传统的模拟嵌入式电子控制系统主要被微控制器（MCU）、微处理器（MPU）、数字信号控制器（DSC）和大量数字驱动外设所取代。

嵌入式系统的复杂性和数量不断增加，为敏捷且技能娴熟的组织创造了机会和新市场，以便在这些机会出现时快速响应。然而，响应市场的任务已成为一项更大的挑战，这不仅是因为现代嵌入式系统的普遍复杂性，而且现在还由于消费者需求的快速变化，从而减少了理想的市场窗口。这在几乎每个行业的原始电子制造商（OEM）中引起了争论。无论是购买商用现货 （COTS） 解决方案、从头开始开发产品，还是修改 COTS 以适应所需的规格，可能的解决方案的数量只会使情况变得更加复杂。

无论采用哪种方法，在为新的嵌入式设计选择MCU、MPU或DSC时，有几个主要考虑因素。这包括开发板的选择、补充应用程序并与开发板兼容的模块、早期开发软件和资源、原型/概念验证系统安全性和最终产品安全性之间的差异，以及从原型到生产的过渡。Microchip设计人员认识到这些挑战，实施了开发硬件，软件和资源的生态系统，以帮助设计人员和开发人员进行这些考虑和过渡。

本文旨在讨论与为嵌入式设计选择MCU、MPU或DSC相关的早期设计阶段考虑因素，以及Microchip的硬件和软件工具生态系统如何在整个早期设计过程中为设计人员和开发人员提供支持，然后过渡到生产。本文还介绍了最新物联网应用的不同嵌入式设计注意事项。

开发板和 MCU、MPU 和 DSC 选项

开发板是概念验证和原型设计阶段的关键资源，使设计团队能够更轻松地适应新 MCU、MPU 或 DSC 的学习曲线。一个好的开发板通常包括访问器件的所有引脚、外设功能、外部模块以及允许轻松编程和调试的接口。理想情况下，几个LS开发板可用于给定的器件系列，因此根据设计人员的需求、熟悉程度和技能水平，将有一个“最合适”的选项。对于不确定他们需要的确切器件的设计人员来说，另一个有价值的特性是能够交换器件的开发板，以便可以使用用于比较和开发的通用平台。

Microchip提供多种开发板系列，旨在使早期开发更容易获得。许多Microchip开发板选项通常专用于特定的处理器系列或具有可交换的处理器基础设施，并且大多数包括扩展选项以添加常用功能。这些板采用高效紧凑的设计，并与Microchip广泛的软件开发工具和资源生态系统兼容。

模块 在嵌入式系统原型设计已经很繁忙的任务之上，必须设计、构建和测试外部传感器、执行器、控制、通信和用户界面模块

通常本身就是一项壮举。具有内置外部模块接口的开发板支持各种功能，可以显著缩短开发时间，评估模块上安装的组件，并允许进行创造性实验。

一个由许多Microchip开发板支持的优秀模块系统是MikroElektronika Click板。mikroBUS 模块系统具有出色的可扩展性和可访问性，有数百个模块支持广泛的传感、控制、驱动、通信和接口。此外，点击板可以以相当即插即用的风格进行交换，这使得点击板和功能之间的切换变得简单。Click 板模块的几个示例包括显示器、电机控制器、存储、人机接口、传感器、无线通信硬件等。

其他Microchip开发板也可以通过扩展套件（如Xplained PRO扩展套件和附加板）进行高度扩展。此类扩展套件具有无线电收发器、Wi-Fi® 控制器、ZigBit 模块、加密身份验证™设备、以太网网络、SD 卡接口、触摸/图形显示器等。

安全性

在漏洞利用和黑客攻击的时代，设计和开发嵌入式设备对于许多组织来说是一项艰巨的任务。由于嵌入式设备（如采购、硬件、固件、软件、内存/存储、连接和云网络）具有如此多的安全级别，因此设计人员和开发人员在内部处理安全性的各个方面都具有挑战性。此外，测试和确保嵌入式设备各个方面都是安全的基础设施超出了许多组织的范围。

Microchip从多个角度加强了安全性。他们提供与其开发板配合使用的加密身份验证模块，使开发安全功能更快、更容易，以及开箱即用的安全设备解决方案。例如，Microchip的零接触配置（ZTP）加密身份验证设备消除采购、硬件、连接和云安全问题，无需 OEM 修改或重新编程设备 。

ZTP 系统与用于 AWS IoT 应用程序的 ATECC508AMAHAW 设备一样，使用防篡改安全技术来保护存储和集成的椭圆曲线加密 （ECC） 硬件加速器。它还利用 AWS IoT 服务的即时注册功能以及用于批量证书上传的强制性 TLS 1.2/相互身份验证，Microchip 的安全设施可以在运送设备之前处理预置。预配置的安全/身份验证以及集成的加密硬件使开发人员能够自信地采购安全硬件，而不会因采购问题而暴露泄漏。或者，如果任何设备被恶意获取和逆向工程。

由于安全物联网设备的原型设计通常具有挑战性，Microchip还提供与Google Cloud IoT Core平台安全集成的安全物联网开发板。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160） 和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允许开发人员在 60 秒内获得开箱即用的云连接，从而提供基于硬件的安全私钥存储。此外，物联网开发板具有完全认证的Wi-Fi和CryptoAuthentication安全元件，可快速开发安全无线解决方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件可处理每个器件的身份验证并提供 ZTP 功能。

软件 随着嵌入式系统硬件、工具、软件、技术和方法的变化速度，即使是经验丰富的开发团队在使用新的嵌入式设备时也可能会经历学习曲线。对于未配备面向特定设备的工具和资源的通用集成开发环境尤其如此。另一方面，由于接口和加载嵌入式设备库的不熟悉方面，供应商软件也可能是一个适应环境的挑战。此外，一些供应商软件专为专家用户设计，对于入门级开发人员，甚至是经验丰富的开发人员来说，如果不学习新平台，就会令人生畏。

Microchip拥有专业开发的硬件、软件和资源生态系统，通过提供各种IDE、易于整合的软件库以及丰富的参考设计和随附的示例代码，更好地为各种技能和熟悉程度的开发人员提供便利。

此外，Microchip的许多设备都支持免费提供的示例代码，可通过IDE访问，包括IDE中的工具，这些工具有助于简化特定于设备的功能和特性的开发。

过渡到生产

在开发的概念验证和原型设计阶段之后，通常在开发阶段期间，设计师和开发人员需要开始生产和软件设计。在这个过渡过程中，许多设计师和开发人员必须从头开始，因为他们可能只是松散地选择了原型系统。表示可在生产中使用的内容。

Microchip硬件和IDE的情况并非如此。由于在原型设计期间编写的代码甚至可以从入门级 IDE 轻松移植到专业级工具，因此它们将与生产硬件中实现的开发板中的相同设备无缝协作。因此，在Microchip生态系统中工作使开发人员能够编写一次代码，甚至可以轻松地在项目之间重用代码。

简化原型设计到生产

现代嵌入式电子产品，无论是用于消费、商业还是工业应用，都变得越来越复杂，用于原型设计和设计此类系统的工具也变得越来越复杂。开发概念验证所需的学习曲线和设计资源随着最新电子产品的复杂性和多样性而变得成比例。

审核编辑：郭婷