通过云身份验证和多种通信功能满足现代连接要求

　　在现代电子学的格局中，万物互联。这包括内部连接的MCU、传感器、控制器和外围设备，以及与无线通信和云服务的外部连接。对于嵌入式系统的设计者和开发人员来说，连接性和通信标准和技术的多样性往往令人费解。随着对嵌入式安全性的日益重视，现在外部和内部通信增加了另一层复杂性，在物联网（IoT）或无线传感器应用中没有分配任何额外的功率。

　　这个通用连接的新时代产生了对简单安全解决方案的需求，以在各种嵌入式应用程序中连接到云。本文旨在交流使用嵌入式连接和通信技术的嵌入式设计人员所面临的最新考虑因素和挑战，特别是由数字信号控制器 （DSC）、微控制器 （MCU） 和微处理器 （MPU） 驱动的设计人员。此外，本文还将介绍Microchip的硬件解决方案、软件工具/资源以及新的支持云的开发板和器件如何通过有竞争力的功能和可靠的安全技术帮助设计人员和开发人员实现不断缩短的产品开发周期目标。

　　新兴互联应用与新的设计挑战

　　一起成长 对于嵌入式应用，内部连接和外部通信经过设计和优化，以促进系统组件、设备、网络基础设施、处理单元和存储单元之间的数据和信号交换。因此，对连接或通信功能的要求由它们所服务的应用程序决定。主要应用是将本地和基于云的智能可靠地连接到分布式传感器、执行器和控制器，具有低延迟和高功率效率，在小型、可升级的组件中确保安全性，同时易于集成和开发，适用于广泛的应用。新兴的联网汽车、人工智能、智能传感器、智能边缘/智能网格和新的数据经济是影响捕获和通信数据类型和数量的主要因素。由于有无数的要求，还需要有多种连接和通信选项可供选择，以满足这些不同的应用。

　　对于大多数DSC、MCU和MPU来说，这并不总是一个简单或直接的目标，这些目标通常在集成连接和通信外设方面受到限制。此外，添加外部外设通常会增加BOM的复杂性，导致更大的系统尺寸，需要更复杂，有时甚至是高速的数据线以及PCB层和布局，降低电源效率，使系统更容易受到干扰，甚至可能引入安全漏洞。

　　另一个注意事项是，常见的连接和通信接口（如USB和以太网）通常很难实现为外部外设且成本高昂。实现USB和其他高速数据连接和通信技术所需的额外时序，RAM和其他支持硬件也往往会增加复杂性。物联网和汽车电子的成本。除了这些其他挑战之外，确保嵌入式设备和云服务之间的安全连接的过程有时模糊且通常很艰苦。

　　具有多种集成外设和设计功能的现代化 DSC/MCU/MPU，以应对互联世界

　　降低 BOM 成本/复杂性、PCB 布线复杂性、占位面积、功耗和设计时间的一种方法是利用具有集成外设和功能的 DSC、MCU 和 MPU，无需额外的外部组件和连接。在前几年，只有有限的器件选择，集成外设数量有限，设计人员/开发人员需要对设计所需的每个附加外设进行原型设计和测试。这需要在相对较少的串行接口、UART和GPIO引脚之间平衡通信，这些引脚不一定能够达到汽车等关键应用所需的速度和可靠性。

　　现在有嵌入式设备集成了各种外设，并包括许多功能，有助于降低设计和开发复杂性，同时提高电源效率和其他性能方面。如果外设是独立于内核的外设（CIP），则可以增加外设的这种集成，它们可以在不增加CPU负担甚至唤醒CPU的情况下完成操作，并降低整体功耗。这些集成外设的关键是连接和通信接口以及嵌入式设备支持的协议。例如，USB是许多嵌入式应用必须克服的常见障碍。由于USB接口的时序要求非常严格，因此需要板载晶体振荡器和相关电路来保持定时精度。Microchip通过提供各种带有集成USB接口的MCU（8/16/32位MCU）和16位DSC，解决了这一挑战，其中一些能够足够精确地定时，无需外部晶体振荡器，并且具有USB OTG功能。

　　许多Microchip的USB MCU/DSC还增加了许多额外的连接和通信外设，包括通用电机控制和汽车协议。这包括几个16位DSC和32位MCU系列，这些系列具有集成的CAN，CAN FD，SENT，LIN，AUTOSTAR甚至支持CAN和DALI和DMX等照明协议的8位MCU。支持汽车和工业协议的MCU和DSC还具有符合标准的功能安全特性，易于合规和高温操作，使其能够在安全关键型工业和汽车应用中使用。

　　一些通信协议，特别是在汽车应用（如AUTOSAR）中，往往需要大量的闪存和RAM。因此，Microchip支持这些协议的解决方案还具有必要的集成存储和存储器，以支持这些协议等。其他兼容的协议和接口包括TCP/IP、UARTS、I2C、SPI等。TCP/IP协议相当复杂，Microchip为每个兼容的MCU提供了交钥匙TCP/IP库。

　　除了有线连接之外，下一代通信设备越来越多地转向无线连接，无论是连接到互联网/云，主机/控制器之间还是通过直接通信或网状网络相互连接。嵌入式设备最常见的无线通信技术包括Wi-Fi®，蓝牙®，IEEE 802.15.4（zigbee®）和LoRa，以及其他各种ISM频段和未经许可的RF通信。

　　由于大多数嵌入式开发人员都不是RF工程师，因此外部无线模块是实现无线通信的最常见方式。Microchip提供各种无线模块，以及具有内置光栅无线通信功能的空间、时间和成本节省的MCU。这些集成解决方案包括完整的 Wi-Fi 模块、蓝牙 MCU、IEEE 802.15.4 MCU、LoRa MCU 以及各种免许可和 ISM 频段集成 MCU。利用这些高度集成的无线通信MCU有助于节省功耗，降低设计复杂性并加快上市时间，这在竞争激烈且快节奏的物联网和智能家居市场中至关重要。

　　云合作伙伴关系加快上市时间并简化安全性

　　云服务可以极大地增强物联网或智能家居设备的功能和价值。例如，云服务可以使用机器智能、用户自定义/控制、无线 （OTA） 更新、通知、实时分析等实现增强功能。然而，整合支持这些功能的通信硬件和网络功能也为恶意篡改甚至信息窃取开辟了无数的途径。保护无线和有线嵌入式设备已成为OEM的主要关注点，因为客户越来越需要更好的安全性来保护其个人数据并确保其物联网设备可靠运行。

　　考虑到这一点，Microchip工程师与几家领先的云服务合作，提供物联网模块和嵌入式设备，以简化物联网安全性并缩短当前一代和下一代物联网设备的上市时间。特别是，这包括物联网开发板、套件和与谷歌的物联网核心、亚马逊网络服务、微软Azure和物联网行业加入服务器进行LoRa身份验证的设备。以上内容包括用于快速开发的 Microsoft 认证的 Azure IoT 初学者工具包，以及支持设备标识符组合引擎 （DICE） 和 Azure IoT Hub 设备预配服务 （DPS） 的 IoT 开发工具包。

　　AVR-IoT WG 和 PIC-IoT WG 开发板是使用 Google IoT Core 开发应用程序的快速入门方法，并集成了 8 位 ATmega4808 或 PIC24FJ128GA705 MCU、完全认证的 ATWINC1510 Wi-Fi 网络控制器和 ATECC608A CryptoAuthentication™ 安全元件 IC。以上组合形成一个不需要额外硬件进行编程和调试的电路板，预加载的固件映像可实现即时设置和与 Google Cloud IoT 平台的通信。两款支持 Wi-Fi 的开发板都与 MPLAB® X IDE 兼容，并且可以轻松编程。h 免费提供的 Atmel Start 和 MPLAB 代码配置器 （MCC）。此外，ATECC608A 加密认证 IC 可与其他设计集成，并提供与 AVR-IoT 和 PIC-IoT 开发板相同的安全服务，这使其成为探索 Google IoT Core 应用和原型设计的绝佳工具。

　　此外，ATECC608A IC 还与 Amazon AWS IoT Core 兼容，可用于为 AWS IoT 设备启用零接触预置 （ZTP）。ZTP 意味着 IoT 设备可以在 Microchip 的安全设施中预先预置 AWS 云服务，并且不会向外部暴露任何安全密钥。借助 ZTP，OEM 也不必为配置设备构建安全的基础架构，从而在部署物联网设备和服务时节省时间和金钱。此外，AWS 还提供 IoT Greengrass 硬件安全集成作为 IoT Greengrass Core 软件的一部分，该软件可用作与微处理器无关的安全解决方案，为任何基于 Linux® 的 IoT 产品提供真正的硬件安全密钥存储。还有一个用于AWS IoT的ZTP套件版本，或者一个插座的AT88CKSCKTUDFN-XPRO附加板可以与其他Microchip开发板一起使用，以实现物联网服务的快速原型设计和测试。

　　结论

　　在物联网、智能家居和互联汽车电子的多路复用世界中，明显缺乏简单的解决方案。这些不断增长的市场的多样性、竞争性和可变性几乎保证了在为这些市场构建解决方案时的高度复杂性，以及大量的设计和开发负担。给这些解决方案带来一些最重大挑战的一个领域是连接和通信功能。具有集成连接接口和通信模块的Microchip DSC、MCU和MPU（包括新的物联网云就绪解决方案）在缓解设计人员和开发人员面临的挑战方面大有帮助，这些解决方案具有高能效、可靠、安全的特点，并且可以及时投放市场，从而实现可行性和盈利。

　　审核编辑：郭婷