工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)WiFi MCU選型時(shí)需要考慮的四大功能

在評(píng)估用于IIoT的Wi-Fi MCU時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮多種功能，例如ADC，接口，安全性和互操作性。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的發(fā)展，趨勢(shì)是在單個(gè)片上系統(tǒng)（SoC）中而不是在多個(gè)分立設(shè)備中執(zhí)行更多功能，因?yàn)槠浣Y(jié)果是材料清單更少，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)更小且占地面積更小。一個(gè)很好的例子是Wi-Fi微控制器（MCU），它將Wi-Fi與處理器和GPIO集成在一起，以滿(mǎn)足各種應(yīng)用程序的需求。Wi-Fi MCU要謹(jǐn)慎選擇，有多個(gè)因素需要考慮，理解它們很重要。

當(dāng)今市場(chǎng)上存在低成本的Wi-Fi選型，但通常會(huì)在外圍設(shè)備數(shù)量和整體性能方面做出犧牲。這意味著選擇最佳的Wi-Fi MCU具有挑戰(zhàn)性和風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)閱⒂肳i-Fi的MCU不僅必須具有強(qiáng)大的Wi-Fi連接性，而且還必須具有高性能的MCU功能。缺少其中之一都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)項(xiàng)目的延遲甚至失敗。

作為系統(tǒng)核心，MCU是啟用Wi-Fi設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，因此有必要在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)檢查其性能，避免頻繁更換設(shè)備帶來(lái)的重新設(shè)計(jì)所有軟件和電路。

不要忘記ADC

指定Wi-Fi MCU時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換是最容易被忽略的功能之一，盡管它是信號(hào)輸入之后信號(hào)鏈中的第一個(gè)處理組件。這意味著它的性能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，因此了解模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的關(guān)鍵指標(biāo)以及Wi-Fi MCU制造商應(yīng)如何解決這些問(wèn)題非常重要。

設(shè)計(jì)人員關(guān)注的首個(gè)規(guī)格之一是ADC的位數(shù)。這可能會(huì)造成混淆，因?yàn)樵趯?shí)踐中，實(shí)際的位數(shù)將低于datasheet規(guī)范，有時(shí)甚至?xí)蟠蠼档?。更重要的是?yīng)該關(guān)注ADC可用于執(zhí)行轉(zhuǎn)換的有效位數(shù)（ENOB）。這將始終低于數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格，但ENOB與數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格之間的匹配越接近越重要，因?yàn)檫@在ADC之間會(huì)有很大差異?？捎糜趫?zhí)行轉(zhuǎn)換的位數(shù)越少，SoC輸入信號(hào)的精度就越低。

此外，像所有電子設(shè)備一樣，ADC對(duì)信號(hào)還會(huì)造成一些負(fù)面影響，包括諸如量化和時(shí)序誤差以及失調(diào)、增益和線(xiàn)性度的誤差。ADC還因其對(duì)許多IIoT操作環(huán)境中常見(jiàn)的寬溫度波動(dòng)的敏感性而飽受影響（見(jiàn)圖1a和1b），因此與制造商聯(lián)系以確定設(shè)備的ENOB，溫度性能，線(xiàn)性度和精度非常重要。

圖1a和1b：低級(jí)ADC的精度和線(xiàn)性度很差，并且對(duì)環(huán)境和溫度敏感。

周邊支援

所有Wi-Fi MCU都至少支持一些接口標(biāo)準(zhǔn)，因此很容易就可以認(rèn)為它們已經(jīng)足夠了。當(dāng)工程師試圖在另一個(gè)設(shè)計(jì)中使用相同的Wi-Fi MCU時(shí)，工程師常常會(huì)后悔這個(gè)假設(shè)。在構(gòu)建或修改IIoT系統(tǒng)時(shí)，這種情況變得越來(lái)越普遍，因?yàn)榇蠖鄶?shù)器件都有由不同制造商在不同時(shí)間制造的。

隨著系統(tǒng)的發(fā)展，它可能會(huì)添加更多的接口，并且有時(shí)會(huì)需要支持觸摸感應(yīng)和LCD等功能。如果SoC具有備用GPIO，則可以用很少或沒(méi)有引腳共享來(lái)控制更多的繼電器，開(kāi)關(guān)和其他組件。因此，設(shè)備支持的接口應(yīng)包括以太網(wǎng)MAC，USB，CAN，CAN-FD，SPI，I2C，SQI，UART和JTAG（以及可能的觸摸和顯示等），以確保幾乎每種情況都可以適應(yīng)現(xiàn)在和將來(lái)。

安全始于內(nèi)部

安全性對(duì)于每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都是必不可少的，但是工業(yè)場(chǎng)景對(duì)于任務(wù)至關(guān)重要。一旦危險(xiǎn)進(jìn)入IIoT網(wǎng)絡(luò)，它就可以遍及整個(gè)機(jī)構(gòu)甚至整個(gè)公司。所需的安全性的第一級(jí)是在MCU的集成加密引擎中，在加密引擎中，加密和身份驗(yàn)證可以順序執(zhí)行或并行執(zhí)行。密碼應(yīng)支持256位的AES加密，DES和三重DES，身份驗(yàn)證應(yīng)包括SHA-1，SHA-256和MD-5。

設(shè)計(jì)中最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一人們正在為其云服務(wù)供應(yīng)他們的產(chǎn)品。每個(gè)云服務(wù)提供商都有其自己的證書(shū)和密鑰，因此配置設(shè)備變得復(fù)雜，需要有關(guān)加密的大量知識(shí)。

幸運(yùn)的是，包括Microchip在內(nèi)的一些制造商使此過(guò)程變得簡(jiǎn)單，從而節(jié)省了大量時(shí)間和金錢(qián)。重要的是要注意，大多數(shù)Wi-Fi MCU將密碼憑據(jù)存儲(chǔ)在閃存中，在那里數(shù)據(jù)可以訪問(wèn)并且容易受到軟件和物理攻擊。通過(guò)將此信息存儲(chǔ)在硬編碼的安全部分可獲得最高的安全性，因?yàn)閮?nèi)部數(shù)據(jù)無(wú)法靠任何外部軟件讀取。例如，Microchip的Wi-Fi MCU（例如WFI32）（參見(jiàn)圖2）在公司的Trust＆GO平臺(tái)中采用了這種方法，以安全地配置其MCU連接到AWS IoT，Google Cloud，Microsoft Azure和第三方TLS網(wǎng)絡(luò)。

該方法所導(dǎo)致的時(shí)間減少和混亂不容小覷。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以節(jié)省數(shù)周甚至更多的時(shí)間，同時(shí)可以確保采用可靠且可驗(yàn)證的方法來(lái)滿(mǎn)足所有安全性和備份要求。

圖2：WFI32 Wi-Fi模塊通過(guò)將密碼憑據(jù)存儲(chǔ)在硬件中來(lái)隔離憑據(jù)，從而使它們幾乎不受黑客攻擊。

預(yù)先配置或自定義的安全元素存儲(chǔ)在設(shè)備制造時(shí)在設(shè)備的硬件安全模塊（HSM）內(nèi)部生成的憑據(jù)，從而使它們?cè)谏a(chǎn)期間和生產(chǎn)后均不會(huì)暴露。Trust＆Go平臺(tái)只需要廉價(jià)的Microchip開(kāi)發(fā)套件，設(shè)計(jì)人員就可以使用教程和代碼示例在隨附的設(shè)計(jì)套件中創(chuàng)建所需的清單文件。一旦安全元素的C代碼在應(yīng)用程序中運(yùn)行，就可以將設(shè)計(jì)發(fā)送到生產(chǎn)環(huán)境。

所需安全性的另一種形式是由Wi-Fi聯(lián)盟認(rèn)證的最新Wi-Fi安全性。最新版本是WPA3，該版本建立在其前身WPA2的基礎(chǔ)上，但增加了一些功能以簡(jiǎn)化Wi-Fi安全性。它還可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的身份驗(yàn)證，增強(qiáng)的加密強(qiáng)度并保持網(wǎng)絡(luò)彈性。

所有新設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)WPA3認(rèn)證，才能使用Wi-Fi Alliance徽標(biāo)，因此，每個(gè)Wi-Fi芯片和Wi-Fi MCU都應(yīng)經(jīng)過(guò)認(rèn)證，以提供最高的安全性。因此，請(qǐng)?zhí)崆皺z查以確保Wi-Fi MCU通過(guò)了WPA3認(rèn)證。

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