將Wi-Fi集成到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中面臨哪些挑戰(zhàn)

Other Parts Discussed in Post:CC3200, CC3200MOD

將Wi-Fi?集成到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中面臨哪些挑戰(zhàn)？

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)正在重新定義我們?nèi)绾慰创裏o線網(wǎng)絡(luò)。作為每個家庭和辦公室連接的基石，Wi-Fi?技術(shù)不斷成熟；但將其設(shè)計(jì)到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中仍然可能存在一些挑戰(zhàn)。

IoT設(shè)備通常由電池操作，這需要其部件具有小的形狀因數(shù)、低成本和低功耗。由于這些限制，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員通常尋找的平臺具有簡單軟件架構(gòu)、簡易射頻硬件和易推出的不具有高認(rèn)證、合規(guī)性或測試成本的產(chǎn)品。衡量這些需求時，很容易理解為什么Wi-Fi并不總是大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的首選連接。

由于這些限制，Wi-Fi技術(shù)必須具有以下屬性才能考慮用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)：

簡單的軟件架構(gòu)

簡易射頻硬件

占地面積小

低功耗

全球認(rèn)證

系統(tǒng)成本低

這對于設(shè)計(jì)師有何益處？

不需要：

專家Wi-Fi軟件棧工程師

射頻硬件設(shè)計(jì)師

天線設(shè)計(jì)師

降低認(rèn)證、合規(guī)性和測試成本

啟用口袋型Wi-Fi體驗(yàn)

在兩節(jié)AA電池上提供超過一年的電池壽命

將Wi-Fi模塊的成本降至10美元以下

阻止Wi-Fi設(shè)計(jì)的因素有哪些？

通常來講，Wi-Fi解決方案在主機(jī)到收發(fā)器架構(gòu)中使用兩個芯片，在兩個組件上運(yùn)行拆分堆棧軟件。Wi-Fi收發(fā)器操作較低的堆棧至MAC層，而上層堆棧（TCP / IP，安全和應(yīng)用協(xié)議）駐留在主機(jī)處理器上。該主機(jī)通常是ARM?Cortex?-A系列微控制器（MCU），在諸如Linux?或Android?的操作系統(tǒng)上以300MHz - 1GHz時鐘速度工作。

這種遺留設(shè)計(jì)對許多軟件工程師來說是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄冎铝τ诮鉀Q堆疊兼容性、電源管理和版本控制問題，這對來自不同供應(yīng)商的Wi-Fi收發(fā)器和MCU時尤其普遍。軟件團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該記住，首先選擇所需的MCU將顯著限制兼容Wi-Fi收發(fā)器的可用選項(xiàng)；且無法找到合適的上層堆棧迫使團(tuán)隊(duì)花費(fèi)數(shù)周將堆棧移植到選定的MCU上，接下來是持續(xù)數(shù)月的測試和認(rèn)證。

雙芯片架構(gòu)對于需要低功耗模式且啟用Wi-Fi的應(yīng)用也構(gòu)成了問題。雖然低速Wi-Fi堆棧通常以小于40 MIPS（每秒百萬條指令）的速度操作，但主機(jī)MCU被強(qiáng)制保持活動而非休眠狀態(tài)。結(jié)果，產(chǎn)品用電池電源操作變得不切實(shí)際。

Internet-on-a-chip?集成電路

進(jìn)入SimpleLink?Wi-Fi?CC3200無線MCU。隨著時間推移，主機(jī)到收發(fā)器、拆分堆棧架構(gòu)已重組成一個單一的集成設(shè)計(jì)，現(xiàn)在依靠設(shè)備的專用網(wǎng)絡(luò)處理器工作。這種統(tǒng)一棧以庫的形式提供，且使得具有較少Wi-Fi堆棧專業(yè)知識的工程師能夠通過高級API快速開發(fā)應(yīng)用程序?qū)哟a，并利用Wi-Fi功能。

進(jìn)一步分析該結(jié)構(gòu)，該MCU的單芯片設(shè)計(jì)包括兩個片上MCU，一個可編程的應(yīng)用專用型80MHz ARM Cortex-M4內(nèi)核（256KB RAM），具有許多不同的外設(shè)接口；另一個為專用于管理Wi-Fi和互聯(lián)網(wǎng)連接的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和網(wǎng)絡(luò)處理器。這種配置釋放了核心，以操作最終用戶的應(yīng)用，而網(wǎng)絡(luò)處理器獨(dú)立地操作集成的Wi-Fi棧。通過此架構(gòu)，芯片能夠與各種傳感器、執(zhí)行器和其它數(shù)字系統(tǒng)直接連接。

使用這種方法還可簡化版本控制，不再需要上層和下層棧之間的互操作性控制。例如，主機(jī)MCU上的操作系統(tǒng)（OS）版本更改對設(shè)備的獨(dú)立版本和操作沒有影響，即使MCU是同一芯片的一部分也是如此。

這種單芯片解決方案既提供了易于集成的四方扁平無引線封裝集成電路，又提供了完全認(rèn)證的即插即用模塊。SimpleLink Wi-Fi CC3200MOD模塊（在下面的黃色框中突出顯示）是業(yè)界首個可編程的FCC、IC、CE、TELEC和Wi-Fi認(rèn)證模塊。開箱即用，該組件通過消除昂貴和冗長的認(rèn)證過程，節(jié)省了系統(tǒng)成本并加快了上市時間。

這款20.5mm x 17.5mm模塊的核心基于CC3200R1M2，包括所有必要的時鐘、閃存和無源器件，可在單個封裝中提供完整解決方案。

通過顯著降低終端應(yīng)用的功耗要求，片上互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)使得Wi-Fi集成成為無數(shù)終端設(shè)備的必然選擇。請繼續(xù)關(guān)注下一期文章，屆時我們將詳細(xì)介紹幾個用例，將此解決方案納入您的設(shè)計(jì)；并查看這些鏈接，以了解有關(guān)SimpleLink Wi-Fi系列和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能耗的更多信息。

審核編輯：何安淇