嵌入式工程師應(yīng)該如何解決物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集需求？

最近物聯(lián)網(wǎng)（IoT）相關(guān)的文章充斥在許多電子工程雜志。眾所周知雖然物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)五花八門包羅萬象，但有些基礎(chǔ)的特性卻都是大同小異。舉例來說，不論該技術(shù)的應(yīng)用為何，可以肯定的是，需要持續(xù)存取不斷增加的大量數(shù)據(jù)，以利后續(xù)的分析、操作和比較。而大部分工作的完成，都是從數(shù)據(jù)的取得作為開始，以傳輸?shù)皆谱鳛榻Y(jié)束。

為了能夠與云連線操作，必須使用具備相應(yīng)界面的特定微控制器（MCU）作為橋接轉(zhuǎn)換-可以使用以太網(wǎng)絡(luò)處理有線連接，在無線方面，可以透過Wi- Fi、ZigBee或者藍(lán)牙協(xié)定。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用越來越多樣化，而且每種應(yīng)用都有其特定的操作門檻。因此，微控制器需要有更多的I / O擴(kuò)充功能。

圖1：工控系統(tǒng)采集傳感器陣列數(shù)據(jù)

圖1詳細(xì)描述一個(gè)簡(jiǎn)單案例，使用網(wǎng)頁服務(wù)器用來搜集傳感器陣列的數(shù)據(jù)。在這個(gè)應(yīng)用中利用開源的lwIP（輕量級(jí)TCP/IP協(xié)定）平臺(tái)提供網(wǎng)路連接所需的TCP / IP協(xié)定層。在微控制器執(zhí)行網(wǎng)頁服務(wù)器所提供的網(wǎng)頁代碼，透過此網(wǎng)頁，經(jīng)由適當(dāng)訓(xùn)練的操作員就可以查看和分析所有獲得的數(shù)據(jù)。按照應(yīng)用特性，有些數(shù)據(jù)可能需要即時(shí)的處理（例如:在工廠生產(chǎn)線的檢測(cè)系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)問題，需要馬上采取措施）。在這種情況，系統(tǒng)延遲可能會(huì)帶來重大的問題，如果沒有足夠的時(shí)間作出適當(dāng)對(duì)策，接下來就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果-例如昂貴的機(jī)械設(shè)備被損壞或者附近員工將處于危險(xiǎn)之中。

如前文所述，目前大多數(shù)微控制器的I / O資源都相對(duì)有限，并不能完全符合工程師的期望和需求。需要具備更強(qiáng)大的連接能力，在此同時(shí)也需要提升運(yùn)算效能。盡管很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用偏重在大量遠(yuǎn)距離傳感器的連接，因此專注在維持較低功耗與提供相對(duì)有限的資料傳輸。但除此之外，還有更多的案例需要使用高速資料傳輸和數(shù)據(jù)處理。例如:家庭自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)控、公共設(shè)施等。

目前市場(chǎng)上大多數(shù)微控制器的解決方案都偏重在使用軟件所支持的功能組合，與這些多數(shù)微控制器形成對(duì)比，Bridgetek的FT90X系列微控制器，則是使用硬件來執(zhí)行大部分功能。使用軟件支持的傳統(tǒng)微控制器平臺(tái)，無法因?yàn)椴僮餍阅艿膬?yōu)化而從中受益，也無法達(dá)到上述密集數(shù)據(jù)和低延遲的優(yōu)點(diǎn)。

內(nèi)置先進(jìn)的橋接技術(shù)，對(duì)于32位RISC微控制器是至關(guān)重要。因?yàn)槭褂眠@種技術(shù)的微控制器可以在高速I / O之間提供專用橋接，最適合設(shè)計(jì)用來讀取分散的硬件組件。微控制器內(nèi)部有著獨(dú)立的運(yùn)算處理單元和I / O單元接口，以確保指令可以正確地完成，而沒有任何延遲問題的產(chǎn)生。利用專有的FT32內(nèi)部核心，可以提供真正零等待的狀態(tài)下操作，在100MHz的頻率運(yùn)行時(shí)，可以達(dá)到310 DMIPS的性能。除了兼容10 Base-T（10Mbps）和100 Base-TX（100Mbps）的以太網(wǎng)絡(luò)連接之外，還支持CAN總線、I2C、USB和其他多種I / O。

回到前面例子（如圖1所示）MM900EVxA板（使用FT90X微控制器）可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁服務(wù)器的功能，并即時(shí)處理傳感器陣列所產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)。在硬件上，實(shí)現(xiàn)通用即插即用（UPnP）的功能，在Windows資源管理器屬于“網(wǎng)路”部分的“其他設(shè)備”與其他網(wǎng)路連接平臺(tái)類似。為了讓安裝更加快速和容易，相關(guān)網(wǎng)路的設(shè)置也可以儲(chǔ)存在MM900EVxA板上的非揮發(fā)性記憶體，資料會(huì)儲(chǔ)存在lwIP資料庫中。HTTPD應(yīng)用程序從虛擬文件系統(tǒng)讀取靜態(tài)和服務(wù)器的內(nèi)部文件。使用HTTPD應(yīng)用程序處理服務(wù)器的內(nèi)部文件，而增加的數(shù)據(jù)則透過應(yīng)用程序的回調(diào)函數(shù)(call-back function)來處理。