將要采取哪些策略降低物聯(lián)網(wǎng)跨平臺設(shè)計的復雜性

每個工程項目在開發(fā)實作的過程中可能會受到諸多因素的制約，其中最主要的三大因素是效能、功耗和價格，人們通常需要對這些因素做出權(quán)衡和折衷。以這三個因素為頂點構(gòu)成三角形，每個項目都有其「側(cè)重點」，但根據(jù)產(chǎn)品、市場和時間會有不同的相對權(quán)重。

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）相關(guān)應(yīng)用的潛在成長為供貨商及其設(shè)計團隊提供了新的機會，但也進一步擴大軟硬件工程方面的挑戰(zhàn)。硬件和軟件密切相關(guān)，共同組成了平臺，需要采取多種策略來最大程度地降低跨平臺設(shè)計的復雜性。這些策略包括：

1限制傳感器和變頻器輸入/輸出

首先決定您的輸入/輸出需求是否采用固定或有限的數(shù)量和類型，或者是否需要擴展數(shù)量和提高類型的靈活性。這一決定會影響您對微控制器（MCU）和外部接口設(shè)備的選擇。如果輸入/輸出不僅包含簡單的低壓數(shù)字點，還包括溫度傳感器、馬達、甚至串行和并行格式的通訊線路，這一點就尤為關(guān)鍵。

2使用外部認證射頻模塊

很多情況下，獨立于核心應(yīng)用處理器的模塊都具有重要意義。雖然高度整合的單芯片解決方案在電路板空間、功率和成本方面頗具吸引力，但倘若無線通信協(xié)議（protocol）、要求范圍、甚至法規(guī)要求有任何的變化或擴展，都需要對設(shè)計進行重大改變，或者需要采用新的MCU和射頻鏈路相關(guān)韌體。即便編碼部分很簡單（可能性不大），但MCU可能無法滿足新的要求，而且需要升級，因此增加了開發(fā)時間和風險。

3以功率換取效能

弄清楚選擇的MCU在功率與效能矩陣中的正確位置。當您沿著所需效能的曲線往上移，將會遇到閾值點，因此不得不使用體積和功耗更大的MCU。當您沿著曲線下移時，所需資源減少，則可考慮使用體積小、功率低、價格便宜的MCU。

請確保所選的特定MCU支持各種復雜的速度、功能和功率模式，這樣才能優(yōu)化操作順序，最大程度降低總能耗，應(yīng)對需要大功耗的操作。

4簡化安全性

一些處理器具有專用的硬件嵌入特性，提供自動安全功能，并且不依賴任何應(yīng)用軟件，甚至所選的實時操作系統(tǒng)（RTOS）。這種方式可能會簡化您所面對的安全挑戰(zhàn)。如果您選的所有MCU都具有相同的嵌入式安全功能就更好了，因為無論選擇哪一種處理器，都可以跨越物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)中的這個重要部分。

5系統(tǒng)標準化

隨著對大小/效能要求的變化，需要對低功耗8/16位MCU進行標準化，然后采用不同的內(nèi)存大?。ㄆ蟽?nèi)存或外部內(nèi)存）；也可采用一個較大的32位MCU，雖然在低階應(yīng)用時會浪費一些容量，但具有代碼和驅(qū)動器一致的優(yōu)勢，同時還能簡化物料清單（BOM）和測試過程。

6操作系統(tǒng)選擇

在某些情況下，一臺簡單、低成本的單線程操作系統(tǒng)便已足夠，但也有很多項目需要采用實時操作系統(tǒng)。無論采用哪一種操作系統(tǒng)，都需要對小型、中型和大型操作系統(tǒng)版本的可擴展性和可用性做出評估。必須了解清楚最小版本的大小及其相應(yīng)的功能——您肯定不希望當項目完成80%時，在操作系統(tǒng)的能力「遇到瓶頸」。

7硬件升級VS軟件升級

在軟件資源曲線上的一些關(guān)鍵點需要完成一些額外任務(wù)（開發(fā)時間，處理器資源），此時您必須做出以下選擇，要么增加周邊IC來為滿載運作的MCU進行分流；要不選擇一臺指令周期更快的MCU。決策時，要分析何時需要一臺功能更強大的MCU說明您將硬件任務(wù)交回軟件，從而減少組件成本、電路板尺寸和功耗（原則上），但為此您可能要延長開發(fā)和除錯（debug）時間。

8謹慎選擇通訊協(xié)議

使用「較輕的」物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化通訊協(xié)議，而不要選擇基于客戶端/服務(wù)器HTTP的因特網(wǎng)瀏覽器模型，這樣可以將堆棧和處理要求減少二倍或以上，便于應(yīng)對多臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其接口設(shè)備。隨著市場要求日趨嚴苛，還需考慮當連接要求（通訊協(xié)議、速度和完整性）提高時會發(fā)生什么情況。

9在設(shè)計時間盡早制定測試計劃

這一點非常重要而且復雜，特別是當設(shè)計中包含無線應(yīng)用時。如何非正式、然后正式地驗證最終產(chǎn)品是否符合市場、技術(shù)、行業(yè)標準和法規(guī)要求，會產(chǎn)品影響「調(diào)整修復」周期和上市時間。如果要在產(chǎn)品中增加針對不同應(yīng)用的功能，就需對原型測試程序或生產(chǎn)測試設(shè)置做出改變，這會增加工作量，同時增添不確定性和風險。采用經(jīng)過許可的預(yù)認證（precerTIfied）軟硬件模塊，可確保最終設(shè)計在許多方面的一致性和順應(yīng)性，但不是全部。如果有關(guān)設(shè)計和驗證的任何高階監(jiān)管準則（如關(guān)于醫(yī)療產(chǎn)品可靠性的準則）影響到軟件，都應(yīng)該明了于心。如果這些準則不適用于所有產(chǎn)品，要清楚它們適用哪些產(chǎn)品。

10安全問題是重中之重

所采用的軟件技術(shù)和策略應(yīng)能跨產(chǎn)品滿足應(yīng)用要求，并與物聯(lián)網(wǎng)用戶接口（如果有的話）匹配，例如防火墻、身份驗證和密碼。

從分級列表中找出所需的安全資源，包括安全啟動、身份驗證、安全通訊、防火墻、篡改檢測、事件報告、遠程命令審查和策略管理，根據(jù)所擁有的軟件資源，確保每一項的實際執(zhí)行正確且可行。評估要提高各種產(chǎn)品的安全性是否必須采用更大或更快的MCU，制定計劃驗證實施的安全步驟是否可靠。

結(jié)論

隨著新產(chǎn)品或附加產(chǎn)品的開發(fā)，「甜蜜點（sweet point）」無疑也需要相應(yīng)地進行改變，以滿足不斷變化的要求，同時避免過度妥協(xié)。設(shè)計人員應(yīng)縱觀當前及未來的產(chǎn)品，選擇適合的平臺，盡量減少返工并提高重復利用率，確保上述變化不會對成本、進度或工作負荷造成不必要的影響。