【導讀】工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢是在一個(gè)SoC而非多個(gè)離散器件中執行更多功能，以精簡(jiǎn)物料清單、降低設計風(fēng)險、減少占用空間。Wi-Fi? MCU即是一個(gè)典型，它將Wi-Fi連接與處理器及所需GPIO集成在一起，以滿(mǎn)足多種應用的需求。在指定其中一個(gè)器件時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，并需審慎進(jìn)行選擇，因此務(wù)必對這些器件有所了解。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢是在一個(gè)SoC而非多個(gè)離散器件中執行更多功能，以精簡(jiǎn)物料清單、降低設計風(fēng)險、減少占用空間。Wi-Fi? MCU即是一個(gè)典型，它將Wi-Fi連接與處理器及所需GPIO集成在一起，以滿(mǎn)足多種應用的需求。在指定其中一個(gè)器件時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，并需審慎進(jìn)行選擇，因此務(wù)必對這些器件有所了解。

當今市場(chǎng)上存在低成本的Wi-Fi連接方案，但通常會(huì )以外設數量和整體性能為代價(jià)。這意味著(zhù)選擇最佳Wi-Fi MCU充滿(mǎn)挑戰和風(fēng)險，因為Wi-Fi MCU必須兼具穩健的Wi-Fi連接和高性能MCU功能，二者缺一不可，否則會(huì )導致整個(gè)設計項目延遲甚至失敗。MCU是系統的核心，是Wi-Fi MCU中最關(guān)鍵的部分，因此需要在項目伊始對其性能進(jìn)行檢查，否則可能在后期發(fā)生需要更換器件的情況，通常需要重新設計所有軟件及配置配套電路。

ADC不容忽視

指定Wi-Fi MCU時(shí)，模數轉換是最易忽視的功能之一，盡管它是信號鏈中模擬輸入之后的第一個(gè)處理元件。這意味著(zhù)它的性能將影響整個(gè)系統，因此務(wù)必掌握有關(guān)模數轉換器（ADC）的關(guān)鍵指標以及Wi-Fi MCU制造商為達成指標所應采用的方式。

設計人員關(guān)注的首要規范之一是ADC的位數。這會(huì )讓人感到困惑，因為，事實(shí)上，實(shí)際位數將少于（甚至遠低于）數據手冊規范。ADC可用于執行轉換的有效位數（ENOB）更為重要，ENOB始終小于數據手冊規范，但與數據手冊規范越接近越好，因為在不同ADC之間這一位數有著(zhù)很大的差異?？捎糜趫绦修D換的位數越少，SoC的輸入信號的精度就越低。

此外，與所有電子器件一樣，ADC會(huì )為信號“貢獻”一些對其功能產(chǎn)生負面影響的因素，包括量化和時(shí)序誤差以及失調、增益和線(xiàn)性度的變化。ADC還有一個(gè)眾所周知的缺點(diǎn)：易受諸多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運行環(huán)境中常見(jiàn)的大溫度波動(dòng)影響（見(jiàn)圖1）。Wi-Fi MCU制造商可以規避這種情況，因此務(wù)必聯(lián)系每個(gè)候選Wi-Fi MCU的制造商以確定其ENOB、性能隨溫度變化情況、線(xiàn)性度和精度。如果無(wú)法提供這些信息，則棄用。

圖1.低檔ADC的精度和線(xiàn)性度差，易受環(huán)境和溫度影響

外設支持

所有Wi-Fi MCU至少都支持少量接口標準，因此很容易認為它們能達到要求。而當工程師試圖在其他設計中使用相同的Wi-Fi MCU時(shí)，他們常常會(huì )為自己的草率后悔不已。這種情況在建立或修改工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統時(shí)越來(lái)越常見(jiàn)，因為大多數生產(chǎn)設施均采用由不同制造商在不同時(shí)間制造的各種機器和控制器。

隨著(zhù)系統的完善，可能會(huì )增加更多的接口，有時(shí)可能需要支持觸摸檢測和LCD等功能。如果SoC有備用GPIO，則可以在幾乎不共用引腳的情況下控制更多繼電器、開(kāi)關(guān)和其他元件。為此，器件支持的接口應包括以太網(wǎng)MAC、USB、CAN、CAN-FD、SPI、I2C、SQI、UART和JTAG（可能還包括觸摸發(fā)送和顯示支持），以確保能夠在現在和可預見(jiàn)的未來(lái)適應幾乎所有情況。

安全始于內部

安全性對于每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應用都至關(guān)重要，但工業(yè)環(huán)境具有任務(wù)關(guān)鍵性特征，一旦有威脅進(jìn)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )，就會(huì )在整個(gè)設施乃至整個(gè)公司擴散。第一級所需安全性位于MCU的集成加密引擎中，在這里，將順序執行或并行執行加密和身份驗證。密碼應包括AES加密（密鑰大小最高256位）、DES和TDES，身份驗證應包括SHA-1和SHA-256以及MD-5。

由于每個(gè)云服務(wù)提供商都有自己的認證和密鑰，為其置備器件是一個(gè)復雜的過(guò)程，需掌握大量與加密相關(guān)的知識，是設計人員針對云服務(wù)置備產(chǎn)品時(shí)最具挑戰性的任務(wù)之一。幸運的是，包括Microchip Technology在內的一些制造商簡(jiǎn)化了這一過(guò)程，從而節省了大量的時(shí)間和金錢(qián)。這種方法能夠極大地縮短時(shí)間，減少混亂；可以將設計過(guò)程縮短數周或更長(cháng)時(shí)間，同時(shí)憑借行之有效的可驗證方法確保滿(mǎn)足所有安全和置備要求。

務(wù)必注意，大多數Wi-Fi MCU將憑證存儲在閃存中，其中的數據可訪(fǎng)問(wèn)且容易受到軟件和物理攻擊。如果將此類(lèi)信息存儲在硬編碼的安全元件中，則無(wú)法通過(guò)任何外部軟件讀取其中的數據，因而可以達到最高的安全性。例如，WFI32等Microchip Wi-Fi MCU（圖2）在公司的Trust&GO平臺中采用這種方法安全地置備其MCU，以連接到AWS IoT、Google Cloud、Microsoft? Azure和第三方TLS網(wǎng)絡(luò )。

圖2.WFI32 Wi-Fi?模塊將憑證存儲在硬件中加以隔離，使其幾乎不會(huì )遭受黑客攻擊

預置備、預配置或自定義的安全元件在制造時(shí)即會(huì )存儲于器件的硬件安全模塊（HSM）內生成的憑證，防止憑證在生產(chǎn)期間和之后公開(kāi)。Trust&Go平臺只需一款成本低廉的Microchip開(kāi)發(fā)工具包，設計人員可使用隨附設計套件中的教程和代碼示例創(chuàng )建所需的清單文件。一旦安全元件的C代碼在應用程序中運行，就可以從設計轉入生產(chǎn)。

所需安全性的另一種形式是Wi-Fi聯(lián)盟認證的最新Wi-Fi安全。最新版本的WPA3基于上一代WPA2構建，但增加了一些功能，可簡(jiǎn)化Wi-Fi安全、實(shí)現更穩健的身份驗證、提供更高的加密強度并保持網(wǎng)絡(luò )彈性。所有新器件均須通過(guò)WPA3認證才能使用Wi-Fi聯(lián)盟標志，因此應對每個(gè)Wi-Fi芯片和Wi-Fi MCU進(jìn)行認證，以實(shí)現最高安全性。不過(guò)，仍需進(jìn)行核實(shí)以確保候選Wi-Fi MCU已通過(guò)WPA3認證。

確?；ゲ僮餍?/p>

由于射頻不匹配、軟件和其他一些因素，Wi-Fi MCU始終有可能無(wú)法與市場(chǎng)上的部分接入點(diǎn)通信。無(wú)法連接到常用的接入點(diǎn)有損公司聲譽(yù)。盡管我們無(wú)法保證Wi-Fi MCU能與全球每個(gè)接入點(diǎn)（AP）搭配使用，但可確保Wi-Fi MCU通過(guò)了與市場(chǎng)上最常用AP的互操作性測試，從而能最大程度地減少問(wèn)題。此信息通?？蓮闹圃焐叹W(wǎng)站獲取，但若網(wǎng)站未提供相關(guān)信息，可致電制造商獲取信息，如果仍未能獲取信息，請選擇其他供應商。

需要得到幫助

最后但同樣重要的是需要設計支持。如果沒(méi)有一個(gè)全面的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）平臺，設計人員只能將一些不確定是否有用、簡(jiǎn)單或可靠的Web資源拼湊在一起。例如，少數Wi-Fi MCU制造商提供了有關(guān)產(chǎn)品的基本詳情和原型設計說(shuō)明，但就此止步，不提供將其從當前階段轉入生產(chǎn)階段所需的信息。

真正有用的是，制造商應提供一個(gè)全面的IDE（圖3），其中包括Wi-Fi MCU執行的每一個(gè)模擬和數字功能以及要在特定應用中實(shí)現所需要的全部外部元件。應提供一種方法將設計變更對整體性能的影響可視化，還應具備評估設計的RF性能和合規性的能力。一些基本工具可免費使用，另一些工具則以適中的成本提供，包括設計用于制造商的Wi-Fi MCU系列的評估板。

圖3.從原型設計階段到成品，此類(lèi)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境均能為設計人員提供調試工具和其他工具來(lái)降低風(fēng)險

總結

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢是將更多的處理能力轉向網(wǎng)絡(luò )邊緣，而不是只集中于基于云的數據中心。為此，需要在最少的空間和元件中集成盡可能多的功能。Wi-Fi MCU是眾多SoC中的一種，它將多個(gè)功能集成在一個(gè)器件中，而不是分布于功能特定的離散元件，從而實(shí)現上述目標。

如果Wi-Fi MCU制造商可提供足夠的資源，則將這些器件集成到嵌入式IoT子系統中可能相對簡(jiǎn)單。這些資源包括高度安全性（通過(guò)一種簡(jiǎn)單的置備方法來(lái)滿(mǎn)足云服務(wù)提供商的需求）和全面的IDE（引導設計人員從原型設計階段轉向生產(chǎn)階段）。

（來(lái)源：Microchip Technology，作者：無(wú)線(xiàn)解決方案產(chǎn)品部 資深市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)工程師Alex Li）

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