掌握IoT連網低功耗、恆時感測與安全防護技術

  • DIGITIMES企劃
DIGITIMES於9月10日舉辦微控制器技術論壇,邀集ARM、ST、Microchip、Infineon、NXP、Silicon Labs等MCU大廠分享技術趨勢,現場參與學員近400人。

2014年光是ARM架構晶片便有40億顆使用於IoT、智慧連網等嵌入式應用,而英特爾也宣稱其在嵌入式處理器市場的市佔率達到41%,各種市調機構均預測,2020年全球將有超過累積超過100甚至200多億個連網裝置。

其中,聚焦在智慧家庭、智慧城市與工業控制的IoT物聯網應用裝置量,預計也將來到16億、18億、6億規模量,享有21、54、58%的年複合成長率,成為接替行動裝置、穿戴式裝置之後,整個產業的新一波成長動能。

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中場休息時間,學員與攤位人員互動熱絡。

而在物聯網市場形成明確的主流發展趨勢下,網路連結、通訊感測、節能環保、資訊安全等,已成為電子產品設計開發上的重要課題,其中掌握這些安全關鍵技術則在於微控制器(Micro Controller Unit;MCU)。無論是暫於主流態勢的32位元MCU,以低腳位數、低整合成本擅長的8位元MCU,抑或在汽車電子領域仍固守一片天的16位元MCU,各有其擅長與生存利基之處。

為協助硬體廠商掌握智慧物聯應用商機,於9月10日舉辦DIGITIMES Forum微控制器技術論壇,邀集安謀(ARM)、意法(ST)、微芯(Microchip)、英飛凌(Infineon)、恩智浦(NXP)、芯科(Silicon Labs)等MCU大廠,以及美商貿澤、利基科技、誼騰動力等加值服務商、應用開發商,來分享新一代微控制器的功能、特色,以及探討如何設計實際應用的終端端產品,以搶搭智慧聯網應用趨勢。

效能持續驅動  維持低耗掌握節能優勢

摩爾定律在智能連網、感測處理與IoT市場下依然發揮威力。意法推出216MHz的STM32 F7 MCU,CoreMark達1082;其低功耗STM32 L4處理器也追加輔助的浮點運算處理器,以加速除法、餘弦與PARK轉換效率。NXP LPC4300 MCU內建204MHz Cortex-M4F與Cortex-M0大小雙核的概念,以深化Wi-Fi連網並恆時感測監控的應用。

而Microchip PIC8 MCU則強調,即便僅8bit的MCU核心,在整合DRAM/Flash及更多可串連組態化的週邊控制,即便不提升時脈,也可藉由整合核心外獨立運作週邊單元與智慧型類比轉換電路,透過整合開發環境的MCC軟體,做類似ASIC、FPGA/CPLD的組態,將各週邊電路串接成各種功能並納入元件庫供日後應用,不僅實質加速週邊運算效能,也能協助客戶快速設計、累積堆砌出自己的週邊功能/函式元件的MCU應用。

Infineon XMC則於2016年第1季現身的XMC4800、XMC1400 MCU新成員,各自加入EtherCAT(乙太自動化控制網路)、CAN(Controller Area Network)、更多更精準的PWM調變單元(CCU4/CCU8),週邊互連陣列等特色,以提升從馬達轉速到LED智慧照明的燈光調變的控制應用。每樣產品提供長達15年以上的供貨週期。

NXP挾多年MCU開發經驗及ARM的合作夥伴關係,受好評的LPC MPU新增LPC54100與LPC43S家族系列,除了強戶從啟動程式碼、連網封包交易到AES編碼引擎的安全防護之外,Wi-Fi、點陣圖形/多段LCD驅動與電容Touch觸控支援,可搭配自家USB PD晶片的組合,強化USB Type-C終端產品的應用與普及度,同時也展示出與各廠家在智慧家庭、IoT裝置閘道器、人機介面、感測網路、智慧電網與無線VR虛擬頭盔產品概念。

一致性平台化MCU開發  減少摸索並催化IoT產業鏈起飛

每家MCU廠商為了統籌自身豐富、多樣化的MCU規格與排列組合,均遵循著一致性的平台化,無論是統合PIC8/PIC32的Microchip MPLAB平台,是以提供最多樣化、最齊全產品線的STM32(STM Cube),工業控制聞名的Infineon XMC系列的DAVE平台,低功耗/低腳位數的NXP LPC系列MCU的CodeRed等。

從MCU系列命名、週邊規格的配置與組態、甚至是硬體上的腳位維持相容:軟體部分則透過自家免費提供整合開發環境,以圖形介面(GUI)方式、專案管理與由功能、元件或函式庫選用方式,來產生對應的程式碼並自動組譯。

Silicon Labs(芯科)則展示Energy Profiler在自家EFM32 MCU家族,如Gecko、EFM8 Bee、C8051、EZR32 Wireless MCU,以及即將推出的Blue Gecko、Zigbee SoC產品,融入整合開發環境(IDE)並以搭配原始碼(Source Code),以直覺的圖形介面與功耗含是線性圖形,協助開發者快速對自家IoT物聯網與感測元件做最佳化的功耗分析。

甚至相同的操作介面也可融合、調用其他第三方的函式庫、RTOS作業系統、中介軟體與偵錯/燒錄,以及硬體評估板等開發套件;每家MCU廠產品看似多元,卻也可以透過官方網站獲得技術支援與相關社群的協助。

而像美商貿澤電子(Mouser)為獲得500多家原廠授權的Design Fulfillment代理商,全球20處分公司提供在地客服,16種語言的網頁語言,以及20種貨幣交易。並且以初期工程樣品設計的MultiSIm BLUE平台化概念,從拉出元件進行電路圖繪製、PCB布局、電氣訊號模擬、自動對應BOM表產生並帶入購物車,即便一套、一顆元件也可出貨。

除此之外,微控制器IP原始授權商安謀(ARM)於2014年提出mbed開發平台概念,除了融入各提到其mbed開發平台以獲得超過50家合作廠商與超過100項實際應用產品,提供的mbed OS於11月開放科技預覽板下載,直接建構安全防護、Wi-Fi 802.11、ZigBee 802.15.4、6loWPAN等無線連網協定,更可以給使用ARM架構MCU/MPU的IoT裝置、SBC單板電腦(如Arduino、Resberry Pi、etc)即刻開機直接使用,同時快速建構相關的智能/IoT連網應用與雲服務。

利基科技點出,物聯網、大數據與機器人的結合是工業4.0的必經之路,世界各國在這幾年會不斷的重複這些議題。而台灣業者均清楚自己的能耐,不要想主導一個自家掌握的IoT規格,而是要跨領域垂直與水平整合;藉由MCU的模組化、物件化與軟體化,可以加速機器人的研發過程中,最需要的各功能的模組化與堆砌,以建構工業4.0的智動化關鍵。

最後,誼騰動力則認為,開發商不應只是著眼於MCU時脈、多核心的運算效能,更要想到ECM/ECU模組的土洋產品的5倍價差,從這邊反思追求跨領域橫向整合與相關演算法的研究;未來的汽機車引擎電子控制,將從ECM/ECU模組的導入、CDI點火的數位化,到MEMS微機電、運算與通訊功能的進階整合,發揮效率、安全與開放平台的目標。

根據IC Insights研究指出,2015年微控制器(MCU)出貨量將達到254億顆,其中已有15億美元的IoT產品專案的投資計畫,約3.06億顆MCU會用在物聯網相關產品上;預估到2019年時出貨量將逼近500億顆,而隨著各種物聯網(IoT)應用起飛,IoT的MCU使用量將成長到14億顆。