嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計的未來

雖然一些行業(yè)經(jīng)歷了嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜性的年復(fù)一年的持續(xù)增加，但任何行業(yè)都不太可能在未來幾年內(nèi)逃脫它。一些新興趨勢促成了這一點(diǎn)，主要是對互聯(lián)網(wǎng)連接或聯(lián)網(wǎng)傳感器，控制器和執(zhí)行器以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的推動。這種轉(zhuǎn)變也轉(zhuǎn)向電氣化系統(tǒng)，并為以前的機(jī)械或模擬電氣系統(tǒng)增加“智能”。因此，設(shè)計人員和開發(fā)人員在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮越來越多的因素。

這些趨勢在可再生能源、汽車、工業(yè)和RF/微波通信行業(yè)顯而易見，在短短幾年內(nèi)，傳統(tǒng)的模擬嵌入式電子控制系統(tǒng)主要被微控制器（MCU）、微處理器（MPU）、數(shù)字信號控制器（DSC）和許多數(shù)字驅(qū)動外設(shè)所取代。

嵌入式系統(tǒng)不斷增長的復(fù)雜性和數(shù)量為敏捷和技能的組織創(chuàng)造了一個充滿機(jī)遇和新市場的環(huán)境，足以在這些機(jī)會出現(xiàn)時快速做出反應(yīng)。然而，響應(yīng)市場的任務(wù)已成為一個更大的挑戰(zhàn)，這不僅是由于現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的普遍復(fù)雜性，而且現(xiàn)在由于消費(fèi)者需求的更快變化，從而減少了理想的市場窗口。這在幾乎每個行業(yè)的原始電子制造商（OEM）中引起了爭論。無論是購買商用現(xiàn)貨（COTS）解決方案，從頭開始開發(fā)產(chǎn)品，還是修改COTS以適應(yīng)所需的規(guī)格，可能的解決方案的數(shù)量只會使情況更加復(fù)雜。

無論采用何種方法，在為新的嵌入式設(shè)計選擇MCU、MPU或DSC時，有幾個主要考慮因素。這包括選擇開發(fā)板、補(bǔ)充應(yīng)用并與開發(fā)板兼容的模塊、早期開發(fā)軟件和資源、原型/概念驗(yàn)證系統(tǒng)安全性與最終產(chǎn)品安全性之間的差異，以及從原型到生產(chǎn)的過渡。Microchip設(shè)計人員認(rèn)識到這些挑戰(zhàn)，實(shí)施了一個由開發(fā)硬件、軟件和資源組成的生態(tài)系統(tǒng)，以幫助設(shè)計人員和開發(fā)人員進(jìn)行這些考慮和過渡。

開發(fā)板和單片機(jī)、多功能一體機(jī)和 DSC 選項(xiàng)

開發(fā)板是概念驗(yàn)證和原型設(shè)計階段的關(guān)鍵資源，使設(shè)計團(tuán)隊能夠更輕松地適應(yīng)新MCU、MPU或DSC的學(xué)習(xí)曲線。一個好的開發(fā)板通常包括訪問器件的所有引腳、外設(shè)功能、外部模塊以及一個便于編程和調(diào)試的接口。理想情況下，給定系列器件可以使用多個級別的開發(fā)板，因此根據(jù)設(shè)計人員的需求、熟悉程度和技能水平，將有一個“最佳”選項(xiàng)。對于不確定確切設(shè)備需求的設(shè)計人員來說，另一個有價值的功能是能夠交換設(shè)備的開發(fā)板，以便可以使用用于比較和開發(fā)的通用平臺。

Microchip提供幾條開發(fā)板系列，旨在使早期開發(fā)更容易獲得。許多Microchip開發(fā)板選項(xiàng)通常專用于特定的處理器系列或具有可交換的處理器基礎(chǔ)架構(gòu)，并且大多數(shù)包括用于添加流行功能的擴(kuò)展選項(xiàng)。這些板采用高效緊湊的設(shè)計，并與 Microchip 廣泛的軟件開發(fā)工具和資源生態(tài)系統(tǒng)兼容。

模塊

在嵌入式系統(tǒng)原型設(shè)計已經(jīng)很廣泛的任務(wù)之上，必須設(shè)計、構(gòu)建和測試外部傳感器、執(zhí)行器、控制、通信和用戶界面模塊，這本身就是一項(xiàng)壯舉。開發(fā)板具有支持各種功能的外部模塊的內(nèi)置接口，可以大大縮短開發(fā)時間，能夠評估模塊上安裝的組件，并允許進(jìn)行創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。

由許多微芯片開發(fā)板支持的優(yōu)秀模塊系統(tǒng)是米克羅電子點(diǎn)擊板。mikroBUS 模塊系統(tǒng)具有極高的可擴(kuò)展性和可訪問性，有數(shù)百個模塊可用，支持各種傳感、控制、致動、通信和接口。此外，Click板可以以相當(dāng)即插即用的方式進(jìn)行交換，這使得在Click板和功能之間切換變得簡單。Click 板模塊的一些示例包括顯示器、電機(jī)控制器、存儲、人機(jī)界面、傳感器、無線通信硬件等。

其他微芯片開發(fā)板也可通過擴(kuò)展套件進(jìn)行高度擴(kuò)展，例如 Xplained PRO 擴(kuò)展套件和附加板。此類擴(kuò)展套件具有無線電收發(fā)器、Wi-Fi? 控制器、ZigBit 模塊、加密身份驗(yàn)證TM 設(shè)備、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、SD 卡接口、觸摸/圖形顯示器等功能。

安全

在漏洞利用和黑客攻擊的時代，設(shè)計和開發(fā)嵌入式設(shè)備對于許多組織來說是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

由于嵌入式設(shè)備（例如采購、硬件、固件、軟件、內(nèi)存/存儲、連接和云網(wǎng)絡(luò)）具有如此多的安全級別，因此設(shè)計人員和開發(fā)人員很難在內(nèi)部處理安全性的各個方面。此外，測試和確保嵌入式設(shè)備每個方面都安全的基礎(chǔ)設(shè)施超出了許多組織的范圍。

微芯片從多個角度增強(qiáng)了安全性。他們提供加密身份驗(yàn)證模塊，可與其開發(fā)板配合使用，使開發(fā)安全功能更快，更輕松，以及開箱即用的安全設(shè)備解決方案。例如，Microchip 的零接觸配置 （ZTP） 加密身份驗(yàn)證設(shè)備消除了采購、硬件、連接和云安全問題，而無需 OEM 修改或重新編程設(shè)備 ［10］。

ZTP 系統(tǒng)與用于 AWS 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的 ATECC508AMAHAW 設(shè)備一樣，使用防篡改安全技術(shù)來保護(hù)存儲和集成的橢圓曲線加密 （ECC） 硬件加速器。它還利用 AWS IoT 服務(wù)提供的實(shí)時注冊功能，以及用于批量證書上傳的強(qiáng)制 TLS 1.2/相互身份驗(yàn)證，并且 Microchip 的安全設(shè)施可以在設(shè)備發(fā)貨之前處理預(yù)置。預(yù)配置的安全性/身份驗(yàn)證以及集成的加密硬件使開發(fā)人員能夠自信地采購安全硬件，而不會因采購問題而暴露泄漏?；蛘?，如果任何設(shè)備被惡意獲取和逆向工程。

由于對安全的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行原型設(shè)計通常具有挑戰(zhàn)性，因此 Microchip 還提供安全的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板，并與 Google 云物聯(lián)網(wǎng)核心平臺安全集成。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160） 和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允許開發(fā)人員在 60 秒內(nèi)獲得開箱即用的云連接，從而提供基于硬件的安全私鑰存儲。此外，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板還具有經(jīng)過全面認(rèn)證的Wi-Fi和加密身份驗(yàn)證安全元件

用于快速開發(fā)的安全無線解決方案。最后，AVR-IoT 工作組板中的 ATECC608A 安全元件可處理每個設(shè)備的身份驗(yàn)證并提供 ZTP 功能。

軟件

隨著嵌入式系統(tǒng)硬件、工具、軟件、技術(shù)和方法的變化速度加快，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)團(tuán)隊，在使用新的嵌入式設(shè)備時也可能會遇到學(xué)習(xí)曲線。對于沒有配備針對特定設(shè)備的工具和資源的通用集成開發(fā)環(huán)境尤其如此。另一方面，由于界面不熟悉的方面和加載嵌入式設(shè)備庫，供應(yīng)商軟件也可能是適應(yīng)的挑戰(zhàn)。此外，一些供應(yīng)商軟件是專門為專家用戶設(shè)計的，對于入門級開發(fā)人員，甚至是有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員來說，這些開發(fā)人員試圖在不學(xué)習(xí)新平臺的情況下快速評估嵌入式設(shè)備，這將是令人生畏的。

Microchip 擁有專業(yè)開發(fā)的硬件、軟件和資源生態(tài)系統(tǒng)，通過提供各種 IDE、易于集成的軟件庫以及豐富的參考設(shè)計和隨附的示例代碼，更好地促進(jìn)各種技能和熟悉程度的開發(fā)人員。

此外，Microchip的許多設(shè)備都支持免費(fèi)提供的示例代碼，可通過IDE訪問，包括IDE中的工具，這些工具有助于簡化設(shè)備特定功能和特性的開發(fā)。

過渡到生產(chǎn)

在開發(fā)的概念驗(yàn)證和原型設(shè)計階段之后，通常也是在開發(fā)階段，設(shè)計師和開發(fā)人員需要開始生產(chǎn)和軟件設(shè)計。在這種轉(zhuǎn)變過程中，許多設(shè)計師和開發(fā)人員不得不從頭開始，因?yàn)樗麄兛赡苓x擇的原型系統(tǒng)只是松散地代表了可以在生產(chǎn)中使用的內(nèi)容。

微芯片硬件和IDE的情況并非如此。由于在原型設(shè)計期間編寫的代碼可以很容易地從入門級IDE移植到專業(yè)級工具，因此它們將與生產(chǎn)硬件中實(shí)現(xiàn)的開發(fā)板中的相同設(shè)備無縫協(xié)作。因此，在Microchip生態(tài)系統(tǒng)中工作使開發(fā)人員能夠編寫代碼一次，甚至可以輕松地在項(xiàng)目之間重用代碼。

簡化從原型設(shè)計到生產(chǎn)的過程

現(xiàn)代嵌入式電子產(chǎn)品，無論是用于消費(fèi)類、商業(yè)還是工業(yè)應(yīng)用，都變得越來越復(fù)雜，用于原型設(shè)計和設(shè)計此類系統(tǒng)的工具也變得越來越復(fù)雜。開發(fā)概念驗(yàn)證所需的學(xué)習(xí)曲線和設(shè)計資源已與最新電子產(chǎn)品的復(fù)雜性和多樣性成比例地增加。

審核編輯：郭婷