机器对机器(M2M)体系开发可望愈加速速。现在M2M产品规划人员,往往须消耗很多资源与工程周期处理根底的体系整协作业,而无暇顾及运用价值的进步,因而M2M模组厂推出更高整合度的多中心处理计划,以下降导入规划门槛。
蜂巢式机器对机器(M2M)运用商场将呈现巨大的增加潜力。据分析师猜测,至2020年全球将有一百二十亿台M2M衔接设备。即便如此,商场中仍然存在一些技能妨碍,使M2M运用无法如预期敏捷拓宽。
实际上,将M2M运用从概念阶段过渡到商场推广阶段仍然是一个杂乱、耗时且贵重的进程。最大难题系需求整合M2M体系的全部重要元件,如无线数据机、运用处理器(AP)、低功耗微操控器(MCU)、特别硬件介面、作业体系、运用架构及云端衔接等,将该体系打造为适用于全部M2M运用的客制处理计划,但作用往往不尽善尽美。原始设备制作商(OEM)和企业花费很多资源和工程周期履行根底的体系整合使命,而无暇顾及可供给最大价值的当地,亦即运用端自身。
与此一起,严重的技能妨碍也存在着,首要体现在M2M设备内需求更节能的微处理器。许多M2M运用如计量、工业设备、动力生成和勘探、数位看板等很多范畴,有必要常年在没有易获得电源的环境下作业。假如没有高效、小型的电源挑选,许多M2M处理计划可能会变得愈加粗笨、难以布置,且另一方面,短少高效低功耗微处理器也意味着M2M运用毫无用武之地。
蜂巢式衔接设备以超低功耗形式运作的才能,将成为M2M运用运用有限电源(例如电池、太阳能和动力收集)运转时具有较长运用寿命的要害所在。远端环境监控设备和穿戴式医疗监控设备是两个典型的运用事例,但在曾经,这些都是蜂巢式M2M计划无法触及的范畴。上述两个实例都要求设备在低功耗感测器监控形式下长期运作,偶然须透过无线衔接将材料推送到云端。有鉴于低功耗监控与不定期暂时无线接入的混合形式要求,业界须慎重考虑体系和架构,以便将这两种形式有用地交融在一起。
以司亚乐无线通讯(Sierra Wireless)的预整合多核处理计划为例,即在一个模组上供给一套完好的M2M生态体系,以简化M2M运用的开发和布置进程。以此为根底,安谋世界(ARM)供给超节能Cortex-M系列处理器做为司亚乐多核处理计划的一部分,为选用此立异作用的新M2M运用的开发供给有力援助。这将为更快速、更高效、更经济地构建M2M处理计划树立一个功用强大的全新渠道。终究,OEM和企业将能够运用这些立异技能将M2M立异产品运用到更为广泛的运用中。
M2M计划开发迈入新里程碑
M2M商场一日千里,很多中小型企业现已开端将M2M运用于不同的商业需求和产品中。M2M开发所带来的长尾效应是技能革新进程中必不可少的组成部分,但也是成功路上的拦路虎,尤其是关于规划较小的公司。
首要,关于安排而言,开发新的M2M运用、为其构建原型和确认规划仍需求很长期。与智能手机和PC等其他技能渠道不同,开发者无法运用预先整合的晶片组和渠道来树立自己的M2M处理计划。更切当地说,关于每个新的M2M运用,开发者简直得从头开端构建整个体系架构。在着手测验并认证一个新的处理计划之前,工程师们有必要花费名贵的时刻和资源整合全部体系元件,包含无线数据机或模组、全球卫星定位体系(GPS)等卫星导航服务、与所衔接设备或感测器通讯的介面、记忆体、操控整个架构的独立处理器。
这种办法大大推迟将全新M2M处理计划推向商场的时刻,并使M2M的开发本钱远远超越预期。从开发者的视点来看,因为无法提取M2M硬件和快速构建新处理计划的原型,也因而阻止了立异的脚步。
走运的是,M2M范畴呈现了重要的开展趋势,这些应战也随之逐渐消失,以下将逐个叙说。
预整合模组计划兴起
在预整合晶片上供给整套体系架构的趋势现已席卷其他多个运用商场,将成为M2M开展的下一步。例如,之前的智能手机都是运用由制作商整合的独立运用处理器和数据机构建而成的。现在,大多数智能手机制作商都运用供给了全部根本运算功用的彻底整合式晶片组,然后在该晶片组的根底上构建自己的处理计划。经过简化蜂巢式生态体系和价值链,这些预先整合的架构现已为智能手机制作商减小产品尺度、进步功用以及下降材料本钱方面做出奉献。现在,上述优势相同能够运用到M2M商场中。
随插即用运用程序架构成形
正如开发者不得不从头开端整合M2M硬件相同,为运作M2M处理计划,他们也不得不开发整个软件。为援助这些作业所供给的开发东西,通常是保密和私有的,并且是专门针对特定供货商的硬件和开发环境构建的。现在,开发者第一次运用到敞开的嵌入式运用程序架构,并逼真体验到其所带来的许多优点。凭借这些架构,开发者能够自在运用很多的M2M开发东西,例如专为M2M运用规划的作业体系、一系列的大型软件库、功用强大且便于运用的整合式开发环境等,这将敏捷加速M2M处理计划的嵌入式软件开展。
结合M2M云端办理
要成功布置M2M计划,需求可扩展的设备办理,以便客户能够更新韧体和软件运用程序、可装备设备。凭借全新云端办理渠道,OEM和企业可经过无线办法对布置的数百万台设备进行办理(图1)。
图1智能设备及云端服务概览
高效能微处理器现身
为满意更广泛的M2M运用需求,微处理器供货商专门针对M2M运用从头规划并开发一系列低功耗处理计划。全新处理计划供给深度休眠状况等先进功用,可敏捷堵截整个设备的电源并中止处理功用,尽量削减设备空转时刻。这些功用可优化电源功率,仅需一小颗电池就可保持设备的多年运转。
M2M技能是一项前瞻技能,许多开发者在寻觅资源和辅导内容时会遇到一些困难。现在,有一个巨大且不断强大的M2M开发者社群可认为开发者排忧解难。在这里,开发者可认为M2M运用开发以及这些运用所运用的低功耗处理器找到包含公用程式、专业知识和敞开原始码的整合式开发环境。
业界预整合M2M模组可供给一整套M2M生态体系,其内容包含:
多核架构
包含蜂巢式衔接设备和一个专门用于M2M运用的处理器。此架构将M2M生态体系整合在一个模组上,不光能够简化体系规划、下降体系总本钱,还能够大幅下降功耗。
保证云端服务的内部衔接
内部衔接可将机器材料与企业运用程序简略地整合在一起。快捷的远端体系办理可轻松拓宽至数百万台设备。这些整合的云端功用可为OEM供给预先封装在嵌入式运用程序结构内的用户身分模组(SIM)卡、运用程序材料和M2M设备的无线办理等所需的全部技能援助。
敞开式运用架构
内含随插即用功用区块,包含很多M2M函式库和开发东西,可为嵌入式软件开发者节省时刻,并将其产品快速推向商场。
透过在一个模组上供给一套完好的M2M生态体系,业界厂商在简化嵌入式无线通讯的整合、缩短M2M运用上市时刻的方向迈出了重要一步。终究,开发者能够将更多的时刻花费在中心运用和商业模型的开发和立异方面,而不用忧虑整合无线通讯所面对的应战。
Cortex-M0结合NVIC进步M2M计划功耗体现
ARM在研制低功耗技能方面经验丰富,所出产的微处理器特别适用于手持设备和电池驱动设备。ARM Cortex-M系列处理器经过特别规划和优化,专用于对本钱和电源灵敏的嵌入式运用。其间包含适用于终端运用的MCU和混合信号设备,例如智能型仪器表、人机周边设备、轿车和工业操控体系、大型家用电器、消费类产品和医疗仪器等。
许多微操控器用于电池供电设备中,而关于此类设备而言,高效处理操控使命至关重要。微操控器可用于操控多种周边设备,包含类比数位转换器(ADC)、数位类比转换器(DAC)、液晶显示器(LCD)、SD卡、通用输入/输出(I/O)接脚等。在某些情况下,周边设备操控进程占用了微操控器的大多数履行时刻。
考虑到上述运用,Cortex-M0处理器也像该系列中的全部处理器相同,具有许多立异功用。凭藉这些功用,操控器不光能够最大程度地减小体积,还能够在超低能耗下供给最佳功用。
「中止」是大多数嵌入式软件的一个首要功用,而关于用于操控低功耗体系的微操控器而言,对中止进行有用的即时回应非常要害。这些低功耗体系通常以「快速运转后中止」这一办法完成节能作用。好像电池供电设备,在此类体系中功耗也非常重要,但有用的低推迟中止处理关于低功耗操作而言,一起还能够将微操控器从休眠状况(处理器暂停,直到需求透过周边事情履行某项操作)中唤醒。
为满意这一要求,Cortex-M0处理器严密整合一个可装备的嵌套式向量中止操控器(NVIC),以供给业界抱负的中止处理才能。经过将处理器内核与NVIC严密整合,Cortex-M0处理器可快速履行插断服务常式(ISR),并可大幅缩短中止推迟时刻。为优化低功耗规划,NV%&&&&&%整合睡觉形式,该形式包含一个可使整个设备敏捷断电的深度休眠功用。
Cortex-M系列便于运用
除中止处理之外,还有许多其他要素使Cortex-M系列处理器易于学习和运用。Cortex-M系列处理器经过专门规划,对C言语非常友爱,简直全部操作都能够在C言语环境中完成程式规划。指令集可高效处理8位元、16位元、32位元乃至64位元材料。此外,由ARM自主研制的Cortex微操控器软件介面规范(CMSIS)可使学习进程变得愈加轻松。CMSIS-Core函式库为处理器特征供给接取功用标头档(Accesss Function Header File),使周边设备界说外观在依据Cortex-M处理器的不同设备中完成规范化。
全部首要的微操控器供货商均供给与CMSIS相容的设备驱动程式库,便于软件开发者在依据Cortex-M处理器的设备上进行软件开发。CMSIS-Core函式库中包含用于设置和运用周边设备的全部周边设备暂存器界说和驱动程式功用。此外,CMSIS-Core函式库的运用不受东西约束,具有更好的软件可携性,然后为软件出资供给保证。
CMSIS的另一个有用部分是免费的数位信号处理器(DSP)库,它答应软件开发者运用Cortex-M处理器快速方便地创立DSP运用,而毋须付出任何版税或答应费用。DSP库针对Cortex-M4处理器进行优化,但在功用要求较低时,也能够在Cortex-M0处理器上运转。
关于杂乱专案的开发,ARM软件生态体系肯定是一个不可或缺的资源。超越三十个作业体系可在Cortex-M系列处理器上作业。此外,东西供货商和微操控器供货商还供给很多的中介软件套装软件,其间包含许多免费的存储库。
经过mbed为开发者供给阐明
为协助开发者快速轻松地开发MCI规划原型,ARM与其协作伙伴以及快速强大的线上社群联合开发了线上mbed渠道。mbed渠道供给了一个依据规范的C/C++软件开展包(SDK)、一个微操控器硬件开发包(HDK)以及一些受援助的开发板、一个线上编译器和线上开发者协作东西,旨在阐明开发者快速、专业地开宣布依据ARM微操控器的产品原型。
适用于蜂巢式衔接设备的节能架构
现在,OEM和企业能够构建出比以往愈加节能、愈加灵敏的M2M处理计划。ARM Cortex-M的低功耗微处理器与司亚乐预整合多核架构结合,使新处理计划具有以下优势:
。凭藉预整合架构、M2M开发东西以及业界开发社群的大力援助,可缩短产品上市时刻。
。与传统体系架构比较,预整合模组尺度更小,再加上可运用更小电池运转的低功耗ARM微处理器,可减小尺度、下降功耗。
。开发者毋须履行杂乱且耗时的根底体系整合使命,进步作业功率;M2M计划可运用更少元件,然后下降全体开发本钱并缩短上市时刻。
。M2M计划选用适用于蜂巢式衔接和M2M运用的专用运用程序内核,然后进步功用。
。预整合模组可削减潜在攻击者的侵入点,并依据每个运用的详细需求量身订制一系列安全功用,明显进步安全性。
。因为选用为习惯不同商场运营商网路的共同要求而开发的预整合硬件、软件和云端办理区块,然后削减测验和认证要求,从而简化布置进程。
。蓬勃开展的M2M开发者社群可供给援助、开发和原型规划的相关东西,因而规划较小以及新进入M2M范畴的公司仍可立异、成功开发M2M运用。
未来M2M立异协作伙伴关系
全新M2M技能立异作用着实能带来诱人的报答,但OEM和企业须对自己充满信心,即便他们在以不同的办法完成目标,也要信任自己必定能够获得成功。OEM正在从需求技能供货商和无线供货商,转变为需求能致力于阐明他们处理商业应战并走向成功的协作伙伴。