物聯(lián)網(wǎng) - 微小的眼睛，耳朵和大腦，說一種共同的語言來相互交流，并與更高性能的系統(tǒng)進行通信 - 在過去幾年中一直在影響我們的生活。在本專欄系列中，我們將深入探討使世界“智能”的物聯(lián)網(wǎng)領域科學技術的快速發(fā)展。在這個智能世界中，設備和環(huán)境將自動協(xié)作地為人們服務。它們的能力范圍從照顧人類，寵物甚至植物的個人健康到自動駕駛汽車。它們的數(shù)量比我們每年大量生產(chǎn)的傳統(tǒng)計算機和智能手機高出幾個數(shù)量級。本專欄系列探討了不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術，以及它如何改變日常工作和生活方式，使其更加高效、便捷、舒適和智能。我們還將討論構建下一代物聯(lián)網(wǎng)智能世界的機遇和挑戰(zhàn)。

以下主題將作為“IoT 初學者包”一章的一部分進行介紹：

“我身上沒有電線”

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）已經(jīng)存在了很長時間，但物聯(lián)網(wǎng)這個術語已經(jīng)存在了16年。當時，這個想法通常被稱為“嵌入式互聯(lián)網(wǎng)”或“普適計算”。信息交換是物聯(lián)網(wǎng)最重要的方面。電報在19年初改變了機器通信千世紀。第一個無線電語音傳輸，稱為“無線電報”，為發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)提供了最重要的組成部分。計算機的發(fā)明徹底改變了世界?；ヂ?lián)網(wǎng)本身就是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。此后，電話的發(fā)明為世界大部分地區(qū)提供了基本的通信。

現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為一個復雜的系統(tǒng)，從互聯(lián)網(wǎng)到無線通信，從微電子系統(tǒng)（MEMS）到嵌入式系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)是目前最熱門的IT流行語之一。物聯(lián)網(wǎng)由一個巨大的互聯(lián)網(wǎng)連接“事物”和設備網(wǎng)絡組成，包括幾乎所有你能想到的東西，從手機到建筑物維護，再到飛機的噴氣發(fā)動機。

自2000年代以來，發(fā)生了什么變化使這一切成為可能？有幾個關鍵因素。它們包括低功耗無線電，MCU技術的進步，網(wǎng)絡功能的擴展，數(shù)據(jù)分析工具的引入以及無線標準的創(chuàng)建/采用，使來自不同供應商的物聯(lián)網(wǎng)硬件和軟件的交互變得更加簡單。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成熟，可以添加新的創(chuàng)意，以添加到已經(jīng)在使用的應用程序。在創(chuàng)造力方面，這個領域是開放的，有無數(shù)種“互連設備”的方式。很快，就很難想象它之前的生活了！

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點是傳感器、計算和連接的組合，后兩者扮演著最重要的角色。雖然，獨立的計算機及其網(wǎng)絡已經(jīng)存在了幾十年，但要使物聯(lián)網(wǎng)真正起飛，龐大的計算元素及其有線網(wǎng)絡必須消失。快進幾年，我們擁有單芯片計算機（MCU）和無線通信技術。持續(xù)的硅縮放、高效的架構和低功耗無線電技術使它們更小、更便宜、更節(jié)能。這導致了小型電池連接設備的激增，這些設備具有集成計算和連接提供的“智能”。

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)到來?！拔疑砩蠜]有電線”回顧了使物聯(lián)網(wǎng)成為可能的關鍵技術進步。

無線電和計算機

很少有計算機制造商再費心支持串行協(xié)議，因為它的IT和桌面功能在很大程度上已被USB和無線所取代。越來越難找到一臺具有串行端口的新計算機。平板電腦和智能手機甚至更糟。有些甚至沒有USB端口;他們在很大程度上依靠無線進行通信。

近年來，人們一直在努力改進嵌入式控制器架構，包括提供集成無線電或簡化與無線電IC接口的方法?！盎诳?a target="_blank">編程無線傳感器的嵌入式控制器”的出現(xiàn)提供了更大的靈活性、易管理和可配置性。配置傳感器數(shù)據(jù)將要求這些系統(tǒng)使用超低功耗無線收發(fā)器微控制器，這些微控制器不僅具有極低的功耗待機電流，而且還采用節(jié)能技術來延長單個紐扣電池的使用壽命。這些技術可以在硬件或軟件中實現(xiàn)，也可以在兩者的混合中實現(xiàn)，但顯然，在準備選擇單個器件之前，設計人員需要考慮許多其他更廣泛的因素。

當涉及到連接和計算（物聯(lián)網(wǎng)的兩大支柱）時，有許多排列和組合。物聯(lián)網(wǎng)設備在計算能力和所需帶寬方面形成了一系列功能-從計算步數(shù)的鞋子到需要流式傳輸高分辨率圖像和視頻的數(shù)碼單反相機。同樣，一系列微控制器/SoC架構和無線電技術也可用作這些系統(tǒng)的基礎。然而，選擇并不總是簡單的，有時甚至是違反直覺的。為了平衡能力、功耗和成本，“無線電與計算機”簡要介紹了當今和不久的將來可用的計算和無線設備。

“是的，但它能運行Linux嗎？”

感知、組織、分析、演示和決策需要軟件。幾十年來，我們一直在使用各種平臺以不同級別的能力來執(zhí)行此任務?，F(xiàn)在，我們擁有非常小的設備，這些設備由單節(jié)電池運行，但具有1990年代后期基于80486的個人計算機的功率。有了裸機，RTOS和像Linux這樣的真實操作系統(tǒng)可供選擇，我們將遇到在無線電和計算機中探索的類似問題，但從軟件的角度來看。

成熟的操作系統(tǒng)帶來了兼容性和易開發(fā)性，但增加了硬件成本和功耗。對于執(zhí)行有限功能的應用程序，傳統(tǒng)的順序處理循環(huán)和狀態(tài)機就足夠了。這種裸機編碼方法很難正確，但它提供了出色的效率。當MCU集成更多存儲器和外設時，RTOS成為必要手段。RTOS 采用的關鍵驅動因素是應用程序的復雜性。復雜的物聯(lián)網(wǎng)應用可能需要更多的中斷源、更多的功能和更多的標準通信接口。RTOS可能會用于這種復雜的解決方案。

RROS可以充分利用功能豐富的MCU，特別是當提供中間件可以處理復雜任務時，否則將需要真正的操作系統(tǒng)。但是，在軟件方面，有許多不重疊的復雜性和功能領域?！笆堑模梢赃\行Linux嗎？”概述了為硬件選擇合適的軟件基礎。

定積分

MCU將易失性和非易失性存儲器集成到一個獨立的CPU中。SoC能夠將更多的外設、穩(wěn)壓器、時鐘和其他組件和功能集成到單個芯片中。我們還沒有完成，因為我們可以集成更多的功能，從無線和傳感器接口開始。物聯(lián)網(wǎng)設備的另一個重要先決條件是安全性。數(shù)十億個互連設備帶來了重大的安全挑戰(zhàn)。基于硬件的安全性是一項在集成到 SoC 中時效果很好的功能。

代工廠正在評估為集成物聯(lián)網(wǎng)控制器量身定制的完全耗盡絕緣體上的硅（FDSOI）技術。然而，隨著設備將整個可編程系統(tǒng)集成到單個芯片中，未來可能已經(jīng)到來。

電源為獨立的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點帶來了另一個獨特的挑戰(zhàn)。畢竟，系統(tǒng)僅在電池續(xù)航時是無線的。有一些方法可以利用環(huán)境來利用我們的優(yōu)勢，并從中產(chǎn)生能量 - 從我們自己的太空核反應堆 - 太陽開始。

“確定積分”探討了創(chuàng)建真正的單芯片物聯(lián)網(wǎng)控制器并從操作環(huán)境中收集能量的可行性和優(yōu)勢。

除了這個“物聯(lián)網(wǎng)入門包”之外，還有許多其他章節(jié)提供了對物聯(lián)網(wǎng)世界的令人興奮的見解！物聯(lián)網(wǎng)無處不在，保持競爭力至關重要！

審核編輯：郭婷