Escrito por el asesor senior de RF-star XCODER (un ensayista de We-Media)

En la actualidad, hay cada vez más opciones para chips SoC inalámbricos, desde los fabricantes europeos y estadounidenses hasta los semiconductores domésticos. ¿Cómo elegir un chip inalámbrico adecuado para el desarrollo de productos? Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos.

Tecnología inalámbrica:

Las tecnologías inalámbricas populares de baja potencia actuales incluyen Wi-Fi, pequeño inalámbrico, LoRa, Bluetooth, Thread, ZigBee, NFC, Privado 2.4G , NB-IoT, 2G, 3G, 4G, etc., las tecnologías inalámbricas comúnmente utilizadas en la automatización de fábricas y el hogar inteligente, incluido Wi-Fi, inalámbrico pequeño, BLE , Hilo, ZigBee, NFC. La siguiente figura compara las ventajas y desventajas de estos diferentes protocolos inalámbricos en el ancho de banda de transmisión de datos, la distancia y el consumo de energía. Se debe seleccionar una solución adecuada de acuerdo con el escenario de uso,

Wifi: Wi-Fi es adecuado para la transmisión de datos de video a alta velocidad, pero su consumo de energía es relativamente alto. En la actualidad, hay menos chips Wi-Fi de bajo consumo en el mercado. El núcleo utiliza el núcleo ARM M3 o M4, que ejecuta RTOS simple y solo admite el modo 802.11b / g / n, ancho de banda bajo, pero puede cumplir con la aplicación de fuente de alimentación de batería seca.

ZigBee: La mejor opción de hogar inteligente, el estado está siendo desafiado por BLE MESH. Pero después del lanzamiento de ZigBee 3.0, se pueden interconectar varios sistemas y la compatibilidad de la plataforma es mucho mejor que antes.

Sub-1G: Debido a su estabilidad y larga distancia de transmisión, se puede utilizar en varios campos de control industrial. La corriente máxima de TX es grande, pero el sistema está en modo de suspensión en otros momentos. Por tanto, el consumo total de energía es bajo.

NFC: La función es la que deben llevarse los teléfonos móviles. Los sistemas de transporte público y los sistemas de control de acceso son adoptados principalmente por soluciones RFID y NFC.

LoRa: Tecnología de espectro ensanchado única, potencia de transmisión de +20 dBm, bajo consumo de energía, larga distancia, la desventaja es la baja utilización del ancho de banda y el bajo rendimiento de datos.

El consumo de energía

Tenga siempre presente la experiencia de los usuarios finales. Si la batería falla, incluso el producto más ideal será abandonado.

¿Qué tipo de método de suministro de energía se puede utilizar? ¿Pila de moneda, batería seca, batería de litio? Las pilas de monedas son populares debido a su bajo costo, tamaño pequeño y peso ligero. Teniendo en cuenta que la duración de la batería de estos productos es crucial, y la celda de botón solo puede proporcionar una corriente máxima de aproximadamente 5 mA sin dañarse. Si maneja un pico de corriente mayor, la capacidad de la batería se verá afectada.

Potencia de transmisión de RF: La potencia de transmisión de Bluetooth es inquietantemente baja. Por lo general, solo se admite una potencia de transmisión de 5 dBm; por lo general, se refiere a una potencia de transmisión de 0 dBm según las especificaciones. ZigBee, la pequeña potencia de transmisión inalámbrica puede alcanzar los 20 dBm. (Más de 20 dBm no pueden pasar la prueba de seguridad).

Consumo de energía en funcionamiento de la MCU: Debido a que se utiliza el mismo núcleo ARM del SoC inalámbrico, el consumo de energía es similar entre sí. Pero es necesario evaluar el tiempo de funcionamiento de la MCU desde el estado de activación desde el modo de bajo consumo hasta el funcionamiento a máxima velocidad. Cuanto mayor sea el tiempo, mayor será el consumo de energía. Además, es necesario evaluar la frecuencia principal de la MCU a máxima velocidad. Cuanto mayor sea la frecuencia principal, mayor será el consumo de energía.

La siguiente figura muestra el rendimiento del consumo de energía de varias tecnologías de IoT:

Además de las especificaciones, se proporcionan varias sugerencias para reducir el consumo de energía:

1.Ajuste el intervalo de conexión, el intervalo de publicidad y el retraso del esclavo en consecuencia.

2.Combine varios paquetes de datos pequeños en menos paquetes de datos grandes para reducir la sobrecarga de RF.

3. Considere la posibilidad de comprimir los datos localmente antes de la transmisión para reducir el rendimiento de RF.

4.Identifique los datos no críticos que se pueden enviar o no enviar a un ritmo más lento.

Selección de memoria

Principales indicadores de memoria: RAM, FLASH, ROM, serial FLASH

RAM: Las variables temporales, variables globales, matrices, etc. que se aplican en el código se colocan en la RAM. El tamaño de la RAM determinará la complejidad del sistema. Los primeros dispositivos como CC2541 y nRF51822 tienen menos recursos de RAM, lo que limitará la cantidad de conexiones BLE como maestro y también afectará la eficiencia de ejecución del algoritmo (generalmente, un algoritmo en tiempo real cargará el código de la memoria flash a la RAM para ejecutarse).

Por lo general, es necesario considerar un espacio de RAM superior a 20K. (Porque RTOS y el protocolo también ocuparán algo de espacio RAM).

DESTELLO: El factor clave determina el programa. Por lo general, Flash requiere más de 256K y el que se usa comúnmente es entre 256K ~ 512K. Algunos fabricantes, como el flash 1M lanzado por nRF52840 , son un poco más grandes y tal vez los productos desarrollados para dispositivos portátiles.

ROM : Es posible que tenga la pregunta ¿por qué se menciona ROM aquí? Debido a que el costo de la ROM es bajo, algunos fabricantes, como Diálogo, TI y otros fabricantes colocarán la pila de protocolos en la ROM para reducir el costo de fabricación del chip. Por ejemplo, la información pública de TI es la siguiente:

FLASH en serie: Esto es más interesante. Si los gerentes del mercado de IoT miran los chips inalámbricos nacionales y extranjeros, pueden encontrar el punto interesante. Los semiconductores de ultramar integrarán el flash en el chip. Los semiconductores domésticos integran flash en serie en el chip o flash externo. ¡La razón es todo por el costo! El flash en serie es barato. El uso de una RAM de gran capacidad para cargar el programa desde la memoria flash en serie a la RAM es mucho menor que el costo de ejecutar directamente en la memoria flash en el chip. (XCODER tiene una sugerencia aquí. Se recomienda considerar la posibilidad de firmar digitalmente y cifrar el firmware almacenado en la memoria flash fuera del chip en la ROM del chip. De lo contrario, es fácil para los piratas leer el firmware desde la memoria flash del producto del cliente y luego copie el producto al revés).

Actualización OTA

Los productos de IoT se encuentran en un período de rápida iteración. No significa que la iteración del producto sea rápida, sino que el software se actualiza rápidamente, incluidos los errores, la actualización de la interfaz interactiva, la actualización de la lógica de control, etc. Todos estos no pueden esperar reciclar los productos y luego desmontarlos. Debemos considerar los requisitos funcionales de la actualización inalámbrica de OTA y dejar una forma de actualización para nuestros productos.

A continuación, se explica cómo controlar la demanda de actualización de OTA:

Tarifa aérea durante la actualización:

La velocidad determina la experiencia del usuario con la actualización. Cuanto mayor sea el tiempo de transmisión aérea, mayor será la probabilidad de problemas. Por lo tanto, es más difícil usar LoRa para realizar actualizaciones de aire.

Capacidad flash de memoria:

La actualización inalámbrica se puede dividir en dos métodos de actualización. Primero, la actualización de la copia de seguridad de la imagen requiere el doble de espacio de almacenamiento que el firmware. El nuevo archivo de respaldo primero se recibe y se almacena en la memoria flash, y el programa de inicio se usa para ejecutar el nuevo firmware después de reiniciar. En segundo lugar, no hay actualización de imagen. Después de ingresar al modo de actualización, borre directamente el firmware en la memoria flash y escriba el nuevo firmware. Este modo de actualización requiere que el programa de arranque admita la función OTA, lo que puede evitar que el producto se convierta en ladrillos debido a la falla de actualización.

Por lo tanto, la capacidad de flash también es un aspecto que debe evaluarse. No reduzca ciegamente el costo y reduzca el tamaño del flash. Se sugiere que la capacidad de flash sea de 1,5 a 2 veces el tamaño de flash de su propia capa de aplicación.

Integración multiprotocolo

Las aplicaciones de productos actuales utilizan tanto Bluetooth como pequeñas conexiones inalámbricas. Por supuesto, se pueden utilizar chips múltiples para la integración. Sin embargo, ya hay fabricantes en el mercado que han logrado la integración multiprotocolo uniendo obleas de diferentes fabricantes originales. Un chip resuelve múltiples protocolos . Creo que este es un producto de transición. Debido a las múltiples obleas internas y las múltiples MCU que se ejecutan al mismo tiempo, la administración de energía es un gran desafío.

En la actualidad, los fabricantes de semiconductores europeos y estadounidenses ya están implementando la integración multiprotocolo, comenzando por el diseño del chip, combinando tecnología inalámbrica pequeña y 2.4G en un solo chip SoC, y completando las funciones multiprotocolo a través de la multiplexación por división de tiempo del software. Creo que esta es una tendencia en el futuro previsible. Se puede considerar cuando se requieren aplicaciones colaborativas multiprotocolo. Según el anuncio oficial de Instrumentos Texas , los CC1352 y CC2652 Los chips ya admiten esta función y la tecnología se ha aplicado a aplicaciones de cerraduras de puertas inteligentes.