دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) که برای روشنایی هوشمند و اتوماسیون ساختمان استفاده می شوند در حال تکامل سریع هستند.با نقش های خود را تغییر از گره های کنترل ساده به ویژگی های غنی سیستم های متقابلاین سیستم ها نیاز به پشتیبانی از الزامات محاسباتی بالاتر، عملکرد امنیتی قوی و عملکرد فرکانس رادیویی بالاتر دارند.طراحان تحت فشار فزاینده ای برای تعادل نیازهای متنوع مانند اتصال چند پروتکل هستند.، ویژگی های امنیتی پیشرفته و بهره وری انرژی، در حالی که همچنین در تلاش برای کاهش هزینه های بیل مواد (BOM) و پیچیدگی سیستم است.کلید پاسخگویی به خواسته های این برنامه های نوظهور IoT در پذیرش دستگاه های پیشرفته سیستم بی سیم در تراشه (SoC) است..
هدف از این مقاله بررسی چالش هایی است که طراحان دستگاه ها و سیستم های نوظهور اینترنت اشیا با آن مواجه هستند.و سپس معرفی کنیم که چگونه نسل بعدی SoC بی سیم IoT Silicon Labs با استفاده از معماری انرژی بسیار کم خود به این چالش ها می پردازد.این معماری پردازنده های با عملکرد بالا را با چند زیرسیستم اختصاصی ترکیب می کند و یک راه حل عملی را فراهم می کند.
چگونه تقاضای متنوع باعث تکامل دستگاه ها به سمت یکپارچگی بالاتر می شود
انتظار می رود که دستگاه های هوشمند دارای خط کار که در کاربردهایی مانند روشنایی LED، سوکت های هوشمند و سوئیچ ها مورد استفاده قرار می گیرند، قابلیت های غنی تری را در چرخه های توسعه کوتاه تر ارائه دهند.طراحان این دستگاه ها با مجموعه ای از الزامات سخت روبرو هستند: آنها نیاز به ادغام قابلیت های پردازش بالاتر، استانداردهای بی سیم متعدد،و عملکرد امنیتی قوی در حالی که کنترل دقیق هزینه های BOM و اطمینان از رفتار قابل پیش بینی دستگاه ها در یک محیط عملیاتی مداوم.
پیچیدگی اتصالات بی سیم این فشارها را تشدید می کند. پروتکل های بلوتوث کم انرژی (BLE) ، زیگبی، رشته و ماده به طور فزاینده ای در کنار هم وجود دارند.ساخت راه حل های مبتنی بر یک پروتکل واحد یا پیچیدگی معماری چند تراشهپشتیبانی از پروتکل های متعدد متضاد از طریق اجزای خارجی ممکن است پیشرفت توسعه را کند کند و منجر به بهره وری پایین شود.طراحی اینترنت اشیا به سمت استفاده از SoC های بی سیم تک تراشه تغییر کرده استاین نوع تراشه پردازش برنامه ، توابع امنیتی و عملیات بی سیم را در یک دستگاه واحد ادغام می کند.
SoC IoT بی سیم پیشرفته تمام نمودار طرحی استیک عملکردی را ادغام می کند
شکل 1: SoC بی سیم پیشرفته IoT کل استیک عملکردی را ادغام می کند و در مقایسه با راه حل های چند تراشه ای اولیه، بهره وری طراحی بالاتر را به دست می آورد. (منبع تصویر: Silicon Labs)
این SoC ها با معماری پیشرفته خود می توانند عملکرد بالا، امنیت قوی و قابلیت های اتصال انعطاف پذیر را ارائه دهند،این امکان را برای طراحان فراهم می کند تا به طور موثرتر به تقاضای سریع در حال تغییر دستگاه های هوشمند پاسخ دهند..
معماری یکپارچه می تواند نیازهای متنوع برنامه های IoT را برآورده کند
سری SixG301 تمام توابع مورد نیاز برای دستگاه های هوشمند خطی را ادغام می کند.SoC SixG301 بر اساس یک هسته پردازنده 150 MHz Arm Cortex-M33 با دستورالعمل های پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) و واحدهای ریاضی نقطه شناور (FPU) است (شکل 2)زیرسیستم پردازنده هسته را با حافظه دسترسی تصادفی روی تراشه (RAM) ، حافظه فلش بسته بندی شده ، کنترل کننده دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) و رابط عیب یابی ترکیب می کند.این معماری همچنین پشتیبانی جامع از دستگاه های هوشمند را از طریق ماژول های سخت افزاری اختصاصی برای اتصال فراهم می کند.، امنیت، مدیریت انرژی، ساعت ها، تایمرها و لوازم جانبی (از جمله توابع اختصاصی برای روشنایی LED).
نمودار طرحی معماری SoC EFR32BG22 از آزمایشگاه های سیلیکون (برای بزرگ کردن کلیک کنید)
شکل 2: معماری SoC بی سیم SixG301 پردازش برنامه، اتصال بی سیم و امنیت را ادغام می کند،ارائه عملکرد مقیاس پذیر و کاهش پیچیدگی سیستم برای دستگاه های هوشمند با خط. (منبع تصویر: سیلیکون لابز)
برای طراحان، سری SixG301 یک راه حل مقیاس پذیر را فراهم می کند که می تواند طیف گسترده ای از الزامات را برآورده کند.سری SiBG301 Bluetooth SoC از BLE پشتیبانی می کندسی ام جی 301 سری SoC چند پروتکل نه تنها از همان گزینه های بلوتوث پشتیبانی می کند بلکه پشتیبانی از IEEE 802 را نیز اضافه می کند.15.4 لایه فیزیکی (PHY) و لایه کنترل دسترسی رسانه (MAC) ، مناسب برای شبکه های بی سیم با سرعت داده پایین، از جمله Zigbee، Matter over Thread و OpenThread. در هر سری،مدل های مختلف نیز گزینه های پیکربندی اضافی ارائه می دهند، ارائه تا 512 کیلو بایت RAM و 4 MB حافظه فلش اجرای ایمن روی تراشه (XIP) چهار کانال رابط فرعی سریال (QSPI). صرف نظر از پیکربندی انتخاب شده،تمام اعضای سری SoC SixG301 دارای همان قابلیت های اصلی مورد نیاز برای نسل بعدی دستگاه های IoT هستند..
برنامه های کاربردی پیشرفته اینترنت اشیا به اتصال قوی متکی هستند و سری SixG301 طراحی شده است تا حتی در محیط های با تراکم بالا و مستعد تداخل که برای این برنامه ها معمول است، به طور قابل اعتماد کار کند.این سری از رادیوهای بی سیم کم مصرف (LPW) (شکل 3) یک هسته پردازنده رادیویی را ادغام می کند، RAM و مسیرهای اختصاصی انتقال و دریافت سیگنال، که یک زیرسیستم اتصال کامل را فراهم می کند.