摘要：本文針對智能感知在智能汽車、智能家居、可穿戴設備、智能工業等物聯網中的MCU、連接方案及傳感器的應用與發展，邀請相關廠商進行了深入探討和分析。

智能

　　物聯網應用中對傳感器及MCU的要求

　　根據麥肯錫預測，從2016到2025年之間，智能汽車應用平均每年創造$210B～$740B的價值，智慧城市應用平均每年創造$930B～$1.7T的價值，智能工業應用平均每年創造$1.2T～$3.7T的價值，智能家居應用平均每年創造$200B～$350B的價值。

　　包括智能汽車、智慧城市和能源、智能工業和商業以及智能家居和消費設備在內的物聯網應用將深刻改變人們生活的方方面面，創造巨大的商業價值。此外，通信技術(ICT)也是英飛凌關注的應用領域。英飛凌可以幫助客戶實現其在能效、安全性和可靠性等方面的目標。英飛凌擁有經認證的標準化安全解決方案組合，適用于聯網設備，包括服務器、路由器和網關。

　　在這些物聯網應用中，對傳感器及MCU都有一定的要求。

　　1)智能汽車需要大量先進的傳感技術，包括運動感知、速度/位置傳感、胎壓傳感以及高級駕駛輔助系統/駕駛人員監控等。同時還需要跨應用的控制技術;

　　2)在智慧城市和能源方面，智能路燈需要傳感器來感知移動物體，對于MCU的需求則包括LED燈進行色彩和亮度的控制，以及對通信的管理;樓宇自動化對傳感器的需求包括位置傳感、語音交互以及市內測量和導航，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理;

　　3)在智能工業和商業方面，工廠自動化對傳感器的需求包括速度和位置的傳感、角度和壓力的測量，同時也需要MCU來進行自動化控制;

　　4)在智能家居和消費設備方面，智能家居對傳感器的需求包括語音傳感(警報觸發)、智能抄表、位置感知、市內導航以及壓力傳感，對MCU的需求包括控制、通信管理以及傳感器管理。

　　在針對物聯網應用的傳感器領域，英飛凌擁有豐富多樣的產品。應用于馬達位置測量、變速器控制的電磁傳感器，應用于盲點檢測、自適應巡航控制以及自動剎車控制的24/77GHz雷達傳感器，應用于導航、運動與健康監測、側面碰撞/人行道檢測的壓力傳感器等;在MCU領域，我們提供的產品包括應用于車輛內/外通信控制、網關通信控制、動力系統/逆變器控制以及輔助駕駛的AURIXTM微控制器產品線，應用于智能家居、健康/健身、交通和基礎設施以及自動控制、充電站、逆變器控制的XMCTM微控制器產品線。

　　Cypress適用于可穿戴產品的PSoC系列

　　Cypress經過近年來的技術革新和兼并收購，培育了一大批物聯網應用市場以及客戶，包括智能家電、工業自動化、智能移動設備以及可穿戴設備等。這些應用與傳統產業革新和個體消費需求密切相關，具有很大的發展潛力。而其中可穿戴是未來公司投資和發展的重要物聯網應用。盡管在這個領域已經有很多競爭對手在積極參與，但是Cypress經過過去幾年的發展，已經開始逐漸成熟并培育了不少頗具潛力的應用，包括和健康、運動、醫療相關的產品和服務。

　　對于應用在可穿戴設備產品中的MCU，基本的需求是低功耗、小封裝、高集成度和易用性。其中高集成度方面除了傳統的數字通訊接口、控制接口以及模擬采集接口外，我們也看到了越來越多的無線通訊接口需求。另外，近年來對于可穿戴產品數據安全的考慮，MCU的安全性(包括用戶認證和數據加密等)也越來越受關注。

　　Cypress的PSoC系列可編程MCU適用于可穿戴產品。我們的PSoC產品不僅具有高集成度和低功耗的特點，還集成了Cypress特有的可編程數字和模擬單元，使用戶在開發過程中具備高度的靈活性，在不需要修改硬件的情況下實現功能的擴展和調試。PSoC Creator圖形化開發工具也使得用戶的開發變得非常直觀和便捷，為可穿戴產品的快速上市提供了強力的支持。另外，除了成熟的PSoC 4低功耗、可編程Cortex-M0+ MCU產品外，我們也將很快推出超低功耗、高性能，集成藍牙、觸摸和模擬前端等高級功能的PSoC 6系列。這個產品是為可穿戴產品量身定制的。在收購了博通IoT無線產品部門后，Cypress在Wi-Fi和藍牙領域的實力也大大加強，為可穿戴應用提供了堅實的技術基礎。

　　物聯網對軟件與硬件的需求

　　MCU是物聯網的基本組成單元，毫無疑問會有廣泛應用的市場需求，但物聯網市場的碎片化也會帶來不同的需求。半導體工藝的演進以及新的通信連接技術都會帶動芯片市場的變化，比如傳統的以控制功能為主要任務的MCU，它的技術路線可能會進一步延展到對物理世界認知能力的不斷改善提高，一方面會依托各種Sensor/MEMS等模擬器件的進步，另一方面也會催生基于更復雜算法情況下對于處理器性能的更高要求。同時MCU的控制功能可能會和連接功能進一步區分開，會有越來越多專門針對物聯網的連接協議及安全/設備管理以及與云端對接的專門IoT連接產品，它們可以使用更先進的半導體工藝以降低功耗和成本，因為它們可能不用再繼續擔心模擬器件對工藝的不同需求。

　　除了硬件產品，我們認為軟件在物聯網時代將發揮越來越大的作用，一個典型例子就是對于算法IP包括數據信息安全的保障。隨著物聯網連接設備以及數據的增加，我們覺得這方面的市場需求將會日益顯現。

　　很多物聯網設備由于工作場合的限制會采用電池供電以及無線連接，這對MCU的低功耗有著迫切的需求。但同時物聯網應用又是碎片化的，所以芯片廠商為了平衡成本只能采用通用MCU來嘗試涵蓋大部分應用。隨著半導體工藝的演進以及物聯網應用市場的發展，將來也許會有廠商針對物聯網市場開發出專用的芯片，現有MCU中常用的模擬外設等功能也許會被拿掉，從而專注于算法和連接，在更先進的半導體工藝下實現更低的功耗及成本。簡單說就是以控制為主要功能的MCU和以智能化分析/連接為主要功能的物聯網芯片也許會分家但又同時共存。

　　Imagination可擴展處理器IP解決方案

　　MCU是促進物聯網增長的關鍵器件，未來幾年內，物聯網產品數量將會大大增加。主要領域包括智慧城市、工業控制、無線通信、汽車、醫療監測、可穿戴設備等。Imagination產品可以應用于物聯網從前沿設備到云端的多個領域，其中MIPS M級別CPU適用于為物聯網產品提供支持的MCU，涵蓋從傳感器控制到視頻監控/管理系統。

　　MCU應用的廣泛性對性能、功能、特點和運行環境都有具體要求，這意味著MCU必須是靈活可擴展的。另一方面，MCU必須有很高的動態功效，可使系統在最小功率范圍內(50到300MHz以上)運行。

　　只有CPU的系統無法實現傳感器控制和管理產生的大量信號處理需求。Sensor Fusion(傳感器融合)適用于單個系統里的多傳感器采集。這需要高水平的信號處理能力，將信號從嘈雜的環境中分離出來。Sensor Fusion提供實時校準和自校正控制，在有時間限制的應用中，只能通過使用高精度的DSP和FPU協處理能力實現。同時，這也給許多傳感器帶來了挑戰，如加速傳感器、陀螺儀、壓力/溫度/觸摸傳感器等，每一個傳感器都有自己的控制/管理算法，通過給DSP/FPU下達指令實現一個高效的系統。

　　因為MCU適合更大的系統，設計者必須考慮到MCU可以與其他組件輕松集成。比如有相同的/通用總線接口，可無縫連接外圍設備和通信模塊，如Wi-Fi和低功耗藍牙?；ゲ僮餍院桶踩砸餐瑯又匾?。不同來源的系統和設備必須能夠共同工作，確保用戶、設備和云端的無障礙溝通。這就需要開放的標準。除此以外，安全性、可靠性以及在汽車行業的認證也是需要考慮的因素。

　　Imagination提供一系列可擴展的處理器IP解決方案(包括PowerVR多媒體、MIPS CPU以及Ensigma連接)，幫助設計師輕松快速地開發出差異化的物聯網產品。我們的IP家族由OmniShield多域安全技術支持，我們將這項技術帶入包括MCU級別的CPU各層次的產品線。我們的技術還可以一起工作，提供更深層次的差異化。例如，MIPS和Ensigma共同應用在Ensigma Whisper射頻處理器(RPUs)上，為需要延長電池壽命、降低成本的可穿戴設備、物聯網以及其他連接設備提供支持。

連接

　　M2.COM無線傳感平臺推動無線傳感網發展

　　科技的發展拉動了物聯產業的快速增長，而物聯網有三個層面的需求，第一是要把信息收集起來，第二是通過一個安全的通道把這些前端信息傳輸回來，第三就是對收回的這些信息進行應用。在工業物聯網中，目前最迫切需要解決的問題是如何快速且精準地搜集數據。要解決這個問題，需要具備傳感接入、無線傳輸技術與嵌入式運算等三種核心能力。

　　由于傳感器有溫度、氣體、二氧化碳、濕度等各種數據，因此，它們的接口都不同，過去行業里沒有一個統一的標準，導致各自有各自的協議，阻礙了物聯網的落地。針對前端傳感器的接口標準，研華等企業聯手推出了M2.COM。

　　M2.COM為開放式標準“感?傳”平臺，為物聯網平臺提供商、通信服務提供商、系統集成商和技術供貨商提供一個共同的標準平臺，促成各界的伙伴合作與技術交流，來達成物聯網產業的加速發展。M2.COM標準是開放的，其標準模塊很小，傳感器廠商只要再做一個底下的搭板，兩個板搭起來就變成無線傳感模塊。目前已與合作伙伴推出多個小板。

　　未來5~10年研華主做兩件事。第一，所做的軟硬件模塊/中間件可以用在各行各業，例如在影像技術領域提供基本的中間件，使客戶能夠做上面的各種應用，諸如零售業的人流統計，工廠的機器視覺等。第二，把全球的大廠聚集起來，一起推M2.COM標準，使無線傳感網快速建立起來。因為物聯網最基礎的是感知、搜集信號/數據，原本傳統做傳感、模塊的不同廠商，要可以讓它們互相通信。

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第9期第13頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。