作者 / 王瑩 王金旺 《電子產品世界》編輯(北京 100036)

摘要：以第四次工業革命為代表的工業物聯網(IIoT)正在發生。感知、測量、解讀、工業通信、網絡安全和邊緣計算(從簡單數據優化到機器學習)等都將圍繞IoT與IT的大融合而發生演化或變革。

高效與安全

利用IIoT技術提供更高效的解決方案

　　人們希望利用IIoT技術能提供更智能和高效的解決方案來解決過去需要花費很多人力物力的問題。例如工廠設備的健康檢測、物品運輸過程中的狀態監控、生產環境監控等。在所有這些應用中，都希望能夠實現數據的準確采集，并通過無線或有線的方式進行快速和可靠的傳輸，再對數據進行分析以及實時采取措施;因此都缺不了高精度的傳感器和相應的采樣調理電路、可靠的數據連接及數據分析能力。

　　ADI的IIoT產品方案

　　ADI的IIoT產品涵蓋感知、測量、解讀、連接和數據分析的各方面。

　　以連接為例，ADI提供2.4 GHz頻段的Mesh IP網絡，即Dust Network。這個網絡在2.4 GHz ISM頻段上實現了99.999%的高可靠性，并且功耗很低(一節紐扣電池可以用10年)。適用于對網路傳輸可靠性要求很高且希望免維護使用的工業應用場合。對于Dust Network，ADI不僅提供高性能的芯片和產品化的模組，同時提供相應的產品級的網絡協議棧。此外，ADI還提供SubGHz的RF產品和低功耗的處理器，搭配ADI的6 LoPan協議棧，在滿足低功耗的前提下，可以給客戶提供低于1 GHz的網絡連接(低頻段的無線連接具有更強的穿透能力和更遠的傳輸距離)。ADI的Dust Network或6 LoPan網絡，適用于工業客戶配置自己的私有子網及進行可靠的數據傳輸，并可以通過相應的網關，與廣域網(如NB-IoT)進行連接。

　　在感知、測量和解讀方面，ADI憑借高性能模數轉換及信號調理能力，提供多種高性能的傳感器，例如ToF、Radar(雷達)、聲音、氣體傳感器等解決方案。ADI提供全系列的MEMS傳感器，例如加速度計、陀螺儀和IMU等，被廣泛應用于各種工業應用，例如機器人、飛行器、傾角檢測、物品追蹤等。另外，ADI也非常重視數據分析，在這方面也有相應的投入。未來會在特定的IoT應用提供解決方案給客戶。

安全性對物聯網解決方案至關重要

　　實施靈活的安全解決方案來滿足物聯網這種不斷變化的趨勢要求至關重要。與各種各樣的物聯網標準類似，安全解決方案也不是一成不變的。重要的是，能夠創建一個可以安全認證并受到保護的唯一可信身份。有不同的方法來實現這種信任，并且可以根據特定系統所需的安全級別增加額外的措施。本質上，開發人員可以使用我們的可擴展、模塊化解決方案，幫助其將Microchip的硬件和開發生態系統接入他們的應用中，而幾乎無需開銷。

　　Microchip可以提供豐富的驗證器件，這些器件采用基于硬件的可信根存儲和加密對策，能輕松應對強大的攻擊。

　　在基本的安全層面上，單片機(MCU)可使用軟件算法來執行對稱加密，從而實現安全通信。隨著用戶變得越來越復雜并且希望使其連接的系統更安全，他們可以使用Microchip的CEC1702或SAM D51/E54等MCU，這些MCU現已包括用于公鑰加密的非對稱硬件加速器、用于認證和反克隆的哈希算法以及用于加密和解密數據的橢圓曲線。集成到MCU中的硬件加密加速器的運行速度遠快于軟件中運行的算法，有助于減小總體代碼長度。除了對系統進行驗證外，確保MCU僅執行可信代碼并提供安全固件更新的機制至關重要。這通過硬件驗證的啟動過程完成，以確保系統只能使用來自不可變源的代碼啟動。在MCU中的不可寫存儲器中，不可變源通常是非易失性的。

　　增加安全性另一種方法是使用ATECC608A等配套芯片，此芯片提供基于硬件的安全密鑰存儲，可確保產品、產品運行的固件、支持產品的附件及產品連接的網絡節點不會遭到克隆、偽造或篡改。

　　從運行在MCU上的SSL(安全套接字層)和TLS(傳輸層安全)等軟件解決方案到集成有高級硬件加密功能的MCU和MPU，Microchip可為客戶提供靈活、可擴展的MCU解決方案，從而實現安全連接并避免中間人、拒絕服務和后門攻擊。Microchip的解決方案還為安全固件更新提供了途徑，可保護系統免受惡意軟件或存儲器損壞的影響。

智慧工廠的安全性及電源效率

　　未來工廠的發展已經在智能化的道路上越走越遠，工業自動化設備的生產效率和產量也在不斷攀升。這就要求智慧工廠系統的設計需要復雜精密的傳感器、嵌入式處理、可靠的安全性以及優異的電源效率。

　　感知

　　智能、超小尺寸傳感器是自動化工廠設備的核心，負責收集各種用于智能決策的數據，例如距離、溫度以及壓力等參數。可以說，傳感器在優化生產、降低計劃外維護成本以及保持市場供求平衡方面發揮著核心的作用。

　　Maxim提供廣泛、全面的緊湊、低功耗傳感器IC，包括全面的溫度傳感器、光傳感器以及傳感器接口與通信、模擬前端(AFE)等方案。

　　Maxim新推出的MAX14819雙通道IO-Link主機收發器可提供集成成幀器和L+電源控制器完全兼容的IO-Link解決方案，并確保以低功耗實現可靠通信。此外，Maxim還提供滿足工業標準、種類豐富的RS-485/RS-422收發器。

　　嵌入式處理

　　智能傳感器收集的所有數據都需要由驅動工廠中分布式控制的緊湊型可編程邏輯控制器(PLC)進行處理，往往是實時處理。IIoT正在推動對大規模計算能力、更低功耗和更小尺寸的需求，以支持更高的制造效率。所以，低功耗MCU是為IIoT系統提供實時計算和處理的大腦。

　　Maxim的低功耗Arm? Cortex?-M4 FPU微控制器可幫助構建智能化IIoT設備，提供長電池壽命，可用于無線傳感器節點、過程自動化、電池供電的傳感器設計等。Maxim的MAX32600極低功耗Arm Cortex-M3微控制器，集成AFE，支持以很少的分立式元件進行高精度測量。

　　安全性

　　網絡攻擊事件不斷上演，而IoT設備已經成為遭受攻擊的薄弱節點。為保證IIoT的安全，就必須保證可以接觸到被收集和分析的數據的所有關鍵技術領域的安全，覆蓋從傳感器到網絡再到軟件和服務器。安全控制模塊可檢測偽冒產品，確保系統內使用正確的模塊，以及確保數據本身未被篡改。

　　Maxim最新發布的DS28E38 DeepCover?安全認證器采用ChipDNA? PUF (物理上無法克隆) 技術，設計者能夠以低成本輕松獲取主動保護方案，有效防御入侵式攻擊，可靠地保護其知識產權和產品。

　　電源效率

　　對于需要確保每天24小時、每周7天連續運轉生產線的工業系統設計者來說，生產率損失是其面臨的共同挑戰。同時，工業4.0和IIoT正在不斷降低自動化設備的體積，提高低功耗和低散熱要求。

　　Maxim的Pocket IO? PLC開發平臺重新定義了工廠運作方式并支持工業4.0應用，將傳統的生產過程升級到實時智能化管理、自適應生產及分布式控制，可快速、有效地做出決策、規避故障停機，極大程度提高生產力。

邊緣計算

網絡邊緣計算加速機器學習及推理

　　網絡邊緣計算，即在網絡邊緣進行“機器學習推理”的能力(智慧城市、智能工廠、智能汽車等)，可極大限度地減少決策和分析的延遲，相比通過網絡將所有數據發送到數據中心進行分析，也可減少網絡擁塞，增強用戶隱私(因為數據停留在本地設備上)，并可在無網絡連接的情況下進行“推理”。盡管機器學習技術已存在幾十年，得益于計算能力的發展和成本降低，以及獲得可用于“訓練”的海量數據(如數字圖像、視頻、音頻等)，近年來它才開始表現出比傳統算法更好的結果，使我們能夠構建更復雜，更深層次的卷積神經網絡(CNN)。

　　由于其并行處理架構，萊迪思FPGA適用于網絡邊緣“推理”應用，能夠以最低1 W的功耗實現很高的每秒運算(OPS)(與CPU和GPU相比)。使用FPGA提供的并行處理架構可顯著加速CNN處理。此外，由于我們還處于機器學習發展的早期階段，所以每天都有不斷改良的CNN架構正在研究和發布。 因此，在全新的CNN架構和技術確定前，靈活和可編程的硬件架構(諸如FPGA所提供的架構)可助力實現輕松升級。

　　對于那些希望快速開發的設計人員來說，萊迪思為嵌入式視覺解決方案提供了一個易于使用的快速原型開發平臺。嵌入式視覺開發套件是一個包含三塊開發板的模塊化平臺，包括CrossLink VIP輸入橋接板、ECP5 VIP處理器板和HDMI VIP輸出橋接板：

　　? CrossLink VIP輸入橋接板具有2個MIPI CSI-2接口，可連接至2個Sony IMX HD攝像頭傳感器;

　　? ECP5 VIP處理器板配有ECP5 FPGA，專門優化用于支持預處理和后處理。處理器板還通過NanoVestor連接器和與Helion Vision合作的高清圖像信號處理(ISP)IP支持外部圖像傳感器視頻輸入;

　　? 基于Sil1136 IC，HDMI VIP輸出板可連接標準的HDMI顯示器。

　　三塊開發板組成的套件可為機器人、無人機、ADAS、智能監控和AV / VR系統等應用提供所需的設計靈活性和低功耗。