縮短邊緣節(jié)點(diǎn)獲得見解的時(shí)間可以在數(shù)據(jù)可用后立即做出關(guān)鍵決策。憑借理論上無限的處理能力和通信數(shù)據(jù)，來自所有邊緣節(jié)點(diǎn)感知信息的全部帶寬可以發(fā)送到云中的遠(yuǎn)程計(jì)算站?？梢赃M(jìn)行大量計(jì)算來挖掘有價(jià)值的細(xì)節(jié)，以做出明智的決策。但是，電池電量、通信帶寬和計(jì)算周期密集型算法的限制使得該方案只是一個(gè)概念，而不是實(shí)際實(shí)現(xiàn)。

在這個(gè)由多部分組成的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系列中，我們將在更大的物聯(lián)網(wǎng)框架內(nèi)分解和探索邊緣節(jié)點(diǎn)解釋的基本方面：傳感、測量、解釋和連接數(shù)據(jù)，并額外考慮電源管理和安全性。來自邊緣節(jié)點(diǎn)的所需數(shù)據(jù)集可能只需要是完整寬帶信息的離散子集。同樣，數(shù)據(jù)可能僅在請求時(shí)提供傳輸。高能效超低功耗（ULP）處理也應(yīng)該是任何邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)施的關(guān)鍵方面。

智能分區(qū)范式轉(zhuǎn)變

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及其前身機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信的先驅(qū)時(shí)代在很大程度上是由云平臺作為主要應(yīng)用推動(dòng)者的角色定義的。智能系統(tǒng)歷來僅依靠云級別功能來獲得洞察力。實(shí)際的邊緣傳感器設(shè)備相對不復(fù)雜。然而，隨著邊緣節(jié)點(diǎn)的低功耗計(jì)算能力以比云更快的速度發(fā)展，這個(gè)舊前提目前正在被撼動(dòng)。邊緣節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在提供檢測、測量、解釋和連接的功能。

從連接的傳感器模型到智能設(shè)備模型的智能分區(qū)范式正在轉(zhuǎn)變。這提供了更多可用的架構(gòu)選擇，并允許部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的組織以獨(dú)特的方式增強(qiáng)其物理資產(chǎn)和流程。邊緣計(jì)算分析，也稱為邊緣智能或解釋，正在推動(dòng)這一轉(zhuǎn)變。大規(guī)模工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署依賴于安全、高能效且易于管理的各種智能節(jié)點(diǎn)的可用性。

邊緣分析

如果不仔細(xì)關(guān)注邊緣節(jié)點(diǎn)分析中的應(yīng)用程序要求，最高質(zhì)量的感測數(shù)據(jù)仍然可以被邊緣化。邊緣傳感器設(shè)備可能受到能量、帶寬或原始計(jì)算能力的限制。這些約束會(huì)傳播到協(xié)議選擇，這些協(xié)議選擇可以將 IP 堆棧減少到最小的閃存或 RAM。這可能會(huì)使編程具有挑戰(zhàn)性，并且可能會(huì)犧牲一些知識產(chǎn)權(quán)利益。

邊緣處理可以是一種分析主張，作為一種分析靠近其源的數(shù)據(jù)的方法，以及將其發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行云級分析。在信號鏈中盡早移動(dòng)實(shí)時(shí)分析邊緣處理可減少下游的有效載荷負(fù)擔(dān)并縮短延遲。如果初始數(shù)據(jù)處理可以在邊緣節(jié)點(diǎn)完成，這將簡化所需的數(shù)據(jù)格式、通信帶寬以及云網(wǎng)關(guān)的最終聚合。通過與傳感器緊密耦合的時(shí)間敏感反饋回路可以提供即時(shí)處理，從而提供更有價(jià)值的明智決策。

然而，這需要預(yù)先了解從感測和測量數(shù)據(jù)中期望哪些特定信息是有價(jià)值的。由于空間分離或應(yīng)用程序差異，它也可能因邊緣節(jié)點(diǎn)而異。事件警報(bào)、觸發(fā)器和中斷檢測可以忽略大部分?jǐn)?shù)據(jù)，只傳輸必要的數(shù)據(jù)。

時(shí)間折舊

貨幣的時(shí)間價(jià)值是今天一美元在未來某個(gè)時(shí)候比一美元更值錢的想法。類似地，數(shù)據(jù)有一個(gè)時(shí)間常數(shù)。數(shù)據(jù)的時(shí)間值意味著你在這幾秒內(nèi)感知到的數(shù)據(jù)在一周、一天甚至一小時(shí)內(nèi)不會(huì)那么重要。出色的關(guān)鍵任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)示例包括熱浪涌檢測、氣體泄漏檢測或需要立即采取行動(dòng)的災(zāi)難性機(jī)械故障檢測。時(shí)間敏感數(shù)據(jù)值衰減從解釋點(diǎn)開始。有效解釋數(shù)據(jù)和采取行動(dòng)的延遲時(shí)間越長，決策的價(jià)值就越低。為了解決工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的時(shí)間折舊之謎，我們必須進(jìn)一步了解信號鏈。

邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)的處理算法可用于過濾、篩選、調(diào)諧和細(xì)化采樣數(shù)據(jù)，使其精確到所需的最小子集。這需要首先定義感興趣的窄數(shù)據(jù)?？烧{(diào)帶寬、采樣速率和動(dòng)態(tài)范圍有助于在開始時(shí)在硬件的模擬域中建立此基線。通過使用所需的模擬設(shè)置，傳感器將僅針對所需的信息，并為高質(zhì)量的解釋數(shù)據(jù)提供更短的時(shí)間常數(shù)。

邊緣的數(shù)字后處理可以進(jìn)一步聚焦感興趣的數(shù)據(jù)。邊緣傳感器上對數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率分析可以在信息離開節(jié)點(diǎn)之前對信號內(nèi)容做出早期決策。執(zhí)行快速傅里葉變換 （FFT）、有限脈沖響應(yīng) （FIR） 濾波和使用智能抽取是一些縮小采樣數(shù)據(jù)范圍的高階計(jì)算模塊。在某些情況下，在大幅降低數(shù)據(jù)的全部帶寬后，只需要從邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸出通過或失敗信息的增量痕跡導(dǎo)航。

在圖1中，我們可以看到，在沒有前端模擬濾波器或數(shù)字后處理濾波器的情況下，抽取8的簡單信號（左）將混疊新的無用信號（中）以頻率折疊到新的所需信號頻段（右）。數(shù)字后處理使用數(shù)字信號處理器（DSP）或微控制器單元（MCU），使用半帶FIR低通濾波器作為抽取的配套，將通過濾除干擾混疊信號來幫助防止此問題。

圖1.混疊可以在沒有前端濾波器或數(shù)字后處理的情況下發(fā)生。

邊緣節(jié)點(diǎn)洞察處理 — 智能工廠

領(lǐng)先的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是工廠機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測解決方案。該解決方案的目的是在故障發(fā)生之前識別和預(yù)測機(jī)器性能問題。在邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)，多軸高動(dòng)態(tài)范圍加速度計(jì)監(jiān)測工業(yè)機(jī)器上不同位置的振動(dòng)位移。原始數(shù)據(jù)可以被濾波和抽取，以便在微控制器單元內(nèi)進(jìn)行頻域解釋?？梢蕴幚砼c已知性能限制進(jìn)行比較的 FFT，以針對下游的通過、失敗和警告警報(bào)進(jìn)行測試。FFT內(nèi)的處理增益可以通過FIR濾波來實(shí)現(xiàn)，以消除目標(biāo)帶寬之外的寬帶噪聲。

邊緣節(jié)點(diǎn)處理是機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控的重要組成部分。采樣數(shù)據(jù)的完整帶寬可能會(huì)為無線網(wǎng)關(guān)的聚合提供重大瓶頸?？紤]到一臺機(jī)器可能有許多傳感器，并且可能同時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)百臺機(jī)器。微控制器單元內(nèi)的濾波和智能決策為無線收發(fā)器提供低帶寬輸出，而無需在云端進(jìn)行密集的濾波器處理。

圖2顯示了用于機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測的信號鏈，其中加速度計(jì)傳感器測量位移振動(dòng)特征。通過在邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行后處理，可以在FFT計(jì)算之前對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和抽取，從而在感興趣的窄帶寬內(nèi)進(jìn)行頻率分析。

圖2.用于振動(dòng)監(jiān)測的典型信號鏈。

在FFT計(jì)算過程中，類似于實(shí)時(shí)示波器，在FFT完成之前，處理可能會(huì)對新的時(shí)域活動(dòng)視而不見。第二個(gè)線程中的備用時(shí)域路徑也可用于防止數(shù)據(jù)分析中的空白。

如果精確知道目標(biāo)的機(jī)械特征頻率，則可以規(guī)劃微控制器單元內(nèi)ADC和FFT大小的采樣速率，使最大能量落在單個(gè)直方圖箱的寬度范圍內(nèi)。這將防止信號功率泄漏到多個(gè)箱中，從而降低幅度測量的精度。

圖3提供了一個(gè)FFT示例，其中在邊緣節(jié)點(diǎn)MCU內(nèi)為多個(gè)觀察到的機(jī)械組件解釋特定的預(yù)定區(qū)域。在所需綠色區(qū)域內(nèi)達(dá)到峰值的箱能量表示運(yùn)行令人滿意，而黃色和紅色區(qū)域分別表示警告和嚴(yán)重警報(bào)。較低的數(shù)據(jù)速率報(bào)警或觸發(fā)痕跡導(dǎo)航不會(huì)傳輸全部傳感器帶寬，而是可以提醒系統(tǒng)感興趣區(qū)域內(nèi)的偏移事件。

圖3.FFT倉能量可用于觸發(fā)警報(bào)。

動(dòng)態(tài)范圍、符號和精度

邊緣分析的計(jì)算能力有多種選擇。處理算法有多種選擇，從提供有限控制的簡單 MCU、作為復(fù)雜片上系統(tǒng) （SoC） 的更復(fù)雜的 MCU，到強(qiáng)大的多核數(shù)字信號處理。處理內(nèi)核大小、單核或雙核操作、指令性 RAM 緩存大小以及固定與浮點(diǎn)需求是典型的技術(shù)考慮因素。通常，在節(jié)點(diǎn)上可用的功率預(yù)算和應(yīng)用程序的計(jì)算要求之間進(jìn)行權(quán)衡。

對于數(shù)字信號處理，兩個(gè)類別指定用于存儲和操作傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)字表示的符號格式：定點(diǎn)和浮點(diǎn)。不動(dòng)點(diǎn)是指數(shù)字在小數(shù)點(diǎn)之后（有時(shí)在小數(shù)點(diǎn)之前）用固定位數(shù)表示的方式。使用此方法的 DSP 使用至少 16 位和 216 種可能的位模式處理整數(shù)，例如正整數(shù)和負(fù)整數(shù)。相比之下，浮點(diǎn)數(shù)使用具有至少 232 種可能模式的有理數(shù)。3使用浮點(diǎn)計(jì)算方法的DSP可以處理比定點(diǎn)更廣泛的值范圍，并且能夠表示非常大或很小的數(shù)字。

浮點(diǎn)處理確?？梢员硎靖蟮臄?shù)字動(dòng)態(tài)范圍。如果要計(jì)算大量傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，而確切的范圍在檢測之前可能未知，這一點(diǎn)很重要。此外，由于每個(gè)新計(jì)算都需要數(shù)學(xué)計(jì)算，因此舍入或截?cái)嗍枪逃械慕Y(jié)果。這會(huì)在數(shù)據(jù)中產(chǎn)生量化誤差或數(shù)字信號噪聲。量化誤差是理想模擬值與其數(shù)字表示（最接近的舍入值）之間的差值。這些值之間的量化差距越大，數(shù)字噪聲就越明顯。當(dāng)精度和精度對解釋的傳感器數(shù)據(jù)很重要時(shí)，浮點(diǎn)處理比定點(diǎn)處理產(chǎn)生更高的精度。

性能

固件設(shè)計(jì)人員應(yīng)以最高效率實(shí)現(xiàn)計(jì)算應(yīng)用，因?yàn)椴僮鲌?zhí)行的速度至關(guān)重要。因此，描述數(shù)據(jù)解釋的處理要求以確定是否需要定點(diǎn)計(jì)算或浮點(diǎn)計(jì)算才能實(shí)現(xiàn)最大效率非常重要。

可以對定點(diǎn)處理器進(jìn)行編程以執(zhí)行浮點(diǎn)任務(wù)，反之亦然。但是，這是非常低效的，并且會(huì)影響處理性能和功耗。定點(diǎn)處理器在針對不需要密集計(jì)算算法的大批量通用應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的地方大放異彩。相反，浮點(diǎn)處理器可以利用專門的算法來簡化開發(fā)和更高的整體精度。

雖然性能不高，但處理器中支持的 GPIO 引腳數(shù)量可以提供輔助選擇標(biāo)準(zhǔn)。直接支持目標(biāo)傳感器的正確控制接口，例如 SPI、I2C、SPORT 和 UART 可降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性。內(nèi)核處理時(shí)鐘速度、每次執(zhí)行的位數(shù)、可用于處理的嵌入式指令 RAM 數(shù)量以及內(nèi)存接口速度都將影響邊緣節(jié)點(diǎn)的處理能力。實(shí)時(shí)時(shí)鐘有助于為數(shù)據(jù)添加時(shí)間戳，并允許跨多個(gè)平臺調(diào)整處理。

處理計(jì)算能力通常在MIPS或MMAC中定義。MIPS是一秒鐘內(nèi)可以執(zhí)行的百萬條指令數(shù)。MMAC 是每秒可執(zhí)行的單精度浮點(diǎn)或定點(diǎn)乘法累加 32 位運(yùn)算的數(shù)量，以百萬為單位。對于 16 位和 8 位操作，MMAC 性能值分別提高了 2× 倍和 4×。3

安全

雖然工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的完全安全性涵蓋每個(gè)系統(tǒng)、傳輸和數(shù)據(jù)點(diǎn)訪問，但微控制器和 DSP 提供內(nèi)部安全功能。高級加密標(biāo)準(zhǔn) （AES） 提供了一種在有線鏈路（如 UART/SPI 或無線鏈路）上添加安全性的方法。在無線射頻通信的情況下，AES加密是在通過邊緣節(jié)點(diǎn)無線電進(jìn)行有效載荷傳輸之前執(zhí)行的。接收節(jié)點(diǎn)相應(yīng)地執(zhí)行反向解密。電子代碼塊 （ECB） 或密碼塊鏈 （CBC） 是 AES 的典型模式。4通常首選 128 位或更大的安全密鑰。真隨機(jī)數(shù)生成器用作處理器內(nèi)安全計(jì)算的一部分。這些方案的細(xì)節(jié)將在以后的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)文章中更詳細(xì)地描述，以獲得更全面的安全方法。

單核或雙核

原始處理能力將始終是需求。高效的原始處理能力甚至更好。多核MCU和DSP可以為算法提供額外的計(jì)算能力，這些算法特別受益于密集并行處理。但是，經(jīng)常處理不同數(shù)據(jù)的需求也在增加。這催生了一類多核微控制器，它們將兩個(gè)或多個(gè)具有特定但不同功能優(yōu)勢的內(nèi)核結(jié)合在一起。通常稱為異構(gòu)或非對稱多核設(shè)備，它們通常具有兩個(gè)配置文件截然不同的內(nèi)核。

非對稱MCU的一個(gè)例子可以同時(shí)采用ARM Cortex-M3和Cortex-M0，它們使用處理器間通信協(xié)議進(jìn)行通信。這使得 M3 能夠?qū)Ｗ⒂诜敝氐臄?shù)字信號處理任務(wù)，而 M0 則實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用中強(qiáng)度較低的控制方面。??5該概念允許將更簡單的任務(wù)卸載到較小的內(nèi)核上。分區(qū)最大化了更強(qiáng)大的 M3 內(nèi)核的處理帶寬，用于計(jì)算密集型處理，這實(shí)際上是協(xié)同處理的核心。內(nèi)核間通信使用共享 SRAM，一個(gè)處理器引發(fā)中斷供另一個(gè)處理器檢查。當(dāng)接收處理器引發(fā)中斷作為響應(yīng)時(shí)，將確認(rèn)此警報(bào)。

異構(gòu)多核MCU的另一個(gè)好處是克服嵌入式閃存的速度限制。通過在兩個(gè)小內(nèi)核之間以非對稱方式劃分任務(wù)，可以訪問內(nèi)核的全部性能，同時(shí)仍利用低成本嵌入式內(nèi)存。實(shí)施嵌入式閃存的成本通常決定了MCU的成本，因此可以有效地消除瓶頸。在可用功率預(yù)算內(nèi)平衡處理器需求可能是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。5

力量平衡

許多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)必須能夠使用相同的小型電池運(yùn)行多年，即使可以收集能量也是如此。ULP操作將是這些節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，并且必須選擇能夠最小化節(jié)點(diǎn)實(shí)際電流消耗的組件。6

許多最適合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的MCU都基于ARM系列Cortex-M嵌入式處理器，這些處理器面向低功耗MCU和傳感器應(yīng)用。7從針對高能效簡單應(yīng)用優(yōu)化的 Cortex-M0+ 到適用于需要浮點(diǎn)和 DSP 操作的復(fù)雜高性能應(yīng)用的 Cortex-M4，不一而足?？梢允褂酶叩奶幚韮?nèi)核，但代價(jià)是低功耗。

ARM CPU 在代碼大小、性能和效率方面提供了一個(gè)起點(diǎn)。但是，當(dāng)涉及到MCU在活動(dòng)或深度睡眠模式下的實(shí)際電流消耗時(shí)，許多超低功耗功能完全取決于MCU供應(yīng)商。有源電流消耗會(huì)受到工藝技術(shù)選擇、緩存和處理器整體架構(gòu)的嚴(yán)重影響。MCU 休眠電流和 CPU 休眠時(shí)可用的外設(shè)功能主要受 MCU 設(shè)計(jì)和架構(gòu)的影響。

EEMBC是一個(gè)行業(yè)聯(lián)盟，通過幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員了解其系統(tǒng)的性能和能源特性，開發(fā)基準(zhǔn)測試，幫助他們選擇最佳處理器。The ULPMark?-每個(gè)設(shè)備報(bào)告的 CP 分?jǐn)?shù)是計(jì)算出的單數(shù)品質(zhì)因數(shù)。該套件中每個(gè)單獨(dú)基準(zhǔn)測試的分?jǐn)?shù)允許設(shè)計(jì)人員對基準(zhǔn)進(jìn)行加權(quán)和匯總，以滿足特定的應(yīng)用要求。8

傳感器邊緣節(jié)點(diǎn)的功率預(yù)算將與其處理能力直接相關(guān)。如果功率預(yù)算與邊緣節(jié)點(diǎn)分析的處理需求不一致，則可能需要進(jìn)行權(quán)衡。性能效率會(huì)影響傳感器邊緣節(jié)點(diǎn)的電源效率。微控制器的典型功耗指標(biāo)是指定每MHz計(jì)算使用的有功電流量。例如，對于基于 ARM Cortex-M3 的 MCU，電流可能達(dá)到每 MHz 數(shù)十 μA。

占空比

邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗最小化通?；趦蓚€(gè)因素：節(jié)點(diǎn)在活動(dòng)時(shí)消耗多少電流，以及它必須保持活動(dòng)狀態(tài)才能檢測、測量和解釋的頻率。該占空比將根據(jù)節(jié)點(diǎn)中使用的傳感器和處理器的類型以及算法的要求而變化。

如果不考慮MCU電流消耗，大部分活動(dòng)狀態(tài)將在邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)消耗大量功率，并將電池供電應(yīng)用的使用壽命縮短至僅數(shù)小時(shí)或數(shù)天。

圖4.邊緣傳感器節(jié)點(diǎn) MCU 內(nèi)的大部分活動(dòng)狀態(tài)可能會(huì)消耗多余的功率。

通過對節(jié)點(diǎn)內(nèi)的組件進(jìn)行占空比，確保它們僅在嚴(yán)格需要時(shí)才處于活動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能。MCU很少完全關(guān)閉。它必須專門針對低功耗操作進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，以使MCU能夠完全控制邊緣傳感器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)消耗盡可能少的能量。最小化MCU電流消耗就是要使MCU盡可能頻繁地休眠，同時(shí)仍允許它在需要時(shí)執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)。

將MCU保持在低功耗休眠模式下，使其處于大部分非活動(dòng)狀態(tài)，僅在短時(shí)間內(nèi)處于活動(dòng)狀態(tài)，可以將邊緣節(jié)點(diǎn)的電池壽命延長至多年。

圖5.使MCU保持大部分非活動(dòng)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)最佳功耗降低。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的許多邊緣節(jié)點(diǎn)傳感解決方案可能不需要處理連續(xù)不間斷的數(shù)據(jù)流。使用中斷事件閾值忽略已知越界條件的數(shù)據(jù)會(huì)降低處理能力。為了節(jié)省功率和帶寬，可以提前知道可預(yù)測的導(dǎo)通占空比。此外，基于感測信息狀態(tài)的可變占空比可以觸發(fā)有功或降低功率狀態(tài)。

微控制器或DSP的響應(yīng)時(shí)間和功耗（包括開啟和關(guān)閉）可能是低帶寬應(yīng)用的重要設(shè)計(jì)考慮因素。例如，在建筑物內(nèi)不活動(dòng)期間，來自溫度和光傳感器的數(shù)據(jù)傳輸可能會(huì)顯著減少。這允許傳感器節(jié)點(diǎn)的休眠時(shí)間更長，信息傳輸更少。

為了提供快速反應(yīng)，許多微控制器除了完全激活外，還提供各種低功耗操作狀態(tài)，例如睡眠、靈活、休眠和完全掉電。每種模式都會(huì)在不需要時(shí)關(guān)斷各種內(nèi)部計(jì)算模塊以提高電源效率，通常會(huì)將電流要求改變幾個(gè)數(shù)量級。這種功率優(yōu)勢的代價(jià)是，過渡到完全活動(dòng)將有一些最短的有限響應(yīng)時(shí)間。在稱為靈活模式的混合配置中，計(jì)算內(nèi)核處于睡眠模式，而外設(shè)接口保持活動(dòng)狀態(tài)。休眠模式可以提供SRAM數(shù)據(jù)保留，并可選擇仍允許實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持活動(dòng)狀態(tài)。

圖6中詳細(xì)的MCU功耗與時(shí)序關(guān)系圖顯示了每種低功耗MCU模式、轉(zhuǎn)換時(shí)間和占空比的影響。當(dāng)MCU處于非活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，使用低功耗狀態(tài)是保持在低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)預(yù)算范圍內(nèi)的關(guān)鍵。9

圖6.詳細(xì)的MCU功耗與時(shí)序圖。

傳感器融合

先進(jìn)的模擬微控制器提供完整的混合信號計(jì)算解決方案。帶有嵌入式精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的前端模擬多路復(fù)用器可實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的傳感器融合方法。在數(shù)字處理之前，可以將多個(gè)傳感器輸入發(fā)送到單個(gè)微控制器。板載數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和微控制器對附近其他設(shè)備的反饋可實(shí)現(xiàn)快速反饋回路。其他嵌入式電路模塊（如比較器、帶隙基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器和鎖相環(huán)）為多傳感器邊緣節(jié)點(diǎn)提供了額外的算法靈活性。10

圖7.可以在單個(gè)模擬微控制器中處理多個(gè)傳感器信號。

來自多個(gè)傳感器的模擬信號可以發(fā)送到單個(gè)精密模擬微控制器。微控制器內(nèi)的算法可以智能地將信息組合在一個(gè)稱為傳感器融合的過程中。

這種類型的邊緣節(jié)點(diǎn)處理的一個(gè)示例是在室外污染監(jiān)視器中。在此類應(yīng)用中，來自多個(gè)輸入的數(shù)據(jù)（包括氣體、溫度、濕度和顆粒傳感器）在單個(gè)處理器中融合和分析。根據(jù)這些信息，可以進(jìn)行處理，以基于僅在本地傳感器節(jié)點(diǎn)上已知的校準(zhǔn)和補(bǔ)償生成污染數(shù)據(jù)。然后，可以將這些校準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進(jìn)行歷史分析。在某些情況下，可能需要獨(dú)特的一次性調(diào)試來配置每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的特定環(huán)境偏移。9

ADI公司投資了ULP平臺，該平臺在傳感器、處理器和高能效模式下的強(qiáng)大功能集方面進(jìn)行了重大創(chuàng)新。最近發(fā)布的ADuMC3027和ADuMC3029系列微控制器具有26 MHz ARM Cortex-M3內(nèi)核的性能，工作電流規(guī)格在活動(dòng)模式下小于38 μA/MHz，在待機(jī)模式下小于750 nA。這種高效的電源本地處理能力降低了整體系統(tǒng)功耗，同時(shí)大大減少了通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的需求。9

ADI公司提供各種MCU和DSP引擎，可幫助智能捕獲和處理發(fā)往云的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。ADuCM36x系列提供集成雙通道?-Δ型ADC的ARM Cortex-M3處理內(nèi)核。ADI公司的SHARC數(shù)字信號處理器系列為許多動(dòng)態(tài)范圍至關(guān)重要的應(yīng)用提供實(shí)時(shí)浮點(diǎn)處理性能。?4

下一代 Cortex-M33 處理器基于 ARMv8-M 架構(gòu)，具有經(jīng)過驗(yàn)證的 ARM TrustZone?使用處理器內(nèi)置的硬件幫助保護(hù)受信任的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)的技術(shù)。隨著世界變得越來越互聯(lián)，保護(hù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)對于擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)采用的增長至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷