嵌入式系統原型設計的未來

盡管一些行業年復一年地經歷了嵌入式系統復雜性的不斷增加，但未來幾年不太可能有任何行業能夠擺脫它。一些新興趨勢促成了這一點，主要是對互聯網連接或網絡傳感器、控制器和執行器以及物聯網 （IoT） 的推動。這種轉變也轉向電氣化系統，并為以前的機械或模擬電氣系統增加“智能”。因此，設計人員和開發人員在進行嵌入式系統設計時需要考慮的因素越來越多。

這些趨勢在可再生能源、汽車、工業和射頻/微波通信行業中很明顯，在短短幾年內，傳統的模擬嵌入式電子控制系統主要被微控制器（MCU）、微處理器（MPU）、數字信號控制器（DSC）和大量數字驅動外設所取代。

嵌入式系統的復雜性和數量不斷增加，為敏捷且技能嫻熟的組織創造了機會和新市場，以便在這些機會出現時快速響應。然而，響應市場的任務已成為一項更大的挑戰，這不僅是因為現代嵌入式系統的普遍復雜性，而且現在還由于消費者需求的快速變化，從而減少了理想的市場窗口。這在幾乎每個行業的原始電子制造商（OEM）中引起了爭論。無論是購買商用現貨 （COTS） 解決方案、從頭開始開發產品，還是修改 COTS 以適應所需的規格，可能的解決方案的數量只會使情況變得更加復雜。

無論采用哪種方法，在為新的嵌入式設計選擇MCU、MPU或DSC時，有幾個主要考慮因素。這包括開發板的選擇、補充應用程序并與開發板兼容的模塊、早期開發軟件和資源、原型/概念驗證系統安全性和最終產品安全性之間的差異，以及從原型到生產的過渡。Microchip設計人員認識到這些挑戰，實施了開發硬件，軟件和資源的生態系統，以幫助設計人員和開發人員進行這些考慮和過渡。

本文旨在討論與為嵌入式設計選擇MCU、MPU或DSC相關的早期設計階段考慮因素，以及Microchip的硬件和軟件工具生態系統如何在整個早期設計過程中為設計人員和開發人員提供支持，然后過渡到生產。本文還介紹了最新物聯網應用的不同嵌入式設計注意事項。

開發板和 MCU、MPU 和 DSC 選項

開發板是概念驗證和原型設計階段的關鍵資源，使設計團隊能夠更輕松地適應新 MCU、MPU 或 DSC 的學習曲線。一個好的開發板通常包括訪問器件的所有引腳、外設功能、外部模塊以及允許輕松編程和調試的接口。理想情況下，幾個LS開發板可用于給定的器件系列，因此根據設計人員的需求、熟悉程度和技能水平，將有一個“最合適”的選項。對于不確定他們需要的確切器件的設計人員來說，另一個有價值的特性是能夠交換器件的開發板，以便可以使用用于比較和開發的通用平臺。

Microchip提供多種開發板系列，旨在使早期開發更容易獲得。許多Microchip開發板選項通常專用于特定的處理器系列或具有可交換的處理器基礎設施，并且大多數包括擴展選項以添加常用功能。這些板采用高效緊湊的設計，并與Microchip廣泛的軟件開發工具和資源生態系統兼容。

模塊 在嵌入式系統原型設計已經很繁忙的任務之上，必須設計、構建和測試外部傳感器、執行器、控制、通信和用戶界面模塊

通常本身就是一項壯舉。具有內置外部模塊接口的開發板支持各種功能，可以顯著縮短開發時間，評估模塊上安裝的組件，并允許進行創造性實驗。

一個由許多Microchip開發板支持的優秀模塊系統是MikroElektronika Click板。mikroBUS 模塊系統具有出色的可擴展性和可訪問性，有數百個模塊支持廣泛的傳感、控制、驅動、通信和接口。此外，點擊板可以以相當即插即用的風格進行交換，這使得點擊板和功能之間的切換變得簡單。Click 板模塊的幾個示例包括顯示器、電機控制器、存儲、人機接口、傳感器、無線通信硬件等。

其他Microchip開發板也可以通過擴展套件（如Xplained PRO擴展套件和附加板）進行高度擴展。此類擴展套件具有無線電收發器、Wi-Fi? 控制器、ZigBit 模塊、加密身份驗證?設備、以太網網絡、SD 卡接口、觸摸/圖形顯示器等。

安全性

在漏洞利用和黑客攻擊的時代，設計和開發嵌入式設備對于許多組織來說是一項艱巨的任務。由于嵌入式設備（如采購、硬件、固件、軟件、內存/存儲、連接和云網絡）具有如此多的安全級別，因此設計人員和開發人員在內部處理安全性的各個方面都具有挑戰性。此外，測試和確保嵌入式設備各個方面都是安全的基礎設施超出了許多組織的范圍。

Microchip從多個角度加強了安全性。他們提供與其開發板配合使用的加密身份驗證模塊，使開發安全功能更快、更容易，以及開箱即用的安全設備解決方案。例如，Microchip的零接觸配置（ZTP）加密身份驗證設備消除采購、硬件、連接和云安全問題，無需 OEM 修改或重新編程設備 。

ZTP 系統與用于 AWS IoT 應用程序的 ATECC508AMAHAW 設備一樣，使用防篡改安全技術來保護存儲和集成的橢圓曲線加密 （ECC） 硬件加速器。它還利用 AWS IoT 服務的即時注冊功能以及用于批量證書上傳的強制性 TLS 1.2/相互身份驗證，Microchip 的安全設施可以在運送設備之前處理預置。預配置的安全/身份驗證以及集成的加密硬件使開發人員能夠自信地采購安全硬件，而不會因采購問題而暴露泄漏。或者，如果任何設備被惡意獲取和逆向工程。

由于安全物聯網設備的原型設計通常具有挑戰性，Microchip還提供與Google Cloud IoT Core平臺安全集成的安全物聯網開發板。例如，AVR-IoT WG 板 （AC164160） 和 PIC-IoT 板 （AC16164） 都允許開發人員在 60 秒內獲得開箱即用的云連接，從而提供基于硬件的安全私鑰存儲。此外，物聯網開發板具有完全認證的Wi-Fi和CryptoAuthentication安全元件，可快速開發安全無線解決方案。最后，AVR-IoT WG 板中的 ATECC608A 安全元件可處理每個器件的身份驗證并提供 ZTP 功能。

軟件 隨著嵌入式系統硬件、工具、軟件、技術和方法的變化速度，即使是經驗豐富的開發團隊在使用新的嵌入式設備時也可能會經歷學習曲線。對于未配備面向特定設備的工具和資源的通用集成開發環境尤其如此。另一方面，由于接口和加載嵌入式設備庫的不熟悉方面，供應商軟件也可能是一個適應環境的挑戰。此外，一些供應商軟件專為專家用戶設計，對于入門級開發人員，甚至是經驗豐富的開發人員來說，如果不學習新平臺，就會令人生畏。

Microchip擁有專業開發的硬件、軟件和資源生態系統，通過提供各種IDE、易于整合的軟件庫以及豐富的參考設計和隨附的示例代碼，更好地為各種技能和熟悉程度的開發人員提供便利。

此外，Microchip的許多設備都支持免費提供的示例代碼，可通過IDE訪問，包括IDE中的工具，這些工具有助于簡化特定于設備的功能和特性的開發。

過渡到生產

在開發的概念驗證和原型設計階段之后，通常在開發階段期間，設計師和開發人員需要開始生產和軟件設計。在這個過渡過程中，許多設計師和開發人員必須從頭開始，因為他們可能只是松散地選擇了原型系統。表示可在生產中使用的內容。

Microchip硬件和IDE的情況并非如此。由于在原型設計期間編寫的代碼甚至可以從入門級 IDE 輕松移植到專業級工具，因此它們將與生產硬件中實現的開發板中的相同設備無縫協作。因此，在Microchip生態系統中工作使開發人員能夠編寫一次代碼，甚至可以輕松地在項目之間重用代碼。

簡化原型設計到生產

現代嵌入式電子產品，無論是用于消費、商業還是工業應用，都變得越來越復雜，用于原型設計和設計此類系統的工具也變得越來越復雜。開發概念驗證所需的學習曲線和設計資源隨著最新電子產品的復雜性和多樣性而變得成比例。

審核編輯：郭婷