敏捷智能传感器的设计与可扩展的无线微控制器

        无线连接是智能连接设备等不同的智能灯泡，遥控器，智能建筑，传感器和执行器，智能电表，可穿戴设备包括健身设备，安全报警器和信号灯的一个重要方面。

　　图1：Simplelink战略从无线再分配挑战消除了硬件问题。

　　无线连接是智能连接设备等不同的智能灯泡，遥控器，智能建筑，传感器和执行器，智能电表，可穿戴设备包括健身设备，安全报警器和信号灯的一个重要方面。

　　选择合适的无线技术并不简单，因为多个标准可能适用，以及市场和最终用户偏好继续发展。开发团队必须上好提前工作，以满足预期的上市日期，但承诺到无线技术的早期阶段可能不理想。另一方面，某些类型的产品可以从灵活性中获益，以提供与在不同地区或市场上出售的不同无线电选择变体。

　　尽管如此，无线电是一种智能传感应用的核心组成部分，传统的方法需要哪些标准采用早日作出决定。考虑谁选择的ZigBee®技术的应用程序制造商。在实践中，在设计的许多方面中，此决策的锁，如收发器技术，印刷电路板布局，软件堆栈和API来访问广播。

　　假设新的市场数据出现的设计在进步，这表明使用蓝牙智能将大幅增加的目标市场为最终产品。要更改电台，应用程序将需要适应蓝牙智能堆栈和新的API，和很多工作都是围绕现有无线电设计将需要报废。实际上，面临的挑战是在项目后期开始几乎完全重新设计。实际上，球队必须满足目标市场的窗口之间但与错误的产品，或推出合适的产品太晚选择。增加了工程成本需要考虑为好。

　　对于可扩展的无线嵌入式平台

　　为了让制造商在选择无线技术具有更大的灵活性，德州仪器(TI)创造了Simplelink™超低功耗无线微控制器(MCU)平台。该架构是基于ARM®Cortex®-M3，目前提供从32 KB的内存配置高达128 KB的闪存。它提供了作为一个独立的MCU进行了广泛的智能传感应用足够的处理能力。

　　Simplelink已被设计，以使跨无线技术的可扩展性。在引脚对引脚兼容的封装选择该系列设备支持各种不同的无线电设备，包括蓝牙智能，低于1GHz的ZigBee，6LoWPAN的，IEEE .4，RF4CE™和专有模式可支持高达5 Mbps的操作。

　　从硬件的角度来看，这是简单的改变来将设备与一个不同的集成无线电。所有的技术和所有子1 GHz的技术是直接引脚对引脚兼容。此外，所有的其它外围设备的是Simplelink设备之间是相同的。这给制造商的具有很大的灵活性在能够延迟无线电技术的最终选择，直到在设计过程中已晚。

　　该平台也是在每个它支持不同的标准兼容的代码。开关收音机，但是，确实有应用软件的设计带来一定的影响。这源于在无线栈的差异，这必须由应用来解释。例如，接口到6LoWPAN的堆栈使用IP报​​文进行。随着蓝牙智能，应用程序会读取或修改各种属性。这些差异是在API的TI电源与它的每一个Simplelink无线MCU的捕获。

　　作为最佳实践，制造商可以设计以模块化的方式无线接口。而不是让应用程序直接访问无线电，无线API可通过具有应用数据发送到无线电功能抽象。此函数然后可以处理数据要被发送或使用适当的API需要接收。其效果是，去晚了改变收音机在设计过程中，只是这收音功能，需要移植。

　　相同的设备，不同无线电

　　该平台包括用于蓝牙智能的CC2630支持的6LoWPAN和ZigBee，CC1310为低于1GHz，并支持CC2620的ZigBee RF4CE的CC2640无线MCU。该装置是在多个封装类型，如图1。

　　TI还宣布CC2650多标准设备。这种“超”设备可以在硬件和软件两者进行动态配置，以支持若干不同的无线电之一。与CC2650内置设计可以去生产，而不在选择锁定和在安装在现场的时间进行配置。这使得制造商能够真正等到最后一分钟，上电台，而不改变天线设计来实现决定。

　　该CC2650还允许应用程序通过允许支持无线电更改为支持在单芯片多个无线电。因此，通过在该领域重新编程CC2650，系统可以既ZigBee的和基于蓝牙的设备进行通信。

　　多处理器体系结构

　　该Simplelink平台集成多个处理器来提供不同层次的各种任务的智能传感应用程序执行所需的计​​算能力，使用手头的任务合适的处理器能够以尽可能低的功耗操作设备。

　　应用处理器是ARM​​®Cortex®-M3，它作为Simplelink超低功耗平台的主处理器。它提供作为一个独立的微控制器，可以智能地管理基于传感器的系统所需要的性能。在Cortex-M3提供了充足的处理能力来处理应用程序和高层协议栈处理的，而且是非常节能。

　　无线处理器是一个综合的Cortex-M0，这是专门为管理所有低级别的无线电任务系统。这卸载从主CPU时序关键的任务。

　　第三个处理器是一款超低功耗MCU集成致力于快速，高效的传感器监控。这种传感器控制器被设计为能够提供满足采样数据，使简单的传感器决策所需的处理权水平。此外，它具有有限的存储器和没有多余的外围设备。它是非常功率高效的为任务，例如定期轮询传感器输出以及确定是否发生了阈值的事件，并避免了必须浪费地唤醒主CPU此不需要时。

　　TI已经使用Simplelink无线微控制器提供操作和界面，无线广播所需的软件简化设计。这简化了无线设计，开发人员可以在适当的Simplelink装置下降并很快开始使用无线电没有大量配置或调整的程度。为此，无线控制设置有已被优化，以实现最有效的无线电设备运行的生产代码。

　　节能感应

　　因为传感器控制器需要根据特定的应用来监视传感器，作出决定，并采取行动，开发者需要能够配置其操作。TI提供了一个软件开发工具，传感器控制器Studio，它允许用户配置传感器控制器。此工具输出传感器控制器接口驱动器，它结合产生的传感器控制器的机器代码和相关定义。它可以配置传感器控制器，而无需编写任何代码，而对于需要自定义代码的应用程序，这是通过一个类似C的脚本语言支持执行常见任务。传感器控制器工作室通过使用测试传感器控制器和调试功能，加快发展。这允许传感器数据和算法验证活可视化。

　　传感器控制器的另一个重要优点是，它是与主CPU集成。传统上，任何额外的传感器控制器将使用第二个，不那么强大的MCU来卸载主应用处理器来实现。这可以通过允许应用处理器保持处于睡眠模式，而低功率的传感器控制器监视和管理这些传感器提供功率节省。另一方面，由于次级MCU是外部的应用处理器，开发人员将必须设计和处理器之间管理通信，并且还执行中断功能，以使控制器唤醒应用处理器。

　　在Simplelink平台，传感器控制器被实现的方式提供所有的功率效率的优点而没有复杂的设计的缺点。因为传感器控制器，无线电MCU，并且应用处理器集成在同一硅，这极大地简化了硬件和软件设计。

　　的Simplelink平台提供了一个无线的MCU，易于编程和避免了与试图集成PHY和堆栈相关的挑战。应用程序代码的ARM Cortex-M3的，一个标准的MCU，很多设计师都已经熟悉运行。TI提供了一个API为每个无线技术，从而最大限度地减少了开发人员的学习曲线。射频和天线设计已被简化，以及不影响可靠性和性能。可靠的安全性是内置的，并且协议栈可用于生产。

　　与Simplelink设计

　　与Simplelink设备设计，开发人员可以从全功能的设计环境像的Code Composer Studio™集成开发环境(IDE)或的IAR Embedded Workbench选择。

　　公司还提供评估板，可用于快速启动设计。其中，Simplelink CC2650开发套件包括两个CC2650评估模块和两个被设计为支持软件开发和运行的无线性能测试SmartRF06主板。由于CC2650是能够支持多个2.4 GHz的无线标准，该平台还可以在应用程序开发用于CC2640蓝牙智能和CC2630的ZigBee®/ 6LoWPAN的无线微控制器。在试剂盒中的微控制器被预编程有软件的检测。低功耗蓝牙和ZigBee建立在TI-RTOS，它集成了设备驱动程序和电源管理的顶部堆叠，也包括在内。

　　该CC2650无线MCU也是在TI的的心脏SensorTag套件物联网。该SensorTag是可以连接到云，没有编程经验需要开始。它包含10个传感器，包括光，湿度和压力传感器，一个数字麦克风，磁传感器，加速度计，陀螺仪，磁力，对象的温度传感器，和环境温度传感器，和内置iBeacon显示技术。相关联的移动应用允许用户基于SensorTag数据和物理位置看到的传感器读数瞬时启动时，以及自定义的内容。

　　结论

　　TI的Simplelink超低功耗无线MCU平台简化了智能无线设备的开发，并给出开发团队的灵活性，如果需要切换到不同的无线标准，甚至在设计周期的后期阶段。这使项目尽快开始 - 并在稍后做出最后的决定 - 使OEM厂商能够在正确的时间提供优化的产品推向市场。能源意识的多处理器架构，可帮助开发人员更轻松地满足众多智能传感应用的严格的功耗和性能要求。