将单芯片技术引入互联网

将Wi-Fi®集成到物联网应用中面临哪些挑战？

随着物联网（IoT）的不断发展，许多新技术正在重新定义我们如何看待无线网络。作为每个家庭和办公室连接的基石，Wi-Fi®技术不断成熟；但将其设计到物联网应用中仍然可能存在一些挑战。

IoT设备通常由电池 *** 作，这需要其部件具有小的形状因数、低成本和低功耗。由于这些限制，物联网开发人员通常寻找的平台具有简单软件架构、简易射频硬件和易推出的不具有高认证、合规性或测试成本的产品。衡量这些需求时，很容易理解为什么Wi-Fi并不总是大多数物联网应用的首选连接。

由于这些限制，Wi-Fi技术必须具有以下属性才能考虑用于物联网设计：

简单的软件架构

简易射频硬件

占地面积小

低功耗

全球认证

系统成本低

这对于设计师有何益处？

不需要：

专家Wi-Fi软件栈工程师

射频硬件设计师

天线设计师

降低认证、合规性和测试成本

启用口袋型Wi-Fi体验

在两节AA电池上提供超过一年的电池寿命

将Wi-Fi模块的成本降至10美元以下

阻止Wi-Fi设计的因素有哪些？

通常来讲，Wi-Fi解决方案在主机到收发器架构中使用两个芯片，在两个组件上运行拆分堆栈软件。Wi-Fi收发器 *** 作较低的堆栈至MAC层，而上层堆栈（TCP / IP，安全和应用协议）驻留在主机处理器上。该主机通常是ARM®Cortex®-A系列微控制器（MCU），在诸如Linux®或Android™的 *** 作系统上以300MHz - 1GHz时钟速度工作。

 

这种遗留设计对许多软件工程师来说是一个挑战，因为他们致力于解决堆叠兼容性、电源管理和版本控制问题，这对来自不同供应商的Wi-Fi收发器和MCU时尤其普遍。软件团队应该记住，首先选择所需的MCU将显著限制兼容Wi-Fi收发器的可用选项；且无法找到合适的上层堆栈迫使团队花费数周将堆栈移植到选定的MCU上，接下来是持续数月的测试和认证。

双芯片架构对于需要低功耗模式且启用Wi-Fi的应用也构成了问题。虽然低速Wi-Fi堆栈通常以小于40 MIPS（每秒百万条指令）的速度 *** 作，但主机MCU被强制保持活动而非休眠状态。结果，产品用电池电源 *** 作变得不切实际。

Internet-on-a-chip™集成电路

进入SimpleLink™Wi-Fi®CC3200无线MCU。随着时间推移，主机到收发器、拆分堆栈架构已重组成一个单一的集成设计，现在依靠设备的专用网络处理器工作。这种统一栈以库的形式提供，且使得具有较少Wi-Fi堆栈专业知识的工程师能够通过高级API快速开发应用程序层代码，并利用Wi-Fi功能。

进一步分析该结构，该MCU的单芯片设计包括两个片上MCU，一个可编程的应用专用型80MHz ARM Cortex-M4内核（256KB RAM），具有许多不同的外设接口；另一个为专用于管理Wi-Fi和互联网连接的12位模数转换器和网络处理器。这种配置释放了核心，以 *** 作最终用户的应用，而网络处理器独立地 *** 作集成的Wi-Fi栈。通过此架构，芯片能够与各种传感器、执行器和其它数字系统直接连接。

使用这种方法还可简化版本控制，不再需要上层和下层栈之间的互 *** 作性控制。例如，主机MCU上的 *** 作系统（OS）版本更改对设备的独立版本和 *** 作没有影响，即使MCU是同一芯片的一部分也是如此。

这种单芯片解决方案既提供了易于集成的四方扁平无引线封装集成电路，又提供了完全认证的即插即用模块。SimpleLink Wi-Fi CC3200MOD模块（在下面的黄色框中突出显示）是业界首个可编程的FCC、IC、CE、TELEC和Wi-Fi认证模块。开箱即用，该组件通过消除昂贵和冗长的认证过程，节省了系统成本并加快了上市时间。

这款20.5mm x 17.5mm模块的核心基于CC3200R1M2，包括所有必要的时钟、闪存和无源器件，可在单个封装中提供完整解决方案。

通过显著降低终端应用的功耗要求，片上互联网架构使得Wi-Fi集成成为无数终端设备的必然选择。请继续关注下一期文章，届时我们将详细介绍几个用例，将此解决方案纳入您的设计；并查看这些链接，以了解有关SimpleLink Wi-Fi系列和物联网设备能耗的更多信息。

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