实现物联网无线连通性 MSP430微控制器有新招

　　物联网 （IOT） 的早期阶段已经开始改变我们的生活方式、商业模式和决策方法。随着控制器、处理器、传感器和发射器成本的降低，任何组装有电子电路和必须与其它系统进行远程通信的的器件都有希望成为一款“智能器件”。这包括传感器、仪表、恒温器、开关、医疗监视器、电机、家用电器、车辆、工具、甚至是衣服和厨房用具。你随便说出任何一种事物，它都有可能很快成为这一快速增长的IoT中的一部分。

　　由于IoT要求日常产品具有更多连通性，MSP430TM微控制器 （MCU） 的主要用途就是通过超低功耗架构来实现IoT应用。这其中包括针对最低待机功耗、有源处理功率、外设功率、以及存储器读取和写入的设计。MSP430 MCU在所有IoT应用中为那些真正关心低功耗（以及超低功耗）的开发人员提供最佳功效。MSP430 MCU具有一个可升级平台，以支持目前消费类、工业、健康和健身应用的需要。

　　TI的超低功耗MSP430 MCU具能够在具有多种系统架构的无线应用中发挥作用。这篇白皮书介绍了4款不同的IoT架构，并且强调了如何用MSP430 MCU轻松设计无线连通性解决方案，从而开始IoT设计。

　　无线MCU解决方案

　　超低功耗MSP430 MCU被设计成在4种不同的连通性架构中运行。如下图所示，第一个架构为在单芯片上运行网络堆栈和主机应用程序的无线MCU解决方案。TI的CC430系列就是非常适合于这一架构的无线MCU。这个解决方案提供MCU内核、外设、软件和sub-1 GHz RF收发器之间的紧密集成，从而创建出一款易于使用的无线MCU解决方案。TI的CC2541是另外一个功率经优化的无线MCU示例。它可以用低物料清单 （BOM） 成本来实现Bluetooth® 低功耗 （BLE） 和专有2.4GHz网络节点。CC2541是领先RF接收器的性能与8051 MCU的综合体。

　　这个配置非常适合于小型到中型RF协议栈，其中的存储器空间可被平均分配至RF物理层、RF协议和顶层应用程序。紧密集成可为物理与协议层之间的处理实现高度优化代码和性能。

　　在硬件方面，这个配置是物理层尺寸为优先考虑因素的应用的理想选择。这个配置免除了对于数个外部组件的需要，所有这些组件已经集成在器件内部。此外，可以进一步减少两芯片解决方案内的MCU和射频所需要的组件数量，这是因为无线MCU配置中可以共用这些组件。更少的组件数量有助于简化印刷电路板 （PCB） 路由走线和布局布线考虑因素，为RF布局布线和组件或传感器放置位置的优化提供了更大的自由度，考虑到印刷电路板上的尺寸限制，这些才是影响应用的实际问题。最后，这些优势全都有助于最大限度地减少物料清单 （BOM） 和物理板级空间，以满足空间受限和成本优化的无线应用的需要。

　　这种架构的一个示例就是eZ430-ChronosTM 智能手表。这是一款高度集成的无线开发系统，为创建无线智能手表应用的开发人员提供完整的参考设计。Chronos是很多应用的基准平台，诸如无线手表系统、针对个人局域网的显示、用于远程数据搜集的无线传感器节点、以及很多其它应用。CC430可实现高度集成，特有Sub-1 GHz射频前端、一个96段的LCD显示屏、一个温度传感器、一个电池电压监视器、一个集成压力传感器和用于运动感觉控制的3轴加速计，所有这些器件均集成在一个适合于手表小外形尺寸的小型PCB内。Sub-1 GHz射频使得Chronos可以作为附近无线传感器（诸如计步器和心率监视器）的中央集线器。在软件方面，这个应用特有SimpliciTITM，一款针对低功耗无线应用（具有可升级至255个节点的星形拓扑）的简单和灵活RF协议。

　　1、MCU运行堆栈和应用

　　第2个连通性架构是诸如MSP430F5xx系列的强大MCU，用于运行主机应用和网络堆栈，从而实现TI的SimpleLink Bluetooth CC2564双模式解决方案等无线连通性器件，以提供同类产品中最佳的RF性能。

　　在这个配置中，MCU具有对RF协议和应用层的完全控制权，从而使应用能够具有到RF和物理层更直接的访问权限和可视性。这是针对MCU和RF收发器的最传统配置。赋予MCU智能性可以实现简单且稳健耐用的射频功能，而这也是MCU所最擅长的：发送和接收无线数据。由于MCU通常在存储器、处理能力以及数字和模拟集成方面具有最多资源，这个配置最大限度地发挥了MCU的多用途这一特性，使其能够利用和优化所有资源，以适应和融入不同类型的无线协议和应用当中。

　　例如，这个架构常见于超低功耗无线传感器网络中，诸如常见的MSP430 MCU与Simplelink CC2500 2.4GHz RF收发器的配对使用。MSP430 MCU通常在小型到中型网络中使用，它能够用较少的内存占用来运行相对小型且尺寸经优化的无线协议，它支持星形拓扑，有时也支持网状拓扑。这类架构中的器具经常具有针对功率进行优化的特性，诸如睡眠终端节点，支持访问点信标的时间同步，数据包存储和转发等。这些特性对于实现超低功耗、能量采集、以及无电池应用十分关键。

　　这个架构也见于近场通信 （NFC） 应用中。TRF7970A NFC收发器能够与MSP430F5xx/6xx器件配对使用，其原因是它们都具有多个SPI端口、内置USB和I2C接口。在最简单的配对水平上，这个组合能够将自动化、控制、和身份验证添加到很多现有的MCU应用中。例如，在MCU的帮助下，一个NFC标签能够取代门锁钥匙。MCU包含整个NFC堆栈、安保身份验证软件、以及控制外设（其中包括伺服器、电机和LED）的应用层。进一步讲，这个组合在连接切换应用中提供省电功能和便利性，比如一个IoT网关，在这个网关上，用户可以充分利用Wi-Fi网络内器件的简单、一键设置/配置功能。

　　2、MCU运行应用

　　在第3个架构中，无线连通性解决方案包含与SimpleLink Wi-Fi® CC3000模块内相类似的网络堆栈，以及类似于MSP430G2xx超值系列 （Value Line） MCU等运行主机应用的单独处理器。从软件的角度出发，这个配置可实现MCU上的最小RF开销。

　　它非常适合于功能齐全且不会经常发生变化的RF协议。这通常是指定义明确且完全成熟的RF技术，其中包括Wi-Fi或GPS（以及某些Bluetooth）。除非绝对必要，这种情况有助于最大限度地减少RF堆栈的现场更新或重新编程。它还有助于简化代码开发工作，其原因是开发人员能够依靠打好包的RF堆栈来进行开发并专注于MCU中的高级应用。RF堆栈与应用层的隔离使得MCU能够将尽可能多的硬件资源和带宽用于应用。
本文选自《嵌入式技术特刊》，更多优质内容，马上下载阅览