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利用32位处理器和无线收发器实现物联网-方案运用

集成度和灵活性之间的平衡是物联网 (IoT) 中低成本无线节点的关键设计指标之一。 高度集成的超低功耗无线收发器在很多方面都有助于降低节点成本,从而提供既能置于任何位置,又能回连至物联网的节点。

现在,许多无线收发器通过集成来处理无线堆栈,并且有众多不同的器件选择。 其中有些器件越来越多地增加额外存储器和处理能力,以运行小型代码块,这样做可以避免在无线节点中单独采用微控制器。 因此,可以节省空间、成本和功耗,使节点在小型供电下长期运行,并提高最终应用的灵活性。

对于物联网来说,象 E802.15.4ZigBee之类技术就支持 2.4 GHz 网络的低成本无线节点,使用些技术可以连接到互联网,并能够通过互联网终端从全球任何地方安全地监视、控制单个设备。 云服务则提供可扩展控制机制,管理这些无线节点。 这种方法正在更多地用于如智能家庭、楼宇管理和安防系统等应用。

EM351 和 EM357 由Silicon Labs提供,是全集成片上系统,它集成了一个 2.4 GHz、符合 IEEE 802.15.4-2003 标准的收发器、32 位Cortex-M3 微处理器、闪存和RAM存储器,以及用于设计 ZigBee 型系统的各种外设。

利用32位处理器和无线收发器实现物联网

图 1:Silicon Labs 的 EM35x 系列产品采用 ARM Cortex-M3 处理器来处理 ZigBee 无线协议堆栈和物联网的用户应用。

收发器使用高效架构,比 IEEE 802.15.4-2003 标准规定的动态范围高 15dB 以上。 集成式接收通道过滤功能允许在 2.4GHz 频段中与其它通信标准稳定共存,例如Wi-Fi蓝牙。 集成式稳压器、VCO、环路有助于保持较少外部元件和较低成本。

ARM Cortex-M3 集成内核针对高效存储器使用进行了优化,并提供两种不同的运行模式:特权模式和用户模式。 这样,就可将网络堆栈与应用程序代码分离,以避免意外修改存储器和寄存器的受限区域,从而提升已部署解决方案的稳定性和可靠性。

EM351 和 EM357 分别具有 128kB 和 192kB 嵌入式闪存。 这两款芯片均采用 12 kB 集成 RAM 存储数据和程序,内置软件则采用可优化嵌入式闪存使用寿命的高效率损耗均衡算法。 这是一个关键考虑点,因为无线节点的使用寿命超过 10 年,同时还应考虑闪存单元的损耗情况。

为满足 ZigBee 无线连接规定的严格定时要求,该器件在硬件中集成了许多 MAC 功能、AES128 加密和自动 CRC 处理功能。 MAC 硬件可执行自动 ACK 发送和接受、自动回退延时和发送前的空闲信道评估,以及自动过滤接收到的数据包。 此外,数据包跟踪与 MAC 集成在一起,从而能完好无损地够捕获发送至或来自的所有数据包。

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