อุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสิ่งของ (IoT) ที่ใช้ในการส่องแสงและอัตโนมัติอาคารกําลังมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วกับบทบาทของพวกเขาเปลี่ยนจากหน่วยควบคุมที่เรียบง่าย ไปเป็นระบบที่เชื่อมต่อกันอย่างรวยระบบเหล่านี้จําเป็นต้องรองรับความต้องการคอมพิวเตอร์ที่สูงขึ้น ผลงานความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง และผลงานความถี่วิทยุที่สูงขึ้นผู้ออกแบบกําลังได้รับความกดดันเพิ่มขึ้นในการสมดุลความต้องการที่หลากหลาย เช่น การเชื่อมต่อหลายโปรโตคอล, ลักษณะความปลอดภัยที่ก้าวหน้า และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ในขณะเดียวกันยังพยายามลดค่าใช้จ่ายของบิลของวัสดุ (BOM) และความซับซ้อนของระบบคีย์ในการตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชั่น IoT ที่กําลังเกิดขึ้นเหล่านี้อยู่ที่การนําระบบไร้สายที่พัฒนาขึ้นบนชิป (SoC).
บทความนี้มีเป้าหมายที่จะอธิบายถึงความท้าทายที่นักออกแบบของอุปกรณ์และระบบ IoT ที่กําลังเกิดแล้วนําเสนอวิธีที่ SoC IoT แบบไร้สายรุ่นใหม่ของ Silicon Labs ตอบโจทย์กับปัญหาเหล่านี้สถาปัตยกรรมนี้รวมตัวประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงกับระบบย่อยที่มอบหมายหลายอย่าง เพื่อให้มีทางแก้ปัญหา
วิธีการที่ความต้องการหลากหลายขับเคลื่อนการพัฒนาของอุปกรณ์ไปสู่การบูรณาการที่สูงกว่า
อุปกรณ์สมาร์ทที่ใช้พลังงานสายที่ใช้ในแอพลิเคชั่น เช่น ไฟ LED, ซ็อตสมาร์ท และสวิตช์คาดว่าจะให้ฟังก์ชันที่รวยกว่าในวงจรการพัฒนาที่สั้นกว่าผู้ออกแบบอุปกรณ์เหล่านี้ต้องเผชิญกับความต้องการที่เข้มงวด: พวกเขาจําเป็นต้องบูรณาการความสามารถในการประมวลผลที่สูงขึ้น มาตรฐานไร้สายหลายอย่างและการทํางานด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง ขณะที่ควบคุมต้นทุน BOM อย่างเคร่งครัด และรับประกันพฤติกรรมที่คาดเดาได้ของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมการทํางานต่อเนื่อง.
ความซับซ้อนของการเชื่อมต่อแบบไร้สาย ทําให้ความกดดันเหล่านี้เพิ่มมากขึ้น โปรโตคอลพลังงานต่ํา Bluetooth (BLE), Zigbee, Thread และ Matter กําลังอยู่ร่วมกันมากขึ้นการผลิตคําตอบที่ใช้โปรโตคอลเดียว หรือชุดสถาปัตยกรรมหลายชิปการสนับสนุนโปรโตคอลหลายแบบไม่เหมือนกัน ผ่านองค์ประกอบภายนอกอาจชะลอความก้าวหน้าในการพัฒนาและส่งผลให้มีประสิทธิภาพต่ําการออกแบบ IoT เปลี่ยนไปใช้ SoCs แบบไร้สายชิปเดียว, เช่น SiMG301/SibG301 3 ซีรี่ย์ของซิลิคอนแล็บส์ SoC ไมล์ไร้สาย (รูป 1) ชิปประเภทนี้รวมการประมวลผลแอพลิเคชัน, ฟังก์ชันความปลอดภัย, และการดําเนินงานไมล์ไร้สายในอุปกรณ์เดียว
SoC IoT แบบไร้สายที่ทันสมัยบูรณาการ รูปแบบแผนภูมิการทํางานทั้งหมด
รูปที่ 1: เครื่อง SoC IoT แบบไร้สายที่ทันสมัยบูรณาการกระบวนการทั้งหมด ทําให้มีประสิทธิภาพการออกแบบที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับการแก้ไขหลายชิปในยุคแรก (แหล่งภาพ: Silicon Labs)
SoCs เหล่านี้ ด้วยสถาปัตยกรรมที่ทันสมัยของพวกเขา สามารถให้ผลงานสูง ความปลอดภัยที่แข็งแรง และความสามารถในการเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นทําให้ผู้ออกแบบสามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ฉลาดที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น.
อาร์คิเทคชันบูรณาการสามารถตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของแอปพลิเคชั่น IoT ที่กําลังเกิด
ซีรี่ย์ SixG301 รวมถึงฟังก์ชันทั้งหมดที่จําเป็นสําหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานทางสายSoC SixG301 ใช้แกนประมวลผล Arm Cortex-M33 ขนาด 150 MHz พร้อมคําสั่งการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) และหน่วยคณิตด้วยจุดลอย (FPU) (รูป 2). ระบบย่อยของโปรเซสเซอร์รวมเนื้อหากับความจําเข้าสุ่มบนชิป (RAM), ความจําแฟลชที่บรรจุร่วมกัน, เครื่องควบคุมการเข้าถึงความจําโดยตรง (DMA) และอินเตอร์เฟซการปรับผิดพลาดสถาปัตยกรรมนี้ยังให้การสนับสนุนที่ครบถ้วนสําหรับอุปกรณ์สมาร์ท ผ่านโมดูลฮาร์ดแวร์พิเศษสําหรับการเชื่อมต่อ, ความปลอดภัย, การบริหารพลังงาน, นาฬิกา, นาฬิกาและอุปกรณ์นอก (รวมถึงฟังก์ชันพิเศษสําหรับแสง LED)
สลากแผนภูมิของสถาปัตยกรรม SoC EFR32BG22 จาก Silicon Labs (คลิกเพื่อขยาย)
รูปที่ 2: สถาปัตยกรรม SoC แบบไร้สาย SixG301 รวมการประมวลผลแอปพลิเคชั่น, การเชื่อมต่อไร้สาย และความปลอดภัยการให้ผลงานที่สามารถปรับขนาดได้ และการลดความซับซ้อนของระบบสําหรับอุปกรณ์สมาร์ทที่ใช้พลังงานสาย(แหล่งภาพ: ซิลิคอนแล็บส์)
สําหรับนักออกแบบ, ซีรี่ย์ SixG301 ให้คําตอบที่สามารถปรับขนาดได้ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการที่หลากหลาย เพื่อบรรลุการออกแบบอุปกรณ์ที่ฉลาดซีรี่ย์ SiBG301 Bluetooth SoC รองรับ BLE, เครือข่ายเมชบลูทูท และแอพลิเคชั่น 2.4 กิגהเฮร์ซ (GHz) ที่เป็นสิทธิครอบครอง. ซีรีส์ SoC มัลติโปรโตคอล SiMG301 ไม่เพียงแค่รองรับตัวเลือกบลูทูทเดียวกัน แต่ยังเพิ่มการสนับสนุน IEEE 80215.4 ชั้นทางกายภาพ (PHY) และชั้นควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) เหมาะสําหรับเครือข่ายไร้สายที่มีอัตราการส่งข้อมูลต่ํา รวมถึง Zigbee, Matter over Thread และ OpenThreadรูปแบบต่าง ๆ ยังมีตัวเลือกการตั้งค่าเพิ่มเติม, ให้ความจํา RAM ถึง 512 KB และความจําแฟลช 4 MB ที่มีความปลอดภัยในการดําเนินการบนชิป (XIP) อินเตอร์เฟซ periferial serial quad channel (QSPI) ไม่ว่าจะเป็นการตั้งค่าที่เลือกสมาชิกทั้งหมดของซีรีส์ SoC SixG301 มีความสามารถหลักเดียวกันที่จําเป็นสําหรับอุปกรณ์ IoT รุ่นต่อไป.
แอพลิเคชั่นไอโอทีที่ทันสมัยพึ่งพาการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่ง และชุด SixG301 ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทํางานอย่างน่าเชื่อถือ แม้กระทั่งในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูง และมีความเสี่ยงต่อการรบกวนซีรี่ย์นี้ของพลังงานต่ําไร้สายวิทยุ (LPW) (รูป 3) รวมเนื้อหาของรังสี, RAM และเส้นทางส่งและรับสัญญาณพิเศษ ให้ระบบย่อยการเชื่อมต่อที่สมบูรณ์แบบ