除了物聯(lián)網(wǎng)潛力的大肆宣傳之外，還有一些必須克服的實際工程挑戰(zhàn)，以滿足工業(yè)和商業(yè)市場對物聯(lián)網(wǎng)采用的令人陶醉的市場預測。 ABI Research估計，物聯(lián)網(wǎng)連接設備捕獲的數(shù)據(jù)量在2014年超過200艾字節(jié)，預計其年度總量將在十年內增長七倍，到2020年將超過1,600艾字節(jié)(或1.6千兆字節(jié))。那么，如何我們是否成功創(chuàng)建了能夠處理所有這些數(shù)據(jù)的設備?

除了為物聯(lián)網(wǎng)設備保持低成本的明顯挑戰(zhàn)外，還存在許多設計和驗證挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要是通過在功能和功能之間找到平衡來實現(xiàn)的。硬件和軟件的局限性。 ARM的技術營銷經(jīng)理錢宇表示，從物理實施的角度來看，由于功能要求，閃存技術的局限性和經(jīng)濟性，設計和生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。

在功能方面，即使與移動設備相比，IoT SoC設計的獨特之處在于其低功耗要求。而且，他們的睡眠與覺醒比例要高得多。但是，它們仍然具有類似的頻率要求，以確保功能。 “因此，”Yu表示，設計人員需要專注于峰值功耗和睡眠泄漏功率優(yōu)化而不會犧牲太多性能?！?/p>

Micrium首席技術官兼執(zhí)行副總裁ChristianLégaré指出，連接問題對物聯(lián)網(wǎng)也很重要，因為通信棧可能需要自己的處理器。 Légaré還強調了出于安全目的在硬件中定義身份的重要性，并補充說“它是唯一無法修改或黑客入侵的地方?！蔽锫?lián)網(wǎng)的其他安全問題包括維護隱私，防篡改，安全啟動以及遠程升級。

顯然，小型，單用途，低功耗的物聯(lián)網(wǎng)設備無法滿足所有這些電源管理，連接和安全要求，那么前進的方向是什么? Légaré建議整合物聯(lián)網(wǎng)方法，包括邊緣節(jié)點(集線器或網(wǎng)關)。他說，在這種類型的部署中，設計人員必須回答以下問題：您在哪里將所需的計算資源放入系統(tǒng)?您如何設計系統(tǒng)以便面向未來?為了在這里取得成功，Légaré認為嵌入式工程師需要與IT部門的同事更緊密地合作。 “這并不簡單，”他說，“因為這兩個領域都有自己的技術和詞匯。然而，為了使物聯(lián)網(wǎng)獲得成功，嵌入式和IT工程師必須相互理解?！?/p>

進入性能領域，Yu指出，一些實施和驗證挑戰(zhàn)包括噪聲隔離，模數(shù)轉換時序和混合信號建模。此外，他指出現(xiàn)有的嵌入式閃存技術不能遠低于40納米工藝。它們需要比其他類型邏輯塊更高的電壓，因此它們消耗更多功率。

如何選擇平臺

物聯(lián)網(wǎng)設計中最大的早期挑戰(zhàn)之一可能是選擇一個實施平臺。 PTR Group，Inc。首席技術官兼首席科學家Mike Anderson指出，ARM Cortex M0/M0 +/M3/M4(很快就是M7)之間的選擇非常豐富。與所有設計項目一樣，工程師權衡哪個平臺為其設計約束提供了最多的功能。但是，更常見的是，他們傾向于根據(jù)原型平臺的可用性進行選擇。 Anderson指出TI MSP432，F(xiàn)reescale Kinetis系列和ST Micro ST32作為一些例子。他還建議與Arduino平臺的兼容性提供廉價傳感器模塊，眾多通信選項和易于使用的開源開發(fā)的優(yōu)勢。環(huán)境。點擊平臺選擇的另一個問題是調試環(huán)境。 Anderson提供了這樣的建議，“像Keil和IAR這樣的商業(yè)開發(fā)平臺在將開發(fā)/調試功能集成到一個通用IDE中做得很好 - 只需付出代價。如果您是初創(chuàng)公司或DIY/制造商群體之一，那么有一些開源工具，只要您進行一些集成，就可以滿足您的職責，而不會受到商業(yè)產(chǎn)品的初步貼紙沖擊。此外，如果您覺得需要一些定制硬件，許多FPGA供應商都可以嵌入帶有驗證工具的Cortex-M內核。“

Anderson補充說，雖然您可以查看規(guī)格以確定所選平臺，但他發(fā)現(xiàn)最近的選擇更有可能基于軼事證據(jù)。例如，某個人在另一家公司的朋友有很好的應用程序支持經(jīng)驗，因此這是其他人選擇的產(chǎn)品。

首先，定義系統(tǒng)架構并將計算資源放在最有意義的地方，Légaré建議道。那么，這是相當簡單的部分，然后是什么?

下一步是不同的。如果端點需要針對功率進行優(yōu)化，則通常從設計步驟開始，然后使用具有功率測量功能的JTAG探頭來找到正確的平衡點。如果通信堆棧將在端點或連接到端點的模塊上運行，則通常使用實時內核來優(yōu)化CPU使用率。

當然，物聯(lián)網(wǎng)應用有不同的要求。例如，物聯(lián)網(wǎng)端點應用程序具有比可穿戴設備更小的功率范圍和更低的性能目標。從物理實現(xiàn)的角度來看，錢宇為設計人員提供了以下檢查清單，以平衡功耗，功能和可靠性：

代工廠流程選擇：通過選擇流程節(jié)點，設計師錨點PPAC的窗口(性能，功率，面積，成本)基于應用和設計預算。然后他們使用各種設計技術進行權衡

工作電壓：較低的工作電壓對節(jié)能有很大影響，因此采用低壓設計技術可以帶來很大的收益關閉。

睡眠泄漏優(yōu)化：許多物聯(lián)網(wǎng)設備大部分時間都處于休眠狀態(tài)，因此睡眠模式的泄漏優(yōu)化至關重要。設計人員可以使用厚柵極氧化(TGO)器件針對非睡眠模塊優(yōu)化存儲器保持和掉電模式，考慮通過應用更多長通道器件在功率區(qū)域之間進行權衡。

物聯(lián)網(wǎng)SoC子系統(tǒng)：盡管物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)SoC的概念相對較新，但這些組件實際上使用的是成熟技術。設計人員可以利用IP模塊，參考設計和集成工具來增加功能并提高可靠性。