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超低功率、超小邊緣感測器之美

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物聯網（IoT）的迅速發展為醫療、智慧家居、智慧建築和其他應用實現商業級和工業級 IoT 解決方案所需各種感測器的採購、連接和保護帶來了挑戰。Machina Research預測，裝置連接將從2014年的50億台急劇增長到2024年的270億台。該公司估計，到2024年，69%的裝置連接將是短距離無線通訊——樓內Wi-Fi*、低功耗藍牙*（BLE）、ZigBee *、Thread和其他連接。

所有這些連接和無線技術極大地挑戰了開發人員的連通性、硬體和韌體專業知識，並對網路偵錯、安全、維護和裝置管理的複雜性提出了巨大的挑戰。 另外，為延長電池壽命，感測器和IoT閘道製造始終面臨的壓力是需要將感測器更迷你化以消耗更少的功率。

總部位於都柏林的Firmwave公司（圖 1）採用英特爾®Quark™微控制器（MCU）技術生產了創新型邊緣感測器平臺，以正面應對這一挑戰。Firmwave*Edge*感測器器平臺是一套可定制、預驗證的硬體和韌體模組，用於加速下一代微型智慧無線感測器的設計、開發和部署。

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圖 1：Firmwave Edge 是一款基於英特爾Quark™微處理器D2000的創新型邊緣測感器平臺。

 

模組化Firmware Edge套裝

Firmware Edge感測器平臺套裝包括支援如Zigbee、Thread、RFID、NFC、Wi-Fi、藍牙、LoRa*、SIGFOX*和蜂窩等這類無線技術低功率、小型硬體和韌體模組（圖 2）。這些模組能簡單可靠安全地在極低功率節點的網路邊緣採集資料。它們便於偵錯、安裝、管理和維持IoT閘道上的大型感測器網路。

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圖 2: Firmwave Edge套裝包括支援各種IoT無線技術的低功率、小型硬體和韌體模組。

 

Firmwave Edge硬體參考設計以創新型模組、可堆疊感測器系統為特徵，堪比感測器中的樂高*積木。 這些模組從根本上降低了硬體和韌體定制的需求。該套裝包括：

  • 為開放式標準通訊協定提供本地支援的連接模組
  • 採用降低安全啟動技術和可信平臺模組（TPMs）減少表面攻擊區的安全模組
  • 基於支援各種感測器類別和連接類型的內部、可完全擴展感測器中樞的感測器模組（圖3）
  • 讓邊緣可更新安全裝置有額外處理能力及功能的信號處理模組
  • 為智慧建築、智慧辦公室、資產追蹤和物流提供定位解決方案的室內和戶外定位模組

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圖3：基於支援各種感測器類別和連接類型的內部、可完全擴展感測器中樞的感測器模組。

 

Firmwave Edge 感測器在即時應用中支援微型作業系統，包括Zephyr* – 一種微型開放源碼、可擴展即時操作系統。 Firmwave Edge信號處理庫可靠地獲取、集合、過濾並提供即時有意義的事件以避免頻繁開啟無線電線路，從而省電。

就功率而言，Firmwave Edge感測器平臺在微型紐扣電池或可使用壽命長達數年的再充電電池供電的節點上運作。 這一優點讓這種模組化解決方案非常適用于於零售店、火車或公車站的電子報或調度顯示、不易進入地區的感測器以及許多其他需要長期解決方案的場景中。

Firmwave提供的軟體工具和韌體平臺，透過單個儀錶板，將多個無線感測器網路技術的集成簡化為單一部署。 其遠端系統管理功能明顯降低了裝置的維護成本。

Firmwave還為需要更多幫助的客戶提供設計服務。 公司有一支技術嫺熟的嵌入系統工程師和軟體設計師團隊，他們能在硬體和RF設計和佈局、可行性和原型測試以及產品交付上幫助開發人員實現原型到商業級IoT產品的過程。 公司最近與HealthBeacon合作，開發了一種家用智慧連接醫療依從性裝置。

靈活、低功耗MCU保證了x86結構相容性

英特爾® Quark™ 微控制器D2000是一種低功率、電池操作、32位MCU，與其他初級MCU 相比，它的指令集更穩健。 英特爾® Quark™ 微控制器D2000 體積雖小，但包括了一個以32MHz 執行的超低功率內核和32k集成閃卡、8KB OTP記憶體以及8KB SRAM。

英特爾® Quark™ 微控制器D2000將邊緣智慧帶入了現實應用。 它能與其他基於英特爾的系統共同操作—將邊緣產品的集成簡化為端對端的IoT結構（圖 4）。人們可以在裝置級上進行更多操作，從而降低了各種應用場合中對不同閘道的需求，而這些閘道不但價格更高而且也可能不是人們真正需要的。

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圖 4：與其他基於英特爾的系統共同操作英特爾® Quark™ 微控制器D2000—將邊緣產品的集成簡化為端對端的IoT結構

與其他初級MCU相比，英特爾® Quark™ 微控制器D2000的輸入/輸出（I/O）選項充足，像Firmwave這類，選擇它的公司能保證為客戶提供真正靈活多樣化的解決方案。 英特爾® Quark™ 微控制器D2000是用於智慧標籤、智慧閱讀器、感測器和裝置控制器、顯示控制器、電機控制器等的理想之選。

這一款MCU的工業溫度範圍（-40°C到+85°C）以及IoT裝置10年的可靠性是其用於各種解決方案的可靠保證。 就安全性而言，英特爾®Quark™ 微控制器D2000的基於軟體和硬體的特性，將英特爾的安全性延伸到裝置級，有利於每一個端點的資料保護。

微型、超低功率的邊緣感測器帶來了巨大的影響

Firmwave Edge感測器平臺展現了將英特爾技術智慧運用於IoT邊緣的可行性。 如需瞭解更多使用英特爾Quark微處理器和SOC的低功率、微型感測器和閘道，請參考聯盟的解決方案目錄。

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Firmwave是Intel®物聯網解決方案聯盟的General級會員。

Mark Scantlebury

流動記者（英特爾合約記者），英特爾®物聯網解決方案聯盟

Embedded Innovator雜誌總編輯