【導讀】根據IDC的數據，2021年全球物聯網支出規模達6,902.6億美元，并有望在2026年達到1.1萬億美元，2022年至2026年的年復合增長率（CAGR）為10.7%。同時，IoT AnaIytics的研究報告也顯示，2020年全球物聯網設備連接數達113億，首次超過非物聯網設備連接數，預計2025年將達到270億，復合增長率更是高達22%！在可以預見的未來，物聯網中蘊藏著巨大的商機，這已是不爭的事實。
根據IDC的數據，2021年全球物聯網支出規模達6,902.6億美元，并有望在2026年達到1.1萬億美元，2022年至2026年的年復合增長率（CAGR）為10.7%。同時，IoT AnaIytics的研究報告也顯示，2020年全球物聯網設備連接數達113億，首次超過非物聯網設備連接數，預計2025年將達到270億，復合增長率更是高達22%！在可以預見的未來，物聯網中蘊藏著巨大的商機，這已是不爭的事實。
不過，如果將物聯網市場視為一座“寶礦”，想要將這些礦藏挖出來，并讓其價值變現，也并非易事。現實的情況往往是，應用需求層出不窮，開發者的“產能”卻總是捉襟見肘，補不上供需之間的差距。
個中緣由很多，而其中有一條很關鍵：物聯網應用需求“碎片化”特征十分突出，也就是說不同應用之間往往是個性大于共性。這就要求開發者一方面具備捕捉差異化的洞察力，以及實現這種差異化的想象力；另一方面也迫切需要給力的原型開發平臺，讓他們的設計創意快速得以實現和驗證。
而以往，在物聯網原型開發平臺的選擇上，開發者難免糾結。這是因為面對碎片化的需求，他們很難找到一款能夠覆蓋廣泛性設計要求的開發套件。比如你選擇了某款具備溫濕度傳感器功能的原型開發套件，可以滿足當下智能空調系統的設計要求，但是如果你進一步想將PM2.5、VOC等更多空氣質量傳感器整合到新的設計方案中，原有的原型工具就不再適用了。
因此，物聯網原型工具的可擴展性越來越成為一個關鍵的特性。為此，不少原型工具會設計成“MCU主板+擴展卡”的架構，通過添加子擴展卡來實現新的功能。
但擴展性的增強，也會帶來新的挑戰：不同硬件板卡相互整合時的兼容性問題可能會成為設計隱患，而且軟件工具是否能夠支持這樣的擴展也是一個問題。而上述任何硬件或軟件上的溝溝坎坎，都會延長研發周期。
想要規避這些“拖后腿”的風險因素，讓物聯網原型“快”起來，就要有一些新辦法。
快速物聯網原型平臺
Renesas Electronics快速接入式物聯網（Quick-Connect IoT）原型開發平臺就是為了解決這個痛點而生的，它的出現確實讓人眼前一亮。
快速接入式物聯網系統的設計思路就是，通過提供相互兼容的、標準化的硬件和軟件構建模塊，讓開發者能夠像搭積木一樣快速將開發所需的MCU主板、傳感器和通信模塊整合在一起，搭建起硬件平臺；同時，該系統還提供可在板卡之間移植的核心軟件構件，大大降低了編碼要求。這樣一來，整個原型開發就“快”起來了。
圖1：Renesas Electronics快速接入式物聯網系統
（圖源：Renesas Electronics）
為了將平臺中各個模塊化的要素整合在一起，Renesas Electronics提供了一硬一軟兩種關鍵的“粘合劑”。
其中，硬件粘合劑就是指：支持快速接入式物聯網的每塊MCU板上都帶有雙Pmod連接器，分別用于連接傳感器和通信模塊；而且這些外接的擴展模塊也可通過Pmod結構進行級聯，以實現更大的可擴展性。
特別值得一提的是，Renesas Electronics與Digilent合作為快速接入式物聯網系統開發了全新Pmod 6A型（擴展I2C）接口，該接口除了可以向后兼容標準的Pmod 6A接口，特別擴展了對SPI和UART接口的支持，符合I2C規范，具有可選的中斷和復位引腳，以及可選的控制信號。此外，6A型還可通過Digilent提供的簡單電纜細分為6型和1型（GPIO）。這些優化顯然有利于為更廣范的應用開發提供更大的靈活性。
在軟件方面，Renesas Electronics為各種傳感器重新定義了通用軟件應用程序接口（API）和硬件抽象層（HAL）代碼，并嵌入至Renesas Electronics e2 studio集成開發環境中。這實際上是從軟件層面盡可能避免原型開發系統在功能擴展時可能會遇到的問題，設計人員無需編寫和測試驅動程序代碼，僅需以圖形方式選擇他們的傳感器并編寫數行代碼即可，所有集成與設置工作均在后臺進行，大大縮短了開發時間。
不難看出，快速接入式物聯網系統的推出恰好瞄準了物聯網原型開發的痛點——開發者所需要的不僅是性能出色的MCU、傳感器、無線通信模塊和軟件，而是一個可以整合各種設計軟硬件資源，且能夠根據設計需要靈活擴展的開發平臺。快速接入式物聯網顯然為這一目標的實現提供了一個理想的系統框架。
圖2：基于快速接入式物聯網的空氣質量監測系統
（圖源：Renesas Electronics）
豐富的設計生態資源
當然，有了這樣的系統框架，想要盡可能地滿足碎片化、多樣性物聯網應用原型開發的需求，還需要不斷豐富與快速接入式物聯網配套的各種MCU主板和擴展模塊。這也一直是Renesas重要的著力點。
在MCU主板方面，目前Renesas Electronics的RA、RX和RL78產品家族有超過25款的MCU開發板及套件，可直接或通過專門的小型轉接板與新型Pmod 6A型標準相兼容。也就是說，這些開發板都可以成為快速接入式物聯網生態的一部分，使用到這一原型平臺豐富的傳感器和通信模塊資源。按照Renesas Electronics的規劃，在不久的將來快速接入式物聯網還會支持RE和RZ開發板。
圖2中的空氣質量監測系統，使用的就是一塊RA系列的開發板EK-RA2L1。可以看到，RA系列微控制器開發板中集成了基于Arm Cortex-M內核的微控制器、USB和JTAG調試接口、Pmod連接器，以及按鈕、電位器和觸摸傳感器等HMI控件，板載硬件資源十分豐富。
圖3：EK-RA2L1開發板
（圖源：Renesas Electronics）
同時在配套的開發軟件方面，設計人員可以借助Renesas Electronics的e2 Studio集成開發環境（IDE）和E2仿真器，實現開箱即用的編碼、調試和評估體驗。而且，RA靈活軟件包（FSP），也為開發者提供一種快速、通用的開發方式，使其能夠利用量產級驅動程序、Azure RTOS、FreeRTOS和其他中間件協議棧，快速構建安全、互聯的物聯網設備。
圖4：FSP靈活軟件包
（圖源：Renesas Electronics）
在傳感器模塊方面，快速接入式物聯網包含多種Pmod模塊化板卡，方便在原型開發中接入空氣質量傳感器、流量傳感器、生物感測、飛行時間、溫度或其它傳感元件。
以下面這款US082-OB1203EVZ傳感器Pmod?板為例，其可以支持在原型設計中集成OB1203多通道光傳感器（LS/CS）、接近傳感器（PS）和光電容積脈搏波法傳感器（PPG）等多種光電傳感器。該傳感器板兩側設有兩個Pmod連接器，一個可通過Pmod 6A型接口與MCU主板相連，另一個則可支持以菊花鏈的方式連接額外的Pmod 6/6A型傳感器板，以便在同一原型方案中接入更多類型的傳感器。
圖5：US082-OB1203EVZ傳感器Pmod板
（圖源：Renesas Electronics）
我們再來看看快速接入式物聯網系統中另一個不可或缺的模塊化組件——通信模塊，在這個方面Renesas Electronics為開發者提供了多種無線互連擴展板。特別是隨著Renesas Electronics完成對Dialog Semiconductor的收購，后者在低功耗無線互連領域的優勢也被整合到了快速接入式物聯網生態系統中。
US159 Pmod擴展板就是其中代表性的產品，其包括三個類型的通信擴展板：
US159-DA14531EVZ：低功耗藍牙（BLE）Pmod模塊，這是一款結構緊湊的BLE 5.0無線連接方案。
US159-DA16200EVZ：超低功耗Wi-Fi Pmod模塊，適用于長期運行型物聯網系統，可經濟高效地為其增加Wi-Fi功能。
US159-DA16600EVZ：高度集成的超低功耗Wi-Fi + BLE組合Pmod模塊，對于同時需要WLAN和WPAN連接的原型十分適用。
這就意味著，開發者可以隨心所欲地根據最終應用挑選合適的無線通信組件，以更快捷的方式搭建起設計原型。
圖6：US159-DA14531EVZ低功耗藍牙Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
圖7：US159-DA16200EVZ超低功耗Wi-Fi Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
圖8：US159-DA16600EVZ高度集成的Wi-Fi + BLE組合Pmod模塊
（圖源：Renesas Electronics）
本文小結
“天下武功唯快不破”，這一耳熟能詳的“武林秘笈”在物聯網開發上同樣適用。這是因為，面對海量同時又是碎片化的物聯網應用，能夠最先將設計創意轉化為實際產品和方案的開發者，往往能夠占得先機，獲得市場的認可。
快速接入式物聯網這樣的原型開發平臺，恰恰可以為這些物聯網開發加速，模塊化的架構、豐富的設計生態資源，使其在帶來靈活性的同時，也最大限度地簡化了系統集成工作，讓物聯網原型開發真正“快”起來！
（來源：貿澤電子）
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