從三個(gè)時(shí)代的變遷看物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU

北京航空航天大學(xué) 何立民

從三個(gè)時(shí)代的變遷看物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU

北京航空航天大學(xué) 何立民

探討物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU，是一件十分有意義的事。因?yàn)閺?976年MCU誕生至今，MCU已有近40年歷史?？纯碝CU的過去，才有可能深刻地了解物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU，進(jìn)而預(yù)測(cè)MCU的未來走向。

我們可以將40年來MCU的演化劃分成三個(gè)時(shí)代。用眼下時(shí)髦的劃分辦法，不妨將它們稱為 MCU1.0、MCU2.0、MCU3.0時(shí)代。

MCU1.0時(shí)代，是MCU誕生與傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化改造時(shí)代，亦稱單片機(jī)時(shí)代；MCU2.0時(shí)代，是智能化電子系統(tǒng)的創(chuàng)新時(shí)代，又稱嵌入式系統(tǒng)時(shí)代；MCU3.0時(shí)代，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新服務(wù)時(shí)代，也是智能化電子作為獨(dú)立產(chǎn)業(yè)逐漸淡出的時(shí)代。

MCU1.0時(shí)代

1976年MCS-48誕生，標(biāo)志著MCU1.0時(shí)代的到來。MCU最初的稱謂是Single-Chip Microcomputer，后迅速正名為Single Chip Microcontroller或 Microcontroller unit，簡(jiǎn)稱Microcontroller。MCU誕生后，迅速進(jìn)入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域，掀起了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化改造熱潮，各行各業(yè)的電子工程成為MCU應(yīng)用的主要群體。為適應(yīng)這樣的智能化改造，MCU以系統(tǒng)配置、外圍接口技術(shù)為主，迅速完善了MCU的體系結(jié)構(gòu)與功能單元間的內(nèi)部總線通信問題。單總線、I2C總線、SPI總線是這一時(shí)期最著名的三個(gè)系統(tǒng)內(nèi)串行總線。1980年推出的MCS-51成為MCU的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，MCS-51的4個(gè)外部交互通道，至今成為物聯(lián)網(wǎng)底層與物理對(duì)象連接的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)。

MCU2.0時(shí)代

MCU的2.0時(shí)代大致始于21世紀(jì)初，是MCU嵌入式應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)代，也是MCU的嵌入式應(yīng)用創(chuàng)新時(shí)代。這一時(shí)期的MCU應(yīng)用呈現(xiàn)了三大特點(diǎn)。

①傳統(tǒng)電子系統(tǒng)發(fā)展成熟后，開始了智能化電子系統(tǒng)創(chuàng)新運(yùn)動(dòng)，如數(shù)碼相機(jī)、MP3、PDA、電子書、智能手機(jī)、汽車電子、智能家居以及各種類型的移動(dòng)終端等一批全新智能化電子系統(tǒng)也相繼誕生。

②MCU產(chǎn)品完成了1.0時(shí)代半導(dǎo)體廠家的百花齊放，到知識(shí)產(chǎn)業(yè)公司ARM一枝獨(dú)秀的變革。

③MCU應(yīng)用系統(tǒng)完成了從單機(jī)到分布式多機(jī)（RS-422、RS-485），總線多機(jī)（CAN總線、現(xiàn)場(chǎng)總成），局域網(wǎng)多機(jī)（藍(lán)牙、ZigBee、WiFi）的發(fā)展變革。

最終，在嵌入式系統(tǒng)普遍實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)后，迅速將互聯(lián)網(wǎng)演化成物聯(lián)網(wǎng)，使MCU進(jìn)入到3.0的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)代。

MCU3.0時(shí)代

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，是MCU3.0時(shí)代，是MCU的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)代，它與物聯(lián)網(wǎng)同時(shí)誕生。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生是嵌入式系統(tǒng)從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)順理成章的結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)誕生，標(biāo)志著獨(dú)立的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)時(shí)代結(jié)束。

回到“物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的MCU應(yīng)該什么樣”這一話題。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是MCU3.0的嵌入式系統(tǒng)服務(wù)時(shí)代。MCU的主流技術(shù)，應(yīng)該是發(fā)展各種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用為主線的平臺(tái)化技術(shù)，如滿足物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的產(chǎn)品平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)流通信的交互平臺(tái)、利于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件平臺(tái)等。從近年來半導(dǎo)體廠家技術(shù)轉(zhuǎn)型中可以明顯地看出這種變化。

恩智浦的近距離無線通信（NFC）技術(shù)、基于ZigBee 和JenNet無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能照明整體方案模塊Light-PRO，以及基于高精度計(jì)量MCU+靈活的處理器平臺(tái)的智能能源系統(tǒng)。NFC技術(shù)提供極高的安全性和便利性，使嶄新的互動(dòng)方式成為可能，現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)移動(dòng)用戶可方便地實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用，個(gè)人設(shè)備可與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)安全、無縫的連接。

飛思卡爾攜手Oracle和ARM定義了一個(gè)可擴(kuò)展、基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。其展示的“一體化盒子”解決方案的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，可加快物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)部署，為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的交付創(chuàng)建一個(gè)安全、標(biāo)準(zhǔn)化和開放的基礎(chǔ)設(shè)施模型。

TI推出的面向MCU平臺(tái)、基于搶占式多線程內(nèi)核的完整實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)TI-RTOS，可為TI全部MCU產(chǎn)品系列提供統(tǒng)一的嵌入式軟件平臺(tái)；推出的C2000的太陽能微型逆變器開發(fā)套件，將簡(jiǎn)化太陽能發(fā)電應(yīng)用的設(shè)計(jì)；Sitara AM335x工業(yè)軟件開發(fā)套件（SDK）的投入，將有力地推動(dòng)工業(yè)4.0的發(fā)展；

從這些知名廠家推出的典型產(chǎn)品與技術(shù)中，可以清晰地看到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，即以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)為主流的MCU技術(shù)時(shí)代。

楊迪娜

2015-01-26）