智能感知的市场与发展

摘要：本文针对智能感知在智能汽车、智能家居、可穿戴设备、智能工业等物联网中的MCU、连接方案及传感器的应用与发展，邀请相关厂商进行了深入探讨和分析。

智能

　　物联网应用中对传感器及MCU的要求

　　根据麦肯锡预测，从2016到2025年之间，智能汽车应用平均每年创造$210B～$740B的价值，智慧城市应用平均每年创造$930B～$1.7T的价值，智能工业应用平均每年创造$1.2T～$3.7T的价值，智能家居应用平均每年创造$200B～$350B的价值。

　　包括智能汽车、智慧城市和能源、智能工业和商业以及智能家居和消费设备在内的物联网应用将深刻改变人们生活的方方面面，创造巨大的商业价值。此外，通信技术(ICT)也是英飞凌关注的应用领域。英飞凌可以帮助客户实现其在能效、安全性和可靠性等方面的目标。英飞凌拥有经认证的标准化安全解决方案组合，适用于联网设备，包括服务器、路由器和网关。

　　在这些物联网应用中，对传感器及MCU都有一定的要求。

　　1)智能汽车需要大量先进的传感技术，包括运动感知、速度/位置传感、胎压传感以及高级驾驶辅助系统/驾驶人员监控等。同时还需要跨应用的控制技术;

　　2)在智慧城市和能源方面，智能路灯需要传感器来感知移动物体，对于MCU的需求则包括LED灯进行色彩和亮度的控制，以及对通信的管理;楼宇自动化对传感器的需求包括位置传感、语音交互以及市内测量和导航，对MCU的需求包括控制、通信管理以及传感器管理;

　　3)在智能工业和商业方面，工厂自动化对传感器的需求包括速度和位置的传感、角度和压力的测量，同时也需要MCU来进行自动化控制;

　　4)在智能家居和消费设备方面，智能家居对传感器的需求包括语音传感(警报触发)、智能抄表、位置感知、市内导航以及压力传感，对MCU的需求包括控制、通信管理以及传感器管理。

　　在针对物联网应用的传感器领域，英飞凌拥有丰富多样的产品。应用于马达位置测量、变速器控制的电磁传感器，应用于盲点检测、自适应巡航控制以及自动刹车控制的24/77GHz雷达传感器，应用于导航、运动与健康监测、侧面碰撞/人行道检测的压力传感器等;在MCU领域，我们提供的产品包括应用于车辆内/外通信控制、网关通信控制、动力系统/逆变器控制以及辅助驾驶的AURIXTM微控制器产品线，应用于智能家居、健康/健身、交通和基础设施以及自动控制、充电站、逆变器控制的XMCTM微控制器产品线。

　　Cypress适用于可穿戴产品的PSoC系列

　　Cypress经过近年来的技术革新和兼并收购，培育了一大批物联网应用市场以及客户，包括智能家电、工业自动化、智能移动设备以及可穿戴设备等。这些应用与传统产业革新和个体消费需求密切相关，具有很大的发展潜力。而其中可穿戴是未来公司投资和发展的重要物联网应用。尽管在这个领域已经有很多竞争对手在积极参与，但是Cypress经过过去几年的发展，已经开始逐渐成熟并培育了不少颇具潜力的应用，包括和健康、运动、医疗相关的产品和服务。

　　对于应用在可穿戴设备产品中的MCU，基本的需求是低功耗、小封装、高集成度和易用性。其中高集成度方面除了传统的数字通讯接口、控制接口以及模拟采集接口外，我们也看到了越来越多的无线通讯接口需求。另外，近年来对于可穿戴产品数据安全的考虑，MCU的安全性(包括用户认证和数据加密等)也越来越受关注。

　　Cypress的PSoC系列可编程MCU适用于可穿戴产品。我们的PSoC产品不仅具有高集成度和低功耗的特点，还集成了Cypress特有的可编程数字和模拟单元，使用户在开发过程中具备高度的灵活性，在不需要修改硬件的情况下实现功能的扩展和调试。PSoC Creator图形化开发工具也使得用户的开发变得非常直观和便捷，为可穿戴产品的快速上市提供了强力的支持。另外，除了成熟的PSoC 4低功耗、可编程Cortex-M0+ MCU产品外，我们也将很快推出超低功耗、高性能，集成蓝牙、触摸和模拟前端等高级功能的PSoC 6系列。这个产品是为可穿戴产品量身定制的。在收购了博通IoT无线产品部门后，Cypress在Wi-Fi和蓝牙领域的实力也大大加强，为可穿戴应用提供了坚实的技术基础。

　　物联网对软件与硬件的需求

　　MCU是物联网的基本组成单元，毫无疑问会有广泛应用的市场需求，但物联网市场的碎片化也会带来不同的需求。半导体工艺的演进以及新的通信连接技术都会带动芯片市场的变化，比如传统的以控制功能为主要任务的MCU，它的技术路线可能会进一步延展到对物理世界认知能力的不断改善提高，一方面会依托各种Sensor/MEMS等模拟器件的进步，另一方面也会催生基于更复杂算法情况下对于处理器性能的更高要求。同时MCU的控制功能可能会和连接功能进一步区分开，会有越来越多专门针对物联网的连接协议及安全/设备管理以及与云端对接的专门IoT连接产品，它们可以使用更先进的半导体工艺以降低功耗和成本，因为它们可能不用再继续担心模拟器件对工艺的不同需求。

　　除了硬件产品，我们认为软件在物联网时代将发挥越来越大的作用，一个典型例子就是对于算法IP包括数据信息安全的保障。随着物联网连接设备以及数据的增加，我们觉得这方面的市场需求将会日益显现。

　　很多物联网设备由于工作场合的限制会采用电池供电以及无线连接，这对MCU的低功耗有着迫切的需求。但同时物联网应用又是碎片化的，所以芯片厂商为了平衡成本只能采用通用MCU来尝试涵盖大部分应用。随着半导体工艺的演进以及物联网应用市场的发展，将来也许会有厂商针对物联网市场开发出专用的芯片，现有MCU中常用的模拟外设等功能也许会被拿掉，从而专注于算法和连接，在更先进的半导体工艺下实现更低的功耗及成本。简单说就是以控制为主要功能的MCU和以智能化分析/连接为主要功能的物联网芯片也许会分家但又同时共存。

　　Imagination可扩展处理器IP解决方案

　　MCU是促进物联网增长的关键器件，未来几年内，物联网产品数量将会大大增加。主要领域包括智慧城市、工业控制、无线通信、汽车、医疗监测、可穿戴设备等。Imagination产品可以应用于物联网从前沿设备到云端的多个领域，其中MIPS M级别CPU适用于为物联网产品提供支持的MCU，涵盖从传感器控制到视频监控/管理系统。

　　MCU应用的广泛性对性能、功能、特点和运行环境都有具体要求，这意味着MCU必须是灵活可扩展的。另一方面，MCU必须有很高的动态功效，可使系统在最小功率范围内(50到300MHz以上)运行。

　　只有CPU的系统无法实现传感器控制和管理产生的大量信号处理需求。Sensor Fusion(传感器融合)适用于单个系统里的多传感器采集。这需要高水平的信号处理能力，将信号从嘈杂的环境中分离出来。Sensor Fusion提供实时校准和自校正控制，在有时间限制的应用中，只能通过使用高精度的DSP和FPU协处理能力实现。同时，这也给许多传感器带来了挑战，如加速传感器、陀螺仪、压力/温度/触摸传感器等，每一个传感器都有自己的控制/管理算法，通过给DSP/FPU下达指令实现一个高效的系统。

　　因为MCU适合更大的系统，设计者必须考虑到MCU可以与其他组件轻松集成。比如有相同的/通用总线接口，可无缝连接外围设备和通信模块，如Wi-Fi和低功耗蓝牙。互操作性和安全性也同样重要。不同来源的系统和设备必须能够共同工作，确保用户、设备和云端的无障碍沟通。这就需要开放的标准。除此以外，安全性、可靠性以及在汽车行业的认证也是需要考虑的因素。

　　Imagination提供一系列可扩展的处理器IP解决方案(包括PowerVR多媒体、MIPS CPU以及Ensigma连接)，帮助设计师轻松快速地开发出差异化的物联网产品。我们的IP家族由OmniShield多域安全技术支持，我们将这项技术带入包括MCU级别的CPU各层次的产品线。我们的技术还可以一起工作，提供更深层次的差异化。例如，MIPS和Ensigma共同应用在Ensigma Whisper射频处理器(RPUs)上，为需要延长电池寿命、降低成本的可穿戴设备、物联网以及其他连接设备提供支持。

连接

　　M2.COM无线传感平台推动无线传感网发展

　　科技的发展拉动了物联产业的快速增长，而物联网有三个层面的需求，第一是要把信息收集起来，第二是通过一个安全的通道把这些前端信息传输回来，第三就是对收回的这些信息进行应用。在工业物联网中，目前最迫切需要解决的问题是如何快速且精准地搜集数据。要解决这个问题，需要具备传感接入、无线传输技术与嵌入式运算等三种核心能力。

　　由于传感器有温度、气体、二氧化碳、湿度等各种数据，因此，它们的接口都不同，过去行业里没有一个统一的标准，导致各自有各自的协议，阻碍了物联网的落地。针对前端传感器的接口标准，研华等企业联手推出了M2.COM。

　　M2.COM为开放式标准“感•传”平台，为物联网平台提供商、通信服务提供商、系统集成商和技术供货商提供一个共同的标准平台，促成各界的伙伴合作与技术交流，来达成物联网产业的加速发展。M2.COM标准是开放的，其标准模块很小，传感器厂商只要再做一个底下的搭板，两个板搭起来就变成无线传感模块。目前已与合作伙伴推出多个小板。

　　未来5~10年研华主做两件事。第一，所做的软硬件模块/中间件可以用在各行各业，例如在影像技术领域提供基本的中间件，使客户能够做上面的各种应用，诸如零售业的人流统计，工厂的机器视觉等。第二，把全球的大厂聚集起来，一起推M2.COM标准，使无线传感网快速建立起来。因为物联网最基础的是感知、搜集信号/数据，原本传统做传感、模块的不同厂商，要可以让它们互相通信。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第9期第13页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。