靈活、超低功耗架構中的SoC各個功能介紹

到目前為止，我們已經(jīng)在本系列中介紹了物聯(lián)網(wǎng)領域的許多技術，包括模擬傳感器接口、連接、可編程數(shù)字、集成外設和成本優(yōu)化。在本專欄中，我們將以智能鎖系統(tǒng)為例展示如何將所有這些放在一起。

高端智能鎖內部的嵌入式系統(tǒng)需要處理多項任務，包括顯示器駕駛、觸摸感應、指紋感應、接近檢測、電機控制、鎖狀態(tài)/篡改檢測、Wi-Fi 和 BLE 連接、安全性和處理。為了加快開發(fā)速度并降低制造成本，設計人員正朝著將這些功能集成到靈活、超低功耗架構中的 SoC 的方向發(fā)展。集成方法還使 OEM 能夠更輕松地在標準不斷變化時使設計保持最新狀態(tài)。讓我們來看看這種集成 SoC 所處理的各個功能。

連接

BLE： BLE有助于配置鎖，重置鎖和遠程身份驗證。BLE是所有連接的智能鎖的必備品，內置BLE的SoC可以幫助顯著降低系統(tǒng)的成本，尺寸和設計復雜性。

WiFi：除了能夠與手機或智能手表通信外，高級智能鎖還需要能夠與智能家居的其余部分進行通信。WiFi連接允許高級功能，例如實時查看進入和退出日志，以及通過互聯(lián)網(wǎng)對鎖進行廣泛的用戶控制。此外，鑒于物聯(lián)網(wǎng)標準的發(fā)展速度，需要具有安全啟動過程的安全無線 （OTA） 功能來使設備保持最新狀態(tài)。

用戶界面

顯示：高端智能鎖配有 TFT 或 OLED 顯示屏。通常，小型低成本顯示器使用并行 RGB 接口（也稱為 Intel 8080 接口）。與其他接口相比，RGB 接口可以以合理的刷新率驅動大中型顯示器。使用PWM、DMA和可編程數(shù)字I/O（即“智能”I/O）的智能組合，可以驅動并行顯示器，而無需集成了專用圖形硬件引擎的更昂貴的MCU。

用戶輸入：基于代碼的訪問還需要接收來自用戶的輸入。物理按鈕占用額外的空間并影響智能鎖的使用壽命。因此，基于電容式傳感的觸摸屏可以與顯示器驅動一起實現(xiàn)，以創(chuàng)建集成的用戶界面。

安全

數(shù)據(jù)安全：由于用戶指紋數(shù)據(jù)存儲在設備中，因此安全性至關重要。專為智能鎖應用設計的嵌入式系統(tǒng)需要提供安全存儲、安全操作和安全通信，以保護此類敏感信息。以可靠且經(jīng)濟高效的方式提供安全性需要片上加密功能、集成的安全無線連接以及保護內部和外部存儲器中個人數(shù)據(jù)的機制。

指紋感應和接近檢測：作為基于代碼的輸入的替代方法，可以使用指紋身份驗證提供安全訪問。然而，連續(xù)掃描指紋傳感器的觸摸在節(jié)能方面效率低下。為了最大限度地減少掃描時間，使用電容式傳感的接近檢測提供了一種高能效的方法。具體來說，指紋傳感器周圍的電容式接近傳感器使系統(tǒng)能夠檢測到幾厘米外接近墊子的手指。這使系統(tǒng)能夠在空閑模式下完全關閉指紋傳感器和相關電路的電源。當接近傳感器檢測到手指時，系統(tǒng)有足夠的時間啟動指紋傳感器并準備捕獲觸摸。

使用電感式傳感的機械安全：電感式傳感可以感應到與金屬的接近。這在幾種情況下會派上用場，例如，檢測鎖舌是否牢固就位。電感感應還可用于檢測任何篡改鎖的企圖，例如強行移除滑塊或使鎖體變形。當電感式傳感器檢測到篡改時，可以向所有者發(fā)送警報或在線警報。

加工

需要高能效的CPU內核（如Arm Cortex-M4）來處理所有處理，包括

處理傳感器數(shù)據(jù)

通過 SPI 等接口管理與指紋模塊的通信。

完整的指紋處理，包括匹配和注冊算法

電容式傳感掃描和處理

系統(tǒng)管理，包括安全任務和傳感器控制

顯示圖形，如繪圖文本、圖像、形狀等。

管理 BLE 鏈路層控制器，維護 BLE 連接和通告以及 BLE 主機層任務，其中包括所有服務、配置文件和連接身份驗證

電機控制

鎖的遠程控制需要電機來移動鎖舌。此任務通常由 BLDC 電機和相關控制電路完成。電機控制可以使用可編程邏輯和模擬集成到 SoC 中，以減少組件數(shù)量，同時獨立于 CPU 工作。

新物聯(lián)網(wǎng)時代和以前的PC和智能手機時代的設備數(shù)量相差幾個數(shù)量級。因此，物聯(lián)網(wǎng)設備必須小巧而便宜，以擴散其預期市場。在下一專欄中，我們將深入了解一種用于智能家居的小型、廉價的連接設備設計。

審核編輯：郭婷