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MCU物联网设计方案的关键要素是功能多样性 物联网 (IoT) 在本质上是由各式各样的元件所组成，各针对不同的功能进行最佳化。 穿戴式装置会针对低功率和局部连线进行最佳化，无线桥接器则会针对传输效率和弹性的通讯协定支援进行最佳化，而连线的厨房电器将会着重在提升使用简便性。 这些不同的需求意味着其支援的硬体（其中绝大多数都是以 MCU 为架构）也需要具备不同的功能组合以达到最佳实作成果。 若您认为已经有太多的 MCU 选择，那麽以 IoT 为目标市场的新一代元件将让您更为惊讶。 　　 　　不同需求促成功能多样性　　 　　物联网 (IoT) 最明显的需求就是连线能力。 若无通讯能力，单纯就只是一个「物件」，无法形成物联网。 然而，连线能力也涵盖多种功能。 查看 Digi-Key 无线解决方案 TechZone 页面，即可看见琳琅满目的无线方案，适用於蓝牙、行动、GPS、ISM、RFID、802.11/Wi-Fi/WiMax 和 802.15.4/ZigBee，而且这些只是冰山一角而已。 但是，每一款 MCU 都需要支援这些所有无线通讯协定吗？ 若是如此，MCU 在每一款 IoT 设计中都会耗费大量电力、成本和复杂度预算。 既然如此，到底该如何是好？　　 　　有个方法是将主要 IoT 装置的功能专属化，如此即可简化其连线需求。 举例而言，并非所有感测器都需要连接 Wi-Fi。 感测器能使用低功率、高效率的短程连线标准即可。 感测器能透过此标准连接感测器「桥接器」，即可藉此连线到更远的装置，最终与网际网路连线。 其他专属元件能提供储存能力，能在建立目的地连线之前，先行储存本机所产生的资料。 举例来说，骑单车时的心律资料和路径资讯就可储存在本机活动监测器中，直到返家进入健康资讯汇集器的连线范围为止。 运算元件也可配置在网路中提供分散式运算，如此一来即可在传输前先行处理并压缩庞大的资料组。 由於无线通讯可能要耗用许多电力，因此在传输之前，先以一小部分电力将资料汇整，即可大幅提升整体能源效率。 除此之外，由於资料在抵达最终目的地前可能需在多个中继点之间流通，因此在前端元件提供节省机制，就可在整体过程上发挥节省效果。 　　图 1 的范例指出多样性连网「物件」的组合，我们可透过此范例进一步探讨，为何差异化功能在达到成功的 IoT 部署上如此重要。 范例中除了呈现之前描述的数种多样性元件类型外，也有添加一些新的类型。 在 IoT 的边缘处有分散式感测器和致动器，这些是 IoT 连接「真实世界」的介面。 在此常见的元件包括个人活动监测器、位置追踪器以及环境感测器，也有相关致动器，可用於加热、冷却、照明以及建筑物门禁。 在这些「边缘」元件背後都有感测器结合装置，会收集感测器资料然後合并（或结合）不同的量测结果，建立额外的知识，以用於更高阶的应用。 感测器结合的常见范例之一就是合并 GPS 和大气压力资料，以此判定高度和位置。 感测器结合装置通常会连接到桥接器，再透过桥接器在通讯协定之间转换（通常是有线和无线连线之间）。 有些情况下，需要具备本机储存能力将感测器资料快取，以便日後下载。例如，活动监测器资讯管理器能储存心律资讯，以便日後下载到手机应用程式中。 　　 　　透过专属化简化物联网的示意图 　 　　图 1：透过专属化简化物联网。 　　 　　信标是馈入 IoT 的资讯来源，能指出广告、环境或位置。 例如，信标能传送距离、环境以及高度资讯，以便用於自行车道上。 除此之外，信标也能提供新款单车配件以及服务价格等广告，不用太惊讶。 感测器结合式桥接装置会合并来自多重信标和感测器的资料，依据接收器的操作模式，剔除非必要（或不想要）的资料。 此筛选功能可双向进行，因此能阻挡窃听者（如进行工作面试时）取得个人资讯（如心律）。　　 　　储存和运算元件可纳入到感测器结合式桥接装置中，或作为通讯桥接器的一部份，即可有效率地将无线资料在多种格式之间转换，达到资料安全性和完整性。 感测器透过蓝牙连接到桥接器後，资料即可透过较长距离的无线标准进行储存或转送，例如 Wi-Fi。 桥接器至少必须具备储存和通讯功能，更高阶的装置则需含有额外的处理能力。 额外的处理能力可用来结合多种感测器读数，因此当完整资料组准备好进行接收，或是读数「超出范围」而需发出警告时，「上游」装置就会收到警告。 MCU多样性与物联网的演进　　 目前有个势必会在物联网领域成长的趋势，那就是结合关键无线硬体元件、重要的软体驱动程式和通讯协定堆叠，进一步简化多样性装置的设计和建立，以便完全实现 IoT 愿景。 举例而言，Nordic Semiconductor 就打造了一系列高度整合的无线 MCU，提供整合式硬体与软体方案，如图 2 所示。 Nordic 采用标准 ARM Cortex-M0 处理器