Технологии
Микрокомпьютеры для интернета вещей: от умного дома к поумневшему окружению
Андрей Васильков
Опубликовано 14 июня 2013
Мысль подключить к интернету всё на свете витает в воздухе давно. Уже много лет обсуждаются проекты умных домов, общего информационного пространства и другие варианты объединения разрозненных электронных компонентов в единую систему. С внедрением RFID и NFC простая возможность оставлять свой цифровой след появилась не только у электронных устройств, но и практически у любых других предметов. В 2008 году количество подключённых к интернету устройств превысило число людей на планете. Дальнейшее развитие идеи привело к формированию концепции «интернета вещей», благодаря которой любые материальные тела (от таблеток до одежды) смогут наладить между собой активное беспроводное взаимодействие. Помочь исследователям воплотить мечты в реальность берётся пионер полупроводниковой индустрии – компания Freescale Semiconductor.
Современная концепция интернета вещей отличается от ранних попыток интегрировать в цифровой мир физические предметы своей глобальностью и уровнем готовности. Сейчас она выглядит вполне реалистично, поскольку необходимый технический базис уже создан. Конкретные планы по развитию этого направления хорошо представлены в ролике компании Symplio.
http://www.youtube.com/watch?v=VfK-D6e3DdQ
После перехода на IPv6 собственный сетевой адрес можно присвоить хоть каждому атому – была бы в этом необходимость. Беспроводные сети есть практически везде, а Wi-Fi-модули настолько малы, что их размещают даже прямо в картах памяти. Конечно, помимо приёмопередатчика остаётся много других компонентов, требующих миниатюризации. Фактически необходимо создать универсальную микросхему, которая бы собирала данные от всевозможных сенсоров, передавала их по мере необходимости и могла бы генерировать управляющие сигналы.
Иными словами, концепция гораздо ближе к технологии «умной пыли», разрабатываемой при участии DARPA, чем к принципам «умного дома». Агентство перспективных оборонных исследований США упомянуто не случайно. Компания Freescale давно производит специфические высокоинтегрированные решения для военного применения. Такой подход позволяет повысить надёжность узлов, обеспечить резервирование ключевых компонентов и снизить их энергопотребление.
Недавно компания Freescale представила самый миниатюрный из серийно выпускаемых чипов «всё в одном». При размере 2,0х2,0×0,4 мм микросхема Kinetis KL02 занимает на 25 процентов меньше места на печатной плате и имеет на 60 процентов больше выводов, чем ближайшие аналоги.
Чип состоит из 32-разрядного процессора ARM Cortex серии M0+, работающего на частоте 48 МГц, ячеек флэш-памяти общим объёмом 32 Кб и 4 Кб ОЗУ. Постоянная и оперативная память имеют защиту для предотвращения несанкционированного доступа. Также в микросхему интегрированы два двухканальных 16-разрядных таймера, часы реального времени, термодатчик, 12-разрядный АЦП и компаратор с шестиразрядным ЦАП. Из интегрированных беспроводных интерфейсов возможны Zigbee или версии Bluetooth и Wi-Fi с малым энергопотреблением.
Диапазон рабочих температур микросхемы составляет от -40°С до +85°С (кратковременно – до 105°С). Допустимая температура и оптимальное потребление энергии поддерживаются гибкой схемой адаптивного переключения режимов. Фактически это означает, что в реальных условиях чип не потребует охлаждения.
Корпусирование этих интегральных схем производится методом CSP (Chip scale package), предложенного более десяти лет назад разработчиками из Fujitsu, Hitachi и Mitsubishi. Расположение всех компонентов в одном корпусе резко сокращает габариты и потери энергии, но приводит и к некоторым негативным эффектам. Главный из них – снижение электромагнитной совместимости из-за возрастания уровня помех.
Для снижения наводок в таком микроскопическом объёме применяются уже известные решения. Например, для экранирования электрического поля Freescale размещает вокруг флэш-памяти миниатюрные аналоги клеток Фарадея.