物聯(lián)網(wǎng)（IoT）使我們通過互聯(lián)網(wǎng)與世界各地之間的聯(lián)系更加緊密。其中，單片機(jī)是電子產(chǎn)品中的微型獨(dú)立設(shè)備，它們可以連接和控制所有可能連接到Internet的事物。

單片機(jī)旨在執(zhí)行特定功能，并且可以集成到幾乎所有東西中，從工業(yè)設(shè)備、倉(cāng)庫庫存物品、可穿戴設(shè)備，到家用電器等等。

一、微處理器和單片機(jī)之間的區(qū)別

微處理器在設(shè)計(jì)上與單片機(jī)不同。微處理器內(nèi)部只有CPU，并且沒有內(nèi)存支持。另一方面，單片機(jī)具有CPU、RAM、ROM和其他外圍設(shè)備，它們都嵌入在芯片中。有時(shí)單片機(jī)也稱為單片機(jī)或MCU。目前，有成千上萬的單片機(jī)具有針對(duì)不同用例設(shè)計(jì)的多種功能。

二、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的單片機(jī)類型

目前，制造商生產(chǎn)了許多具有不同規(guī)格和配置的不同單片機(jī)。因此，可以基于存儲(chǔ)器，架構(gòu)和位來劃分單片機(jī)。

例如，以下是一些基于位的單片機(jī)：

（1）8位單片機(jī)，用于執(zhí)行邏輯和算術(shù)運(yùn)算。
（2）16位單片機(jī)以更高的精度和更好的性能執(zhí)行操作。
（3）通常部署在家用電器和醫(yī)療設(shè)備中的32位單片機(jī)。他們可以執(zhí)行算術(shù)以及邏輯運(yùn)算。
（4）64位單片機(jī)。

基于架構(gòu)的單片機(jī)：

馮·諾依曼（Von Neumann）：在這種體系結(jié)構(gòu)中，CPU與一條數(shù)據(jù)和地址總線進(jìn)行通信，同時(shí)與RAM和ROM進(jìn)行通信。
哈佛：在這種體系結(jié)構(gòu)中，CPU有兩條獨(dú)立的總線。它們是地址總線和數(shù)據(jù)總線，用于與RAM和ROM進(jìn)行通信。

三、哪種單片機(jī)最適合你的物聯(lián)網(wǎng)需求？

如果你要構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，那么選擇合適的單片機(jī)將決定你產(chǎn)品的成功。例如，在智能家電產(chǎn)品中添加1MB RAM和大功率單片機(jī)毫無意義。

IoT開發(fā)人員和組織中使用的領(lǐng)先架構(gòu)為：

（1）ARM；
（2）MIPS；
（3）X86。

單片機(jī)的選擇在很大程度上取決于你的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的功能要求，例如它是否需要低功耗、高性能、無線連接或高端安全性。

通常，行業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品更加復(fù)雜，并且具有更多的計(jì)算能力和能源約束。因此，它需要更多的細(xì)分市場(chǎng)，但會(huì)提高評(píng)估你的單片機(jī)需求的標(biāo)準(zhǔn)。

四、單片機(jī)的處理能力

處理速度對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品至關(guān)重要，盡管某些物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品可以低速運(yùn)行，但有些產(chǎn)品要求單片機(jī)提供更高的速度，因此它們可以執(zhí)行更苛刻的任務(wù)。

你的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能大小，可以執(zhí)行簡(jiǎn)單的感應(yīng)功能或?qū)⒃紨?shù)據(jù)發(fā)送回控制中心。它甚至可以從多個(gè)來源收集數(shù)據(jù)，執(zhí)行本地分析，然后執(zhí)行請(qǐng)求。無論功能、環(huán)境及其操作活動(dòng)如何，單片機(jī)都需要足夠的處理來執(zhí)行功能和任務(wù)。

五、單片機(jī)的存儲(chǔ)容量

基于內(nèi)存量的單片機(jī)選擇非常重要，因?yàn)樘幚硭俣群蛦纹瑱C(jī)的整體性能取決于內(nèi)存大小。不同的單片機(jī)通常具有兩個(gè)組件，具有不同的存儲(chǔ)容量：

ROM：它將應(yīng)用程序存儲(chǔ)在單片機(jī)中。尺寸越大，變得越復(fù)雜。
RAM：通常執(zhí)行兩項(xiàng)功能，即讀取和寫入存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。此外，它保存要由處理器分析的數(shù)據(jù)并采取措施。

有關(guān)主要單片機(jī)的內(nèi)存大小信息，請(qǐng)?jiān)谖覀兊木W(wǎng)站上查看本文的原始版本。

六、單片機(jī)的功耗

首先，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，單片機(jī)必須具有高能效。通常，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備構(gòu)建單片機(jī)的制造商面臨性能和功率挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于可穿戴和電池供電的設(shè)備。

例如，智能恒溫器中的單片機(jī)會(huì)不時(shí)地喚醒，以檢查溫度并根據(jù)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果調(diào)整空調(diào)溫度。

在上述情況下，單片機(jī)會(huì)消耗大量功率，而功耗應(yīng)該盡可能少。

七、單片機(jī)中的快速喚醒時(shí)間（RPC）

超低功耗應(yīng)用通常在最低功耗模式下花費(fèi)最多的時(shí)間，喚醒以執(zhí)行任務(wù)或測(cè)量，然后快速重新進(jìn)入最低功耗模式。

因此，選擇具有超低功耗和最快喚醒時(shí)間的MCU非常重要。

相對(duì)較慢的喚醒時(shí)間會(huì)浪費(fèi)能量，因?yàn)镸CU在這段時(shí)間內(nèi)無法執(zhí)行任何其他任務(wù)。結(jié)果，喚醒時(shí)間較慢的MCU無法實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備所需的最佳低功耗。

八、單片機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)連接接口

單片機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)接口與本地其他設(shè)備進(jìn)行交互，并將數(shù)據(jù)推送到IoT應(yīng)用程序進(jìn)行任何分析。此外，它們旨在支持一種或多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如Wifi，藍(lán)牙，蜂窩網(wǎng)絡(luò)（例如2G/3G甚至是RFID）。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以通過有線連接（例如，智能建筑和家庭）進(jìn)行連接，也可以通過無線連接進(jìn)行連接。因此，你必須確定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)用程序，然后確定其網(wǎng)絡(luò)要求。

九、單片機(jī)的硬件和運(yùn)行成本

對(duì)于不同的用例，單片機(jī)的成本可能會(huì)有所不同。此外，某些單片機(jī)甚至?xí)樘囟ǖ脑O(shè)備驅(qū)動(dòng)程序收取一定的許可費(fèi)，但是隨著你擴(kuò)大項(xiàng)目規(guī)模，總體成本將為你帶來更高的價(jià)值。

十、社區(qū)和制造商對(duì)主要單片機(jī)的支持

更具體地說，技術(shù)文檔、制造商和網(wǎng)絡(luò)社區(qū)支持對(duì)于開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目至關(guān)重要。全面的文檔可幫助初次使用單片機(jī)，需要指導(dǎo)和信息的任何人就規(guī)格，功能以及編程和使用方法做出明智的決定。

此外，最有可能提供制造商支持，但是社區(qū)支持至關(guān)重要，因?yàn)樵谶@里，你將聽到有關(guān)實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤以及創(chuàng)新產(chǎn)品的所有秘密的地方。

十一、單片機(jī)中輸入/輸出端口的數(shù)量

單片機(jī)中的端口充當(dāng)從傳感器到設(shè)備的輸入通道，以及從設(shè)備到傳感器通信的輸出通道。I/O端口可以是數(shù)字或模擬端口。數(shù)字端口處理簡(jiǎn)單的邏輯，例如“是”或“否”類型輸入。此外，模擬端口用于連續(xù)輸入/輸出。例如，溫度或速度。

根據(jù)你的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品要求，你可能需要幾個(gè)或多個(gè)端口。因此，一旦定義了數(shù)據(jù)格式和其他要求，就可以根據(jù)所需的I / O端口的類型和數(shù)量來確定單片機(jī)。

十二、單片機(jī)的安全性

在數(shù)字時(shí)代，保護(hù)數(shù)據(jù)安全是使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的單片機(jī)設(shè)計(jì)人員和最終消費(fèi)者最關(guān)心的問題。通常，主要單片機(jī)的制造商會(huì)部署安全措施，例如數(shù)據(jù)加密和屏蔽層，以防止任何惡意活動(dòng)的訪問。此外，他們正在構(gòu)建可以與單片機(jī)集成的更專用的安全芯片，以安全地存儲(chǔ)加密密鑰和用戶憑證。

關(guān)于這一點(diǎn)，以下是每個(gè)開發(fā)人員在選擇單片機(jī)之前應(yīng)評(píng)估的一些標(biāo)準(zhǔn)安全功能：

十三、防止篡改和逆向工程

攻擊者通常會(huì)將注入的代碼放入目標(biāo)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或單片機(jī)中。成功注入代碼后，他們將執(zhí)行代碼以完全控制設(shè)備及其大腦（即單片機(jī)）。

此外，單片機(jī)還可以打開你的設(shè)備來逆轉(zhuǎn)工程問題，在此情況下，有人可以通過將一些算法放入設(shè)備中來區(qū)分某些功能，并從你的創(chuàng)新中受益。

根據(jù)設(shè)備及其使用情況，后果可能很糟。為了防止此類攻擊，某些單片機(jī)具有內(nèi)置的篡改檢測(cè)功能，可檢測(cè)到這些活動(dòng)并保護(hù)設(shè)備免受僵尸網(wǎng)絡(luò)的攻擊，從而攻擊同一網(wǎng)絡(luò)上的其他僵尸網(wǎng)絡(luò)。

十四、密碼引導(dǎo)加載程序

制造商通常會(huì)為單片機(jī)發(fā)布固件和其他安全更新，而加密引導(dǎo)加載程序則提供了安全更新?；旧?，引導(dǎo)加載程序會(huì)在更新之前對(duì)安全密鑰進(jìn)行加密，以防止在更新過程中泄漏任何信息。

十五、加密硬件加速器

加密和解密的加密過程會(huì)消耗單片機(jī)的內(nèi)存和處理能力，這會(huì)減慢計(jì)劃執(zhí)行的其他活動(dòng)或事件的速度。有時(shí)，制造商會(huì)將硬件加速器與某些算法集成到單片機(jī)中，以加快此過程。除了加速器芯片外，加密效率還很大程度上取決于他們使用的算法。

十六、導(dǎo)電屏蔽層

單片機(jī)通常使用諸如藍(lán)牙，Wifi等網(wǎng)絡(luò)接口與其他設(shè)備或應(yīng)用程序進(jìn)行通信。有時(shí)，攻擊者使用奇怪的算法讀取內(nèi)部信號(hào)，以進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部并控制設(shè)備。

導(dǎo)電屏蔽層可防止對(duì)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行任何形式的讀取和寫入。最后，如果你作為開發(fā)人員或組織希望在下一個(gè)項(xiàng)目中采用單片機(jī)，請(qǐng)考慮這些安全功能的可用性。

十七、物聯(lián)網(wǎng)單片機(jī)中的內(nèi)存保護(hù)單元

通常在單片機(jī)中部署內(nèi)存保護(hù)單元，以定義對(duì)內(nèi)存位置的訪問規(guī)則，這有助于單片機(jī)控制可以讀取，寫入或執(zhí)行的內(nèi)存。雖然，內(nèi)存保護(hù)單元并未內(nèi)置于單片機(jī)中，因?yàn)橛行┲圃焐虒⑵渑c單片機(jī)集成在一起，而有些則沒有。因此，建議選擇支持存儲(chǔ)器保護(hù)單元集成的單片機(jī)。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常對(duì)單片機(jī)的高性能和低功耗有苛刻的要求，這些單片機(jī)為外圍設(shè)備和軟件的交互提供可靠的支持。