【導讀】嵌入式係統正以越來越快的速度繼續其技術演進
；我們家庭、車che輛liang和he工gong作zuo場chang所suo中zhong的de設she備bei功gong能neng正zheng在zai突tu飛fei猛meng進jin地di發fa展zhan。這zhe一yi進jin步bu的de一yi個ge關guan鍵jian驅qu動dong因yin素su是shi，即ji使shi是shi最zui小xiao的de電dian子zi設she備bei也ye能neng夠gou連lian接jie到dao我wo們men的de現xian代dai網wang絡luo基ji礎chu設she施shi。Wi-Fi®、藍牙®heqitalianjiexuanxiangshidexianchanggengxinheweihubiandegengjiarongyi，tongshizengjialerengongzhinenghejiqixuexisuanfadeyoushi。zhezhongzengjiadelianjiexingyouxiaodishizhexieshebeichengweiwulianwangbianyuanjiedian—— 但這帶來了處理需求增加和內存子係統增大的代價。

互聯網連接推動處理需求

嵌入式係統正以越來越快的速度繼續其技術演進；我們家庭

、車che輛liang和he工gong作zuo場chang所suo中zhong的de設she備bei功gong能neng正zheng在zai突tu飛fei猛meng進jin地di發fa展zhan。這zhe一yi進jin步bu的de一yi個ge關guan鍵jian驅qu動dong因yin素su是shi，即ji使shi是shi最zui小xiao的de電dian子zi設she備bei也ye能neng夠gou連lian接jie到dao我wo們men的de現xian代dai網wang絡luo基ji礎chu設she施shi。Wi-Fi®、藍牙®heqitalianjiexuanxiangshidexianchanggengxinheweihubiandegengjiarongyi，tongshizengjialerengongzhinenghejiqixuexisuanfadeyoushi。zhezhongzengjiadelianjiexingyouxiaodishizhexieshebeichengweiwulianwangbianyuanjiedian—— 但這帶來了處理需求增加和內存子係統增大的代價。

係統挑戰

大多數嵌入式係統還“連接”到其直接環境——也就是說，它們提供了某種類型的環境傳感
、jixiequdonghuorenjijiemiandegongneng。liru，zhinenghengwenqichulepeibeiyixilieanniuhuodianrongchuanganqiyongyurenjishuruwai
，hailianjiedaobendiwenduheshiduchuanganqiwangluo。daduoshuqianrushixitongdouyutamensuochudehuanjing“連接” ——也就是說
，它們具備某種環境感知
、機(ji)械(xie)控(kong)製(zhi)或(huo)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)的(de)功(gong)能(neng)。舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)
，智(zhi)能(neng)恒(heng)溫(wen)器(qi)除(chu)了(le)配(pei)備(bei)按(an)鈕(niu)或(huo)觸(chu)摸(mo)傳(chuan)感(gan)器(qi)用(yong)於(yu)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)外(wai)，還(hai)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)個(ge)本(ben)地(di)的(de)溫(wen)度(du)和(he)濕(shi)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)。再(zai)比(bi)如(ru)
，聯(lian)網(wang)的(de)烹(peng)飪(ren)設(she)備(bei)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)標(biao)是(shi)理(li)解(jie)你(ni)對(dui)食(shi)物(wu)溫(wen)度(du)的(de)期(qi)望(wang)，並(bing)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)化(hua)為(wei)精(jing)確(que)的(de)熱(re)量(liang)控(kong)製(zhi)。這(zhe)些(xie)以(yi)“模擬”信號為主的係統
，正逐漸進入快節奏的雲通信世界，這就帶來了一個難題：你是為模擬世界的緩慢輸入設計係統，還是為了提

升速度和整體功能而犧牲模擬信號的精確度
？為了更深入地理解這個問題，我們可以看一個常見且簡單的例子——物聯網邊緣傳感器節點。

模擬子係統

物聯網邊緣傳感器節點需要一些模擬子係統來測量和監控環境條件，例如溫度、濕度、運動等。模擬子係統通常包括一個單片機（MCU），用yong於yu讀du取qu傳chuan感gan器qi數shu據ju，進jin行xing某mou種zhong形xing式shi的de處chu理li，並bing通tong過guo網wang絡luo進jin行xing通tong信xin。通tong常chang情qing況kuang下xia，環huan境jing數shu據ju變bian化hua較jiao為wei緩huan慢man
，因yin此ci大da多duo數shu邊bian緣yuan節jie點dian不bu需xu要yao處chu理li連lian續xu、不間斷的數據流。由於邊緣節點通常依靠小型電池運行數年，它們大部分時間處於低功耗的“休眠”模mo式shi
，僅jin定ding期qi喚huan醒xing以yi檢jian測ce環huan境jing變bian化hua。在zai喚huan醒xing期qi間jian，節jie點dian會hui收shou集ji數shu據ju並bing通tong過guo網wang絡luo傳chuan輸shu。之zhi後hou
，它ta會hui再zai次ci進jin入ru休xiu眠mian狀zhuang態tai，直zhi到dao需xu要yao進jin行xing下xia一yi次ci測ce量liang。在zai我wo們men這zhe個ge高gao度du互hu聯lian的de世shi界jie中zhong，隨sui著zhe邊bian緣yuan節jie點dian數shu量liang和he收shou集ji數shu據ju的de增zeng加jia
，電dian源yuan效xiao率lv和he低di功gong耗hao運yun行xing成cheng為wei延yan長chang模mo擬ni子zi係xi統tong電dian池chi壽shou命ming的de關guan鍵jian設she計ji考kao慮lv因yin素su。

嵌入式係統的分段設計

為了實現高效的嵌入式係統，通常需要將係統劃分為不同的“速度域”，並bing通tong過guo橋qiao接jie器qi將jiang快kuai速su主zhu處chu理li器qi與yu模mo擬ni子zi係xi統tong連lian接jie起qi來lai。這zhe種zhong分fen區qu設she計ji可ke以yi讓rang模mo擬ni子zi係xi統tong專zhuan注zhu於yu處chu理li變bian化hua較jiao慢man的de任ren務wu，而er快kuai速su主zhu處chu理li器qi則ze負fu責ze處chu理li那na些xie需xu要yao高gao速su運yun算suan的de複fu雜za任ren務wu。這zhe樣yang一yi來lai，每mei種zhong處chu理li器qi都dou能neng發fa揮hui其qi最zui大da的de優you勢shi。隨sui著zhe越yue來lai越yue多duo的de設she備bei需xu要yao聯lian網wang
，I3C®成為了下一代串行通信接口，專門用於支持高速芯片之間的通信。作為I2C的升級版
，I3C不僅速度更快，還具備更智能的接口和更強大的控製功能。重要的是，I3C仍然兼容現有的I2C器件，這使得它能夠輕鬆集成到現有的硬件平台中。此外
，I2C器件可以與運行在12.5 MHz的I3C控製器共存，這意味著現有的I2C總線設計可以逐步過渡到I3C標準。舉個例子，一個支持I3C和傳統通信接口（如I2C
、SPI或UART）的(de)單(dan)片(pian)機(ji)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)橋(qiao)接(jie)設(she)備(bei)。這(zhe)個(ge)橋(qiao)接(jie)器(qi)通(tong)過(guo)單(dan)片(pian)機(ji)將(jiang)快(kuai)速(su)處(chu)理(li)器(qi)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)接(jie)起(qi)來(lai)。單(dan)片(pian)機(ji)負(fu)責(ze)讀(du)取(qu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)，進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)，並(bing)將(jiang)結(jie)果(guo)高(gao)效(xiao)地(di)傳(chuan)輸(shu)出(chu)去(qu)。這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)不(bu)僅(jin)保(bao)持(chi)了(le)I3C總線的高速性能，還能通過單片機實現I3C控製器與I2C/SPI器件之間的通信。通過將嵌入式係統進行合理的分區設計

，並利用I3C接口
，可以更高效
、更穩定地實現係統設計。

PIC18-Q20 MCU

Microchip推出了PIC18-Q20產品係列，專門為現代分布式處理器嵌入式係統設計。這些單片機（MCU）提供了先進的串行通信接口，包括多達兩個I3C外設，能夠高速連接到多個總線，極大地增強了係統的靈活性。此外，它們還內置了傳統的通信協議

，如UART、SPI

、I2C和SMBus
，可以作為橋接設備無縫集成到係統中
，並將I2C/SPI設備與純I3C總線隔離開來。這種設計不僅保持了I3C總線的高速性能，還能通過單片機實現I3C控製器與I2C/SPI器件之間的通信。PIC18-Q20haizhichiduogedianyayu
，zheyiweizhetakeyiqingsonglianjiebutonggongzuodianyadezujian
，congershengquledianpingzhuanhuanqidexuqiu，jiangdilecailiaochengbenbingjianhualexitongsheji。ciwai
，PIC18-Q20單片機集成了片上獨立於內核的外設（CIP），這些外設可以在不需要CPU持續幹預的情況下獨立運行
，並直接與其他外設通信。這些基於硬件的功能模塊功耗極低，幾乎不需要編寫代碼，並且占用更少的RAM和閃存資源
，卻能實現與軟件相同的功能。此外，單個MCU可以同時啟用多個功能模塊。設計人員可以通過MPLAB®代碼配置器（MCC）——一個簡單的圖形用戶界麵（GUI）工具——輕鬆定製包括I3C外設在內的CIP組合，生成應用程序代碼，而無需深入研究數據手冊。通過使用CIP，工程師可以將每個係統任務進行分區管理
，從而簡化功能實現，減少組件數量、代碼量、開發時間和功耗。

結論

在我們這個快速變化的世界中
，技術的進步要求設備具備更快的處理速度、更geng高gao效xiao的de連lian接jie性xing以yi及ji更geng小xiao的de體ti積ji。雖sui然ran現xian代dai電dian子zi設she備bei越yue來lai越yue多duo地di與yu外wai部bu世shi界jie連lian接jie
，但dan在zai這zhe些xie互hu聯lian係xi統tong中zhong，仍reng然ran需xu要yao小xiao型xing化hua且qie節jie能neng的de模mo擬ni子zi係xi統tong來lai感gan知zhi和he測ce量liang“現實世界”的數據。由於環境數據的變化通常比較緩慢，設計時需要在速度和精度之間找到一個平衡點。

為了實現高效的嵌入式係統，通常需要將係統劃分為不同的“速度域”，並通過橋接器將快速處理器與模擬子係統連接起來。隨著I3C逐漸成為高速芯片間通信的主流接口，工程師們需要選擇能夠全麵支持高性能數字處理需求的高級單片機（MCU），同時還要確保這些MCU在下一代設計中保持對模擬信號的高精度處理能力。

（Microchip Technology Inc.，負責MCU業務部的公司副總裁Greg Robinson）

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