2022年的创新组件和解决方案_Stuart Cording.pdf

敬请登录网站在线投稿（）年第期 年的创新组件和解决方案作者 （）译者禾沐 引 言疫情为电子产业的工程师和高管们带来了诸多挑战。尽管在人员、物流和供应链多方面都遭遇了困难，但是业界的创新依然没有停止。让我们来看看最新的创新芯片和解决方案都有哪些。近两年间，购买芯片是一件很困难的事情，但是从 年的贸易情况来看，全球的设计团队展现了极大的活力。研发新产品的热情可能源自线下展会的恢复。更进一步的分析表明，许多领域都产生了真正的进步，从小型模拟芯片到能够改变汽车产业的芯片技术。汽车的性能和安全汽车产业的未来在于销售有着机械外壳的软件，这已经是公认的事实。软件定义汽车（）会让这变成现实，汽车在其生命周期中会不断接受软件升级，并实现新的功能。宝马已经开始提供功能即服务（），在英国，座椅加热需要按月付费。这将大幅改变汽车电子，特别是软件的开发过程。与其说为每一个功能增加一个电子控制单元（），比如升降窗，不如说多个功能会被整合到几个强大的控制器中。这些控制器由车载以太网相互连接，安装在一台高性能计算机（）的周边。车载以太网就是我们熟知的以太网协议的单对实现，采取这一方式时不能牺牲汽车安全等级（）和安全要求。恩智浦先进的 和 实时处理器（见图）运用多核芯片实现了汽车上关键的可确定性要求，在符合 的同时达到了前所未闻的 时钟速率。芯片上有个 ，它们可以各自独立运行，也可以协同运转。例如，一个 专门进行系统管理，另外两个为 汽车通信提供加速。最后一个 控制硬件安全引擎（）的功能，是一个安全系统的重要组成部分。图恩智浦的 系列实时处理器针对新的软件定义汽车架构开发，支持从核心到引脚的虚拟化（来源：恩智浦）年第期 从核心到引脚的虚拟化片上系统（）为了同时支持多功能，其上搭载了虚拟机监视器，这让 可以独立运行多个操作系统（通常为 和 兼容的操作系统）。运行虚拟机监视器的处理器通过内存管理单元（）将这些 相互分开，并且分配硬件，比如将 设备连接到正确的 和分享同一个以太网口。不过，和 并不是如此。这两款芯片支持从核心到引脚的虚拟化，意味着 的外设分配在硬件中实现，这降低了软件开销，简化了分配过程，并确保一个 上的失效不会影响另一个。这一特性还支持进行通用（）操作时，虚拟 需要的寄存器引脚能够配置成一个专门的虚拟寄存器（不会看到物理寄存器的全部引脚）。现有的芯片基于 技术制造，但是 总监 认为，未来芯片制造将会基于 技术。业界已经认识到了这类芯片的重要性，博世工程副总裁 表示：“这些芯片相比嵌入式 的性能增长超过两倍。”此外，恩智浦的芯片赢得了嵌入式世界（）硬件奖。随着汽车电气化和电子化的不断推进，它们背后的技术值得给予更多关注。工业网络中的单对以太网工厂中大量的线缆和连接器很明显有改进的空间。目前，根据不同的价格、安全要求和特定应用的需求，市面上有着数量众多的现场总线标准。其中的大多数不支持多点线路，这意味着许多线缆会直接连接到一个可编程逻辑控制器（）上。通过利用单对以太网（）能够改善这一情况，是在已有的以太网标准上制定的一系列扩展标准。直到现在，只有微控制器整合了与 相关的硬件。安森美 的发布改变了这一点，它是一个独立的 控制器，整合了物理层和数据链路层的支持。这个设备可以通过串行外设接口（）协议连接到一个包含驱动程序的标准微控制器嵌入式处理器芯片上（一般运行 或 ），比如树莓派。控制器支持最少个 以上距离的多点线路节点，如有需要，支持最多 个节点和更远的距离。为了在有很多电气噪声的工厂中保持较高的可靠性，芯片使用一系列创新的噪声隔绝措施。数据链路层还有可选的 物理层防冲突（）标准，通过轮询仲裁避免冲突，能够将网络利用率提高到近 。助力物联网随着物联网（）设备的增多，我们很自然地会质疑，只使用电池作为设备电源是否合适。位于荷兰代尔夫特的无晶圆厂半导体创业公司 专门研究了这一问题，他们最新的电源管理集成电路（）（代号“硅藻”）是一个面向低功耗应用的能源收集解决方案（见图）。它能够运用多种电能来源（太阳能电池板、热电发电机和压电器件的振动等）向毫瓦和微瓦级设备供电，特别是智能可穿戴设备和无线传感器。已经搭建了多个演示原型，包括电子货架标签和电视遥控器。图来自无晶圆厂创业公司 的“硅藻”让你可以从多种不同的电能来源中高效地收集能源当然，收集到的能源首先要被存储起来，这样设备才能够使 用。发 布 了 新 的 存 储 技 术 （见图），这一固态存储解决方案运用锂基氧化物多层电池，将锂铁电池和多层电容器的优点结合在一起。此类电池不会泄露或者爆炸，所以即使在真空中也可以安全使用。电池大小和 多层陶瓷电容器（）的尺寸一致，是类似的超级电容电池大小的十分之一，可以直接贴片并采用典型的回流焊法，一千次充电循环后电池还可以提供原有容量的。的典型电压为 ，容量为 时，运行时环境温度范围为 。电池的 放电速率让它可以支持蓝牙低功耗（）信标。图 的可充电固态表面贴装电池 运用了锂基氧化物多层结构敬请登录网站在线投稿（）年第期 物联网之星 面临的另一个挑战是各种不同的技术各自为政，例如 平台和无线网络，针对类似的问题有 个不同的应用。（物联网之星）是一个旨在解决这一问题的社交组织，在业界举办贸易会时他们会组织线下活动。关于在解释 的社交活动如何帮助人们共同探索 产 业 的 共 同 问 题，开 发 者 关 系 部 的 解释道，他们为 的开发者和供应商提供分享经验的平台，无论是低功耗设计、平台整合，还是无线技术。本文截止时，他们的下一个活动将会在巴塞罗那的世界移动通信大会（）期间举行。是 社区的另一位成员，在嵌入式世界（）期间的 活动中，她宣布了新的创业公司 。担心 设备过于依赖于传统的部署过程，而没有充分利用云服务，其结果是空中升级（）和新应用的部署都十分困难。正在搭建一个针对边缘应用中 微控制器的原生应用平台。平台中有一个实时操作系统（）和一个运行时层，应用程序在“小型的容器”中作为服务部署。当有互联网连接时，平台的协调中心（）可以收集数据和对服务进行升级（见图）。图 希望通过协调中心和容器技术简化标准微控制器上 功能的部署（来源：）新的闪存格式小型和客户端 在节约空间的同时，性能还足够支持上网和偶尔写作的需要。但是，它们集成到主板上的闪存实际上限制了设备的生命期，随着 的增大和数据的增多，最终设备上用来升级的空间会被耗尽。未来，这也可能影响到汽车和其他应用。（见图）可以解决这一问题，它是来自 的一个新的闪存格式，看上去与 卡类似，支持 和 ，因此接口与 类似。但是 不仅仅是一个可移动数据设备，还是可替换的。它的厚度仅为，可以牢靠地安装到一个翻盖的插座中，最大支持 。为了可以被更广泛地采用，这项技术被定义为 标准。图 的 是针对瘦客户端和小型 的可替换存储设备（可替代传统的焊接到电路板上的闪存）处理器设计变得更简单开发 核心的好处之一是可以针对特定的算法添加自定义的指令。今天，供应商提供一系列支持自定义的标准核。不过，新的指令还是需要程序员用内联汇编语言进行编写，当然这意味着源代码需要改动。于 年成立，是一家总部在德国的公司，他们在 嵌入式 核上演示了新指令的自动生成。公司首席市场官（）解释道，通过 对 手写数字数据集进行辨识时，的软件可以确认处理器计算的热点，两个新的指令会被整合到核心中，帮助加速数字的辨识。同样的代码接下来使用自定义 的 核，推 理 时 间 就 可 以 改 善。解释道，向 核中添加并使用新的指令可以变得很简单。机器学习的另一个重要问题是需要强大的图形处理单元（）和神经网络加速器（）。创业公司在开发新的芯片时，核的授权费是一个大问题。这些公司经常要从雇佣员工的资金中分出一部分用于授权费，这会影响公司的创新。和 供应商 的 项目旨在改善这一点，正在成长的公司不需要支付授权费即可使用个 和个 。项目还包含技术支持和工具，帮助企业进行芯片创新，只有当产品上市时才会收取版税。对抗伪造芯片情期间最大的问题就是芯片的短缺以及伪造的芯片，一些伪造品可以一眼认出，但也有许多很容易被漏过。对于电子制造服务商（）而言，他们为数以千计的客户提供服务，每周会供应数以百万计的组件，自然很难仔细进行检查。创业公司 开发的电子芯片分析和追溯平台旨在解决这一问题，将该平台整合到生产线中，即可对每个组件进行拍照，并在数据库中记录其缴费编号和其他交货数据，平台接下来会用人工智能（）检测敬请登录网站在线投稿（）年第期 结语本文针对航空机载平台 芯片远程在线更新速率低下、与功能软件紧耦合的问题，提出一种采用 硬件架构，采用 引导加载 基础版本，基于 总线实现 多版本程序远程在线更新方案。该方案软件采用模块化设计，操作简单，已在相关型号工程中使用。参考文献林天静，阮翔，刘春基于 控制器的 在线加载功能设计电子技术应用，（）：李强，罗超，夏威，等 远程更新系统仪表技术与传感器，（）：郝国锋，朱琛，顾晓雪多系统 远程更新系统的设计与实现 电子技术应用，（）：，赵参，王小龙，郝国锋基于 的多 及 远程更 新 系 统 设 计电 子 设 计 工 程，（）：，徐晓康，邵俊波，赵晓宇，等基于 的单核 远程更新系统设计船电技术，（）：闫成亮，曹凤才，岳凤英基于 的远程程序并行固化设计 现代电子技术，（）：汪灏，张学森 一种基于串行方式的 远程加载电路 电子科学技术，（）：赵冬青，梁璠，上官鹏，等 一种基于 的 固件更新方法 电子设计工程，（）：袁君，李治辉，姚超 基于 通用快速的 配置方案通信技术，（）：朱道山（高级工程师），主要研究方向为信号处理、软件设计。通信作者：朱道山，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）芯片和被动元件等组件的异常。首席战略官（）表示，他们的平台还可以评估其他问题，像是质量欠佳的焊盘，或是同一个卷带包装中的产品有不同的日期代码，操作员可以决定是否使用这些部件。平台还会在数据库中记录每个产品上焊接有哪些组件，如果一个产品因为电容器的焊接问题而被退货，制造商可以知道这一批电路板都用了哪些电容器，如果其他电容器的焊盘也有缺陷，制造商可以仅召回受影响的产品，而不是大批量进行召回。这样的精确追溯能力还可以减少电子垃圾。疫情期间，我们依然忙碌疫情期间的各种限制让整个产业停滞了很久，所以 年的进展也许更像是一时的假象。不过事实是，业界确实有很多新的公司、产品和平台在用创新的方式解决问题。也许在家工作是工程师们一直想要的效率提升法！本文授权来自本刊的合作伙伴 媒体集团，如果希 望 免 费 订 阅 的 英 文 在 线 内 容，请 访 问 ：。（责任编辑：芦潇静收稿日期：）首款 增强型智能加速度计提高“始终感知”应用的性能和能效意法半导体推出款内置先进处理引擎的加速度计，可提升传感器的自主工作能力，使系统能够更快地响应外部事件，同时降低功耗。和 采用意法半导体第三代 制造工艺，新增可编程功能，包括机器学习核心（）、先进有限状态机（）和增强型计步器。另外一款入门级加速度计 可用于要求不高的应用场景。款产品均配备了最新的行业标准 接口，用于检测事件的通用数字功能，以及在低采样频率下实现高准确度的抗混叠滤波器，能够以低到可忽略不计的功耗进行准确的手势检测。和 集成的 使人工智能（）算法能够可靠地检测人体活动，同时 进一步增强了活动识别的性能。两个功能相辅相成，让传感器能够自主处理数据，降低主处理器与传感器的交互操作和数据处理工作量，显著降低功耗，提高系统响应速度。此外，通过部署自适应自配置（）功能，加速度计可以独立调整自己的设置，例如，量程和频率，以进一步优化测量性能，充分利用每一毫安的功耗。还具有意法半导体独有的 感应通道，可感应周围静电环境的变化，提供存在检测和接近检测功能。该功能使开发人员能够提高用户界面控制、液体检测、心率监测器等生物识别感测应用的价值。在用户界面应用中，与加速度信号相结合，消除了两次点击和多次点击事件中潜在的错检。新款智能加速度计为先进的可穿戴设备、真无线立体声（）扬声器和耳机、智能手机、助听器、游戏控制器、智能手表、资产追踪器、机器人、物联网设备提供环境感知功能。这款产品均采用意法半导体最新的超低功耗架构，将固有的超低功耗技术与抗混叠滤波器相结合，可以提高应用性能，消除信号中的噪声。用户可以通过意法半导体的 模型库获得现成的 和 算法，实现复杂手势检测、资产跟踪等更多用例。