精品文檔-下載后可編輯基于MIPSCPU和微控制器來實現IoT節點和IoT網關的高安全性-基礎電子隨著數十億IoT設備的投向市場以及數萬億市場份額的增長，這使得我們在決定邊緣節點傳感器或者智能節點的結構設計時要經過嚴格的考慮才能做出正確的選擇。這些微型的邊緣傳感器不僅提供重要的數據而且我們要確保它的安全，同時要采用的功耗、成本以及占用的空間。邊緣節點的一些復雜的處理任務可以放到IoT網關來執行，這樣帶來的不僅僅是安全智能還可能更多。

IoT系統的主要組件包括邊緣節點傳感器或者模塊，主要用于收集傳感器數據，IoT網關用來處理融合所有傳感器的數據，保持與云服務器或者其他邊緣節點的通信連接，云服務器用于非實時的數據分析和存儲，移動端應用程序用來渲染展示這些分析后的結果。

本篇文章主要向大家介紹基于MIPSCPU和微控制器來實現每個IoT節點和IoT網關，以及并行化、安全和虛擬化的架構設計是怎樣提升系統性能和安全特性。

從MIPS芯片的來分析，并行化、虛擬化和安全這三方面可以引申為多線程、硬件虛擬化和OmniShield安全技術。在深入開展IoT節點/網關設計之前我們先簡要的理解這些關鍵技術。

OnmiShield技術保證了下一代SoC的安全。與其他解決方案不同，我們可以通過簡單的二進制方法來設置安全和非安全分區，當然OmniShield安全技術不僅僅是創建多個不同的安全分區，同時還支持每個安全/非安全區內的應用或者操作系統能夠獨立的操作，互補干擾。

硬件虛擬化是處理器OmniShield技術的前提，確保安全區應用程序能夠高效可靠的執行，并且與其他應用保持的隔離，同時也保證不受非安全分區應用程序的干擾。

，多線程技術幫助優化并行和復雜的應用，使得單核處理器好像是一個SMP（對稱多處理）的操作系統，類似兩個獨立的處理器內核。進一步講，這兩個虛擬的處理器內核能夠支持多個操作系統或者操作系統與“裸板”應用程序的組合。

有了上述這些了解，現在我們可以進一步了解IoT節點和IoT網關是怎么實現的，以及我們如何應用上述這些技術。

物聯網（IoT）節點單元.物聯網（IoT）節點從廣義上來看可以劃分為以下三部分——智能傳感器、智能聲音處理器和智能高性能處理器。智能傳感器主要用于邊緣節點的傳感器，成本低，功耗小，采用一節AA電池或者紐扣電池就能夠保證其運行一年或者更長時間。一般它只包含一個微控制器單元就能夠實現所有應用功能以及保持低功耗互連和邊緣數據分析。當然對于這些數十億的微型傳感器來說另一個重要的參數就是安全。

如上圖所示，MIPS微控制器M系列具有硬件虛擬化功能，保證傳感器應用、互連協議棧和嵌入式AI處理三大安全分區的隔離運行。支持多種流行的互連技術例如BLE、802.15.4、6LoWPAN、Thread、Zigbee、WiFi和蜂窩網絡技術NB-IoT，采用2接AA電池都保證10年的使用時間，超長的續航和很低的成本。在某些應用場景，使用網絡互連技術如WiFi和蜂窩技術IoT節點模塊能夠與云服務器進行直接連接并且發送各種消息和數據，當然在其他應用場景我們也可以采用IoT網關模塊來實現。使用邊緣傳感器的場景包括智能家居安全和自動化、車聯網、跟蹤和物流管理、集裝箱貨物監測、消費電子設備如智能冰箱、智能洗衣機、智能飲料機、智能托盤和智能公用設施等。

智能聲音處理器是更的傳感器節點，它是在邊緣節點增加了聲音處理能力。這就需要更多的計算量，一個CPU除了要滿足聲音計算額外的計算要求，還要適應不同數量的聲音采集麥克風的集成。一些功能是需要在處理器上來實現的如聲音觸發器用來喚醒處理器開始解碼聲音命令、自適應波束形成支持多個聲音麥克風、消除回聲和噪聲來避免錯誤的識別或者檢測。

所有這些功能如聲音數據處理、互連處理、人工智能算法以及傳感器應用都可以在MIPSinterApTIv系列多線程處理器上來實現和優化。目前已經有很多比較流行的聲音觸發器和服務如亞馬遜的Alexa、谷歌公司的OKGoogle、蘋果公司的Siri以及微軟公司的Cortana。目前Alexa聲音服務已經集成到很多你能夠想到的消費電子產品中，從冰箱到電視、汽車，此外還有智能話筒和智能手機。

幾乎所有這些設備都支持WiFi或者蜂窩網絡連接技術，可以實現與云端的聲音服務互聯互通。

智能高性能處理器適合處理密集型應用，例如智能互連攝像機。高性能處理器不僅集成了智能聲音處理器的所有功能并且集成了視頻加速器、專用的分析引擎以及ISP相機支持。更具性能要求和邊緣處理器要實現的功能，我們的系統組成可能不止一個高性能處理器內核也可能是2個或者4個。MIPS64位I6400處理器非常適合這類應用需求。

物聯網（IoT）網關

當我們系統的邊緣節點只是用來輸出傳感器節點采集的數據或者將一些數據處理任務放到物聯網（IoT）網關來執行的情形或者場景，那么采用物聯網（IoT）網關實現與云服務器或者外部系統數據通信應該是科學的方式。這種解決方案進一步降低了邊緣節點的成本、系統占用空間和功耗要求，當然也給邊緣節點帶來一些優化，如引入智能算法、實時數據分析、數據融合和更高的安全特性。但是這種提升性能和方便使用的同時也增加了物聯網（IoT）網關系統實現的復雜度。因為每個傳感器節點可能使用不同的互連通信協議、安全防護協議、發送不同格式和大小的數據包，所有這些都需要在物聯網（IoT）網關進行分類細化。處理這么多不同的情況不是件容易的事情。如上圖所示MIPS處理器既具有多線程和硬件虛擬化的特性，支持多種互連技術以及物聯網（IoT）協議，能夠高效和安全的處理這種復雜的架構設計。

總結

現在我們總結一下，上文提到的所有類型的處理器都集成了如下模塊——處理單元/微控制器單元、互連模塊、某種功能的智能算法（部署在