原著：Gabe Moretti, Senior Editor
如果您没有听过 IoT（物联网）一词，就无从谈论半导体行业。也许语言律师将要指出，实际上这并不是一个词，而是 Internet of Things（物联网）的缩写。当然，从根本上来讲，此缩写并不是正确的，因为“事物”将以多种方式相互连接，而并非只限于互联网。事实上，很显然，组合在一起构成 IoT 智能子系统的设备将使用以下协议相互连接：6LoWPAN、ZigBee、WiFi 和蓝牙。ARM 开发的 Cortex®-M 处理器系列尤其非常适合于为在执行物理数据采集时消耗极低电量的设备提供处理能力。这对 IoT 而言是非常有用的功能。
图 1多种多样的 IoT：许多“事物”相互连接。（由 ARM 提供）
图 1 显示了半导体行业怀有的 IoT 愿景。我认为，此图展示了半导体行业为自己所设立的宏伟目标。目前，IoT 的完整架构尚未定义，事实上也理应如此。IoT 重新推出了在 ASIC 设备被认为是满足所有人计算需求的最终解决方案时首次使用的范式。IP 业务最开始被视为应用程序专用硬件的增强，且目前通用型平台构成了大多数系统的核心。IoT 使得应用程序推动了架构的发展，并且 ARM 等公司可以向内核计算块提供 Cortex MCU 等现有器件。
ARM Cortex-M 处理器系列是指一系列可扩展、可兼容、高能效且易于使用的处理器，设计用于帮助开发人员满足未来智能互连嵌入式应用程序的需求。这些需求包括：以更低的成本交付更多的功能、提高连接性、增强代码重复使用率以及改进能效。ARM Cortex-M7 处理器是 Cortex-M 处理器系列中一款最新且性能最高的处理器。尽管 Cortex-M7 是 ARM 合作伙伴开发的 IoT 系统级芯片的核心，但是仍需要使用其他连接性 IP 来完成智能 SoC 子系统。
一系列我喜欢的 IoT 相关的IP 也应运而生。
为高效构建与其他设备进行通讯的系统（无论多小），都需要 IP。ARM 和 Cadence 设计系统公司在 IP 和开发工具领域已开展长久合作。今年 9 月，双方延长了已涵盖 130 多个 IP 块和软件的现有合作协议。新协议涵盖了针对 IoT 和可穿戴设备的扩展合作，面向 TSMC 的超低功耗技术平台。通过相互合作，预期会优化适用于混合信号设计和验证的 ARM IP 系统集成和 Cadence 集成流，进而加快 IoT 和可穿戴设备的开发流程。
此次合作将传递参考设计和物理设计知识，以便在适用于 TSMC 处理技术的 Virtuoso-VDI 混合信号开放存取集成流中集成 ARM Cortex 处理器、ARM CoreLink 系统 IP、ARM Artisan 物理 IP 以及射频/模拟/混合信号 IP 和嵌入式闪存。
ARM 嵌入式细分市场副总裁 Richard York 谈道：“TSMC 全新 ULP 技术平台的低漏电性能结合 Cortex-M 处理器的成熟电源效率，将使为数极多的设备能够在能源极度受限的环境中依然操作自如。我们与 Cadence 的合作能够让设计人员继续开发市场上最具创新力的 IoT 设备。”设计方法所发生的一个根本性变化在于，由不同供应商提供的多个功能可以汇聚至一个分发点（如 ARM），以确保提供一个成熟的开发环境。
系统开发人员需要知道，在选定产品架构时会涉及大量 IP 源。在 IoT 环境下，还必须同时考虑传输能力和数据安全性。
作为 ARM 强有力的合作伙伴，Synopsy 提供的低功耗 IP 可以支持大量低功耗特性，如可配置关机和电源模式。其 DesignWare IP 系列提供可以与任意 Cortex-M MCU 集成的数字和模拟元件。除了大量数字逻辑外，包括 ADC 和 DAC 在内的模拟 IP 以及音频编解码器也在 IoT 应用中发挥着重要作用。设计人员还可以使用 Synopsys 提供的开发和验证工具，它们处理基于 ARM 的设计方面成绩骄人。
Cadence 旗下的 Tensilica 集团发布了一篇论文，说明了如何使用 Cadence IP 开发用于 WLAN（无线局域网）的 Wi-Fi 802.11ac 收发器。此收发器设计将 ConnX BBE 内核系列中的锚点 DSP 与较小专业化 DSP 和专用硬件 RTL 结合使用，在包含 Tensilica DSP 的可编程平台上进行架构。得益于 Cortex-M7 和超标量管线的增强指令集，以及附加的浮点型 DSP，Cadence 无线电 IP 可以与 Cortex-M7 MCU 很好地结合使用，因为中间频带、数字下变频、后处理或 WLAN 配置均可以由 Cortex-M7 完成。
Accent S.A. 是一家专注于射频产品的意大利公司。Accent 针对 ARM 开发的 BASEsoc RF 平台可以用作为适用于大量应用的近乎完成的解决方案，能够为提前优化的、经现场验证的单芯片无线系统提供支持。这一模块化平台可以轻松定制，并且支持不同无线标准（如 ZigBee、蓝牙、RFID 和 UWB）的集成，进而帮助客户实现更短的入市时间。该公司宣称，Accent 可以在不到 9 个月的时间里完全设计、开发和量产基于 ARM 处理器的复杂 RF-IC。
Sonics 提供的片上网络 (NoC) 解决方案在集成各种通讯协议时非常灵活，并且具备较高的安全性。
图 3 显示了 Sonics NoC 如何在任意 SoC 架构中提供安全通讯。
在 Sonics 公司的首席技术官 Drew Wingard 看来，“当创建专注于 IoT 的 SoC 来收集敏感信息或控制贵重设备和/或资源时，安全性即便不是唯一的最重要考虑事项，也是最重要考虑事项之一。尽管 ARM 的 TrustZon 可以有效保障系统计算的安全性，但是它是否也可以在通讯、媒体和传感器/电机子系统领域做到这一点呢？SoC 安全性远不止于 CPU 和操作系统范围。SoC 设计人员需要采用一种方法来确保整个设计的彻底安全性。”
Drew 最后总结道：“确保在 SoC 范围内实现安全性的最好方法是，利用片上网络结构（如具备内置 NoCLock 特性的 SonicsGN）提供独立的双向安全域，从而使设计人员可以隔离每个子系统的共享资源。通过最大程度降低各个域中的安全硬件和软件的数量，NoCLock 扩展了 ARM TrustZone 的功能，使其可以提供更强的保护和可靠性，确保子系统级别的安全缺陷无法被利用，进而影响整个系统。”
当然，类似的示例数不胜数，并且该清单并未详尽列出支持智能化家庭架构中所用协议的设备。智能化家庭以及可穿戴医疗设备是最常见的 IoT 示例，可以在 2020 年得以实施。事实上，可以肯定地说，等到智能化家庭成为现实的时候，还将出现更多支持该应用的 IP模块。