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ESP-Hosted:降低物联网设备的部署成本与复杂性

中国,上海
2022年8月23日

实现设备的云端部署已经成为当下各行各业广泛讨论的话题之一,本文介绍了乐鑫 ESP-Hosted 解决方案,旨在通过提供标准化的软件接口来降低集成的复杂性,缩短开发时间,降低开发成本。

实现设备的云端部署已经成为当下各行各业广泛讨论的话题之一,它带来了很多显著优势,下文列举了部分适用于多行业的优势:

  • 轻松访问:设备连接云端后,只需轻触按钮或屏幕,就可以在全球范围内随时访问此设备。
  • 数据备份:大多数云端服务都支持用户对联网设备采集的关键数据进行备份。
  • OTA升级:物联网的最大优势之一在于允许用户远程更新设备的固件/软件。这不仅确保了设备的安全性,也大大降低了运维成本。
  • 高效:随着机器自动化的发展以及机器设备间协作的增加,使用宝贵资源完成工作的时间大大减少,生产效率也随之大幅提高。

实现设备的云端部署已经成为当下各行各业广泛讨论的话题之一,它带来了很多显著优势,下文列举了部分适用于多行业的优势的组织仅占 9%。”(物联网开发人员调查报告,Eclipse 基金会[1]

但根据 GSMA 智库的企业物联网调查报告[2],物联网技术目前仍面临两大挑战——如何整合现有技术,以及如何控制实施成本

企业采用物联网技术面临的挑战

乐鑫针对上述挑战推出了 ESP-Hosted 解决方案,旨在通过提供标准化的软件接口来降低集成的复杂性。用户只需对现有解决方案进行最小程度的改动(甚至无需改动),即可将其投入使用。此外,ESP-Hosted 开源方案也可大大缩短开发时间、降低开发成本。

乐鑫还面向 Linux 和安卓系统全新推出了 ESP-Hosted NG 解决方案,旨在为现有产品和物联网网关增加无线连接和云端连接功能。根据 Eclipse 基金会的物联网开发者调查报告,Linux 作为最广泛使用的操作系统,在物联网设备中占据了 43% 的市场份额[1]。由此可见我们推出 ESP-Hosted NG 方案的重要性。

ESP-Hosted

在 ESP-Hosted 开源解决方案中,乐鑫 SoC 和模组作为通信协处理器,为主机微处理器 (MPU) 或微控制器 (MCU) 提供无线连接(Wi-Fi 和 Bluetooth/Bluetooth LE)功能,使其能够与其他设备进行通信。ESP-Hosted 使用常见的 UART、SPI 或 SDIO 外设与主机处理器进行通信。

ESP-Hosted 高层体系结构

ESP-Hosted 高层体系结构将无线连接模块与主机处理模块进行了分离,故而能够为现有基于 MCU/MPU 的解决方案提供无线连接功能。它具有如下优势:

  • 开发周期更短:ESP-Hosted 方案下的连接模块使用标准 802.11 接口 (ESP-Hosted-NG) 或 802.3 接口 (ESP-Hosted-FG) 进行连接,能够实现“即插即用”。
  • 避免重复的资格鉴定或认证:ESP-Hosted 不会影响用户空间应用,在增加连接模块时,开发人员无需重新对大部分软件进行资格鉴定或认证。
  • 低能耗:主 MPU/MCU 支持在低功率模式持续运作,保持联网状态而不被打断。主机只需在有实际任务需要执行时,将所有连接开销转移至连接模块。
  • 轻松升级、多种产品型号可选:ESP-Hosted 架构使开发者可轻松升级,以获得更好的无线连接效果。我们也为用户提供多种产品变型,支持多样的连接选项。如下例所示,开发者能够在相同的主机应用程序和软件中,实现多种无线连接方式,例如 Wi-Fi 4、Wi-Fi 6 和双频 Wi-Fi 6。

同一主机连接不同模组的示例

ESP-Hosted 不仅拥有上述双芯片结构所带来的开发优势,还为用户提供丰富的乐鑫模组和高性价比的完整方案,可以满足大多数应用需求。

ESP-Hosted 对外开源,开发者可以通过访问源码使用乐鑫 SoC 的丰富功能,例如 ESP32 和 ESP32-S3 的 IO 和 HMI 功能,或其他高级安全功能(如 ESP32-C3 设备的数字签名外设)。开源将带来无穷无尽的可能性。

ESP-Hosted 版本

ESP-Hosted 解决方案有两个版本,区别在于连接至主机的网络接口类型和乐鑫 SoC/模组上的 Wi-Fi 配置/控制方式。两个版本都有各自的主机和固件。

ESP-Hosted-FG

ESP-Hosted-FG 是第一代 ESP-Hosted 解决方案,此版本为主机提供了标准 802.3(以太网)网络接口。为了实现这一方案,主机配备了:

  • 一个简单的 802.3 网络接口(本质上是一个以太网接口)
  • 一个轻量级控制接口,用于在乐鑫 SoC 上配置 Wi-Fi 配置
  • 一个标准 HCI 接口

ESP-Hosted-FG 采用简单的 802.3 接口,这使其十分适合与 MCU 主机一起使用。基于该方案,MCU 应用可以继续采用标准的 TCP/IP 协议栈,对于使用 AT 固件进行网络访问或集成复杂的 802.11 接口的主机来说,避免了重大更新。

ESP-Hosted-NG

ESP-Hosted-NG 是新一代 ESP-Hosted 解决方案,适用于 Linux 操作系统主机。ESP-Hosted-NG 采用的标准方法为主机提供了一个网络接口,允许 Linux 在和乐鑫 SoC/模组通信时使用标准 Wi-Fi 应用程序(如 wpa_supplicant)。此方案提供了:

  • 802.11 网络接口(Linux 主机的标准 Wi-Fi 接口)
  • 基于 Linux 的标准 cfg80211 接口,支持 Wi-Fi 配置
  • 一个标准 HCI 接口

版本选择建议

  • 如果您使用的是 MCU 主机,推荐选用 ESP-Hosted-FG 版本。
  • 如果您使用的是 Linux 主机,推荐选用 ESP-Hosted-NG 版本。该版本采用标准方法,能够与使用广泛的用户空间应用/服务相兼容,如 wpa_supplicant、Network Manager 等。


参考

  1. 物联网开发人员调查报告,Eclipse 基金会 https://f.hubspotusercontent10.net/hubfs/5413615/2020%20IoT%C2%A0Developer%20Survey%20Report.pdf
  2. GSMA 智库的企业物联网调查报告 https://data.gsmaintelligence.com/api-web/v2/research-file-download?id=58621970&file=141220-Global-Mobile-Trends.pdf
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