超低功耗以及安全 Simpleink WIFI 第三代产品新的特点以及 Homekit 介绍

OK 那接下来 我其实想跟大家走得更深入一些 就是因为之前刁勇先生也介绍过 其实我们是在Simplelink这个产品上 是整个一个平台来推广 接下来其实 我是介绍其中的一个分支 就是也是比较重要的一个部分 就是Wi-Fi的这个部分 那Wi-Fi的话 其实大家可能看得到 其实它是存在这个市场上 应用最广泛的一类的通信产品 那原因可能也是由于说 现在这个消费类市场它的推动 因为我们不管是手机也好 还是说现在的这个路由器 包括我们现在常用的这些设备 基本上都会 支持Wi-Fi的这个功能 那其实TI的话 在Wi-Fi的这个产品上 已经也是有很多年的一个经验 那我们从最开始的一代产品 到今天的这个产品的一个形态 其实我们是经历了很多种 经历了很多代产品的迭代 那其实我们最早 也做过这种相当于是 Wi-Fi的controller 就是它的这个meg层以下 它是集成在一个芯片里 然后需要你在一个processor之外 去运行这个Wi-Fi的程序 那这个Wi-Fi的protocol 可能是基于这个linux 或者是其他的操作系统 那今天我想讲的其实跟这个 结构是稍稍有一些区别 那他的一些主要的应用场景 是针对这个物联网 或者是工业以及一些便携 或者是低功耗的一些场景 那接下来呢 其实 我先跟大家简单回顾一下 在这一类产品上 我们大概的一个产品的一个分类 其实从最早的第一代产品 到今天的第三代产品 在做的这一代产品 我们也大概经历了几年的时间 那它的性能呢 也是逐渐的去优化 那主要是体现在这几个方面 第一代产品其实我们是在 以支持的这个节点数 以及它socket的数量 以及它的功耗上 都可以说是当时一个比较优秀的 或者是业界 最领先的一个技术标准了 一个产品的这个性能 但是到我们在2017年 推出第二代产品 其实我们可以看到 它在很多功能上 又对第一代产品 进行了一个非常大胆的一个突破 那主要是体现在这个安全上 那第一代产品可能我们考虑到 安全的因素并不是特别多 因为当时 其实真正能把Wi-Fi技术 应用到物联网的 应用场景也是比较局限 那可能主要是在网关 或者是网关以后 比如说这个云的接入上 那可能受到功耗的这个限制 那Wi-Fi的话 可能就在前一代的产品上 就止步于网关这个部分了 因为它的功耗会比较高 它不太适合去做这个节点的应用 但是在我们第二代产品 其实我们就发现这个市场 也慢慢的进行了一些变化 那其实也包括这个各家的产品 的一些优化 那其实它在功耗上也出现了 很多这种灵活的配置方式 能够实现这个更低的功耗 能让这个Wi-Fi 更往前端去走一步 那所以说第二代产品就是 除了这个功耗的突破之外 我们又加入了这个安全性的考虑 因为在物联网的应用场景之下 节点的数据安全以及 它被攻击的这个可能性 都是大大的增加 因为这个节点的数量 是可以说是无限的 可以是无限的扩展 所以说这样的一些低资源 或者是低功耗的设备 那它在这个安全性的 保护角度上 其实我们并没有看到 市场上有比较出色的方案 所以说这个也是我们 做第二代产品的一个初衷 就是说我们会考虑功耗 另外我们会更考虑的比其他竞争对手 会考虑的更多一点 就是在这个安全上 我们会做很多的安全机制 那后面我会进一步的去了解 这些安全机制 如果大家有什么问题 也可以在后面的交流环节 给我提出来 那说到第三代产品 也就说今年正在去做的这代产品 其实它在之前的产品基础之上 又做了几点推进 第一点就是说因为这个5G 这个5G可能最近比较敏感 因为5G的话我这里说的是 这个真正的5G的频段 Wi-Fi的话2.4G 和5G的频段 那之前我们所有的产品 都是只能支持2.4G的频段 当2.4G频段 越来越拥挤的时候 其实你虽然说Wi-Fi的产品 可以标成到100Mbps 这样的通讯速率 但是到这样一个 复杂的电子环境之下 又有ZigBee 又有蓝牙 又有Wi-Fi 那其实它这个信号是非常拥挤的 所以说你这个通讯速率 它会受到一个非常严重的影响 一个很大的challenge 所以说这也是我们为什么会 考虑在新一代的产品当中 加入5G的这个频段的原因 所以说我们是渴望能够做到 就是达到一个更干净的通讯的 这个环境 那达到更高的一个通讯速度 另外就是说我们在还是说 之前的这些feature大家先不要忘掉 我们先说这个新的feature 那另外一个飞车 就是说它在蓝牙和Wi-Fi的 共存的这个角度上 那我们也会做一些新的尝试 因为现在有很多Wi-Fi的设备 它功耗还是说相对会比较高 那它也需要低功耗的设备 比如说低功耗蓝牙 去作为一个控制信道的配合 所以在这种场景下 那蓝牙和Wi-Fi的共存 就会显得非常的必要 所以说这也是为什么 在新一代产品当中会加入 这个feature的一个原因 其实大家如果可以看得清的话 其实我们在每个产品上 都会加上这样的一些特殊的 mark 那这个mark就是说 它支持的一些特性的功能 那比如说关于security 我们就有两个方面 第一个就是网络层面的security 那说白了就是Wi-Fi 其实普通的这些加密 或者是解密的这个算法 那另外还有做的更深的一步 就是说我们会 加入对这个MCU整体的 security的控制 那它的一个概念 就是说我这个MCU 或者是这个Wi-Fi的产品 那它在我物联网的这个节点当中 它所有的数据都是被保护起来的 那不仅仅是我在空口 这个Wi-Fi的传输的通道之上 那也包括说我每建一个文件系统 或者是我每从这个数据节点 拿过来的这个数据报文 甚至是说我这个MCU 里面存的这个code的 我都会是一个非常经过认证 有数字签名的这样的一个 保证数据完整性的一个image 那这个其实举个简单的例子 比如说其实现在 因为有很多Wi-Fi 它需要外面挂一个串行的 flash去存储它的image 那如果说我一个物联网 当中有一个非常关键的一个节点 那它是需要传输 一些现场的数据过来 那如果你在MCU这个角度 不加任何保护的话 那其实攻击者其实很可能 就自己做一个外部的 串行flash 然后把它更换掉 那这样的话 因为它有些数据 也是存在网络层里面 所以你就没有办法去阻挡 这种攻击 它就会介入到你的网络 甚至是说在它的后台去把 这个现场的数据发到它的后台里 所以说针对这样的一些攻击 其实我们是有一个很完整的分析 从各个角度去加上 其实我们叫做security enabler 就是在这个MCU里面 去加入各种各样的保护机制 当然说我举的这个例子 只是其中的一个应用场景 可能更多的细节大家可以看一下 我们有专门的文档去介绍 OK 那其实这张图 就是说更直观的去看一下 我们这个Wi-Fi产品 它在新一代产品 它有哪些特殊的功能了 这些基本上都是我们前一代 一直在去做的 比如说这个完整的 cloud的system 比如说跟我们合作伙伴 它的一个紧密的engagement 那另外还有说我们这个安全 那从上一代产品当中 我们也都一直在去follow 最严格的标准 那其实我们这里面想强调 是第三代的产品 其实大家可以这一页是比较直观的 就是说这一代产品 其实有三个非常重要的feature 一定要记住的 第一个就是说我们跟BLE的 这个co-existence就是和BLE的 共存这样的一个机制 另外一个就是说 在上一代产品的基础之上 我们又把功耗又降低了30% 当然这个是说我们需要根据 这个应用场景去判断的 但是说从综合的角度上 我们会支持更新的 一些低功耗模式 把这个功耗继续降低 最后一个就是支持了Dual Band 就是2.4G和5G 这个可能是有很多 比如说老的路由器 还没有支持的功能 所以我们现在在 基于物联网或者是针对于 物联网这个应用的产品上 已经把它集成进来 OK 那其实下一章就是说 想介绍一下具体的细节了 就是我们真正看一下这个器件 到底有哪些功能或者是哪些特点 那其实我刚才讲了 也都是一些概念上的方向 那说我们说它低功耗 那它到底功耗能有多低 其实我们是有一些数字 可以去跟大家去分享的 那比如说 如果说在座有做过Wi-Fi 或者是低功耗Wi-Fi相关的 一些设备 那可能你会有一些直观的概念 那这些数字你会可以去做个对比 CC3235其实这个产品 我们在最低功耗的这个状态之下 我们叫Hibernation模式 那它的一个概念就是说 它因为我们这些Wi-Fi的产品 它里面会集成MCU 所以说这个MCU是处于休眠 那它的网络的控制器 也是处于休眠模式 但是它是有信息唤醒源 比如说它的时钟RTC或者是 一些GPL口这样的一些外设 在运行的情况下 那它最低的功耗可以到 4.5uA 所以说基本上可以跟现在 比如说我们常见的ARM 或者是430这两个MCU 是可以说是同一个等级 并不是说比它还要高一个量级 这样的一个概念 那另外一个就是我们比较常用的 是low power deep sleep 那这个模式其实是可以 让你去保持跟AP的一个连接的过程 去保持这样的连接 然后再进行这样的一个 低功耗的状态 那它基本上可以到135uA 这个其实要比我们第一代产品 要好一些 另外在低功耗上 其实我们还支持了另外一种新的 低功耗模式 叫WFA 这个可能也是这个Wi-Fi标准 新加的一个功能 所以说可能要看一下 我们这个AP到底支不支持 这样的模式 再来决定说这个模式 到底可不可用 比如说 因为它其实最重要的一个思想 就是说让这个Wi-Fi的产品 更多的去处在休眠的时间 那它的做法就是说 通过去提升休眠时间 给它更大的一个容忍机制 不像之前传统的方式 比如说我休眠500毫秒 就一定要唤醒 它是一个特殊的模式 可以支持20秒 最大是20秒这样一个休眠 因为你处在休眠的模式时间越长 那它功耗就会越低 当然为什么说也需要这个 AP的配合 如果说你AP是没有这个模式的 那你如果是休眠了20秒 其实你的AP 会认为你已经掉线了 所以这个时候它会重新启动 或者是你们的云端 已经可以看到掉线的状态了 那这个其实是我们在物联网当中 如果真的需要实时在线的设备 是不希望看到的 那另外第三个模式新加的模式 我们叫Hostless模式 这个概念其实就是 因为这颗CC32 比如说CC这个Wi-Fi的产品 它里面是其实是有两颗MCU 一颗是用户可见的 application的MCU 去运行你的application code 另外一颗是 专门去运行Wi-Fi协议栈的 这个MCU 那它的正常来讲 那其实我Wi-Fi只要唤醒 那我就需要两个MCU都唤醒 因为说主MCU是需要去 虽然说它是不运行协议栈 但是它也会运行 协议栈的控制逻辑 所以说它会频繁的被唤醒 那这个Hostless 就是说我会把一些任务 实时的去丢给我 或者是预定协议栈MCU的一些 Bandwith 实时的去丢给它 那我这样做的目的就是说 其实我以一个固定的pattern 去做这个事情之后 那其实它达到的一个效果 就是说我可以只让这个network的 这个MCU去唤醒 当它去唤醒的时候 它可以顺便去处理一些 我application的一些任务 比如去发一个数据 或者是发一个短的数据包 那当然它不可能去 运行一些逻辑了 所以说就把这些事情交给它去做 那这样的话 其实我application的MCU 就可以更长时间的去休眠 说白了这个其实从各个角度 我们都是想通过一种 更灵活的方式去让这个MCU 更多的path去休眠下去 实现这个低功耗的功能 那其实这个Wi-Fi的产品 主要的应用场景大概还是说 针对这个有功耗要求的 或者是这个物联网设备 那刚才其实也有同事说问到 有这个医疗场景的应用 其实我们也是对这个市场 也是非常的看好 因为其实医疗这个市场那它看起来 并不是说一个传统的概念 那它也会有一些便携的设备 所以所有的这些设备 其实我们都是一个比较target的 一个市场 因为其实你也可以看到 其实Wi-Fi的话 它就是刚才您也说 有EMC的一些考虑 那其实Wi-Fi的话 我们除了做这个芯片之外 那我们也有一些module的方案 这个比如说TI自己也会做module 那我们也有一些certain parties 去做module 那所有的这些module 其实我们在出厂之前都会去 做这个FCC或者是 3C的这样一些认证 所以说如果你是对Wi-Fi 没有极特殊的这个要求 那而且你的EMC的这些 compliance也是遵照比如说加拿大 和美国或者是欧洲的一些标准 那这个其实是完全没有问题的 另外呢 就是说 其实那比如说你是 想要做一个便携的设备 比如说 我之前就有一些客户 他是想做便携的超声的探头 那其实它也是一个 电池供电的一个小设备 所以说 对这个功耗的要求 也是非常的严苛 那其实这种场景 就恰好是我们这个 CC系列的一个target market 那我们再来看一下 这个MCU都有哪些资源 其实我这里面 其实可能会频繁 去切换一下这两个角度 一个是我会让我会管 它叫一个MCU 另外呢 我也会管它 叫一个Wi-Fi的芯片 因为它就是这样的一个结合体 当我们需要去看MCU的时候 我们就看MCU的资源 当然当我们需要去看 Wi-Fi的feature的时候 我们可能就要 关注一下Wi-Fi的feature 因为它是两颗分在一起 那这里面再澄清一下 我们也有一些 比如说 你看这个命名是32系列 那其实它是里面是有两个MCU 就是相当于集成MCU的 那如果是有对等的 比如说312 3135 那这个是它里面只封了 我们的一颗MCU 就是做Wi-Fi处理的MCU 它需要一颗外面host的MCU 又去跟它去配合 所以说如果看这个3235的话 那我们先看左边的 这些MCU的Feature 那其实它还是一个 ARM-Cortex M4内核 就是两颗MCU其实都是M4的 那只是说有一个对你们开放 有一个对客户是不开放的 那这个MCU 也跟我们普通用的 这个MCU一样 因为它也是要针对这个工业 物联网的这个市场 所以说我们常见的 这些UART I/O口 或者是SPI ADC 这一类的外设 其实我们都是可以提供的 而且这个PWM或Timer 也是比较多的 那另外一点就是说 我们是作为一个平台来推 Simplelink MCU platform 所以说我们针对 所有MCU 都会有一个SDK 那这个SDK里面 既包括我们Wi-Fi的这些 application的这些常见的应用 这些事例 那也包括说我们针对每个外设 比如说ADC SPI 或者是PWM 这些外设的一些转网 可以说 如果你用过任何一个 TI的Simplelink MCU 比如说CC2640 你做过BLE的开发 其实你可能对这个 Wi-Fi的产品 上手会非常快 因为它的这个 driver都是一样的 而且这个SDK的结构 也是蛮类似 另外还想强调一点 就是说除了我们传统的这些外设 包括它的driver之外 那其他我们能提供的一些东西 就主要是包括我们这个security 就是数据安全的这些保护 那我们其实其实在 比如说3220S这类 具有安全feature的MCU里面 其实我们是有很多种 保护的机制的 举个例子说 我们其实里面 会在每个MCU里面 会存一些这些key的pair 这个key可以用来去 进行一些运算 去生成你application的key 这个key其实是没有任何手段 能够把它得到 因为这个key是存在 我们叫network processor里面的 一个特殊的地址 一个特殊的地方 这个key它是没有办法 去读出来 你只能通过API函数 利用它去算出 你另外的一个衍生的key 用key去作为你application的一些签名 或者是加密的key 但是如果你想尝试去读到它 其实你是没有任何手段 去拿到它的 再比如说 其实每个MCU里面 也会存我们有合作的 认证的certificate party 比如说我们叫CA 就是certification认证机构 这个机构的作用 在你去用这些通用的授权 或者是数字签名的算法的时候 我们可以有一个第三方的 权威机构 去给你做数字签名 这样的话 其实你是从 不管是从物理机制 还是说从网络协议协议的层面上 我们都是可以做到数据的完整性 另外除了这些MCU本身的资源 其实我们还是再强调一点 因为我们是整个生态的系统 整个一个生态的环境 比如说我们会跟 苹果的Homekit 或者是亚马逊 以及微软 谷歌和IBM 都会建立这样的一些合作 当然也是包括我们的阿里 所有的这些云 或者是我们的介入 我们都会有一些 现成的套件可以给你们去使用 这个套件是什么概念呢 比如说刚才像阿里同事提到的 我们的这个系统 包括云端的一整套的解决方案 基于3220 或者是基于我们的Wi-Fi产品 去开发的这个产品 这一整套的生态 那也比如说 像我们微软的Azure的这个云 我们也是有现成的SDK的插件 让你更快的去开发你的产品 当然所有的这些开发的套件 都支持我们的历程 所以说这个历程 其实是你相当于 最基本的一个入手点 其实你基于这个历程去开发 其实一个是你会对它的 运行的机制和结构会很快的了解 另外也是说让你去了解如何 把MCU和后端的云去配合起来 这些需要哪些资源 也是一个非常好的参考 这个产品从Wi-Fi的这个角度 我们可以看一下它都有哪些feature 这里面如果提到的 我就不再赘述了 这里面有一个可能你们 还没有注意到的 我们也支持soft roaming 这个可以说是一个比较新的概念 它其实跟我们的手机 它的概念是差不多的 因为手机在不同的基站之间 它也会涉及到一个漫游的问题 就是说 当我一个手机 从一个基站的覆盖区域 转化到另外一个基站的覆盖区域 其实它中间会经过 一个这样的过程 它会切换连接的基站 当然CC3235这个产品 我们也是支持这样的一个功能 就是当我特别是在工业现场的话 我有多个AP去布置的情况下 那我也会无缝的实现从这个 一个AP切换到另外一个AP 那如果说没有这个功能 你会发现这样一个现象 就是说你的云端其实是会 可以看到你的设备有掉线 再上线的这样一个过程 所以这个对于某一些这个云端的 比如说后台 那其实它会认为它是一个错误的状态 比如说现场是不是 发生了某些事情 但是如果是有了这个漫游的机制 那其实当我在这个 AP之间切换的时候 那其实它是不会让你的云端 看到这个区别 另外一个就是说 我们还支持FIX的 这个它是一个安全针对 安全机制的一个认证 或者是一个标准 那主要是针对一些政府的部门 比如说我们有一些设备是 提供给政府或者是一些出口 一些这样的一些场景 比如说这个资产的管理 那其实因为政府部门会针对 它的数据有一个专门的要求 那基于其实基于的 就是这个FIX 所以说这个芯片 那如果你是有这样的应用场景 那其实它是一个 非常好的一个开始 就是说我在硬件上 已经可以满足这个FIX 那其实这有两个角度 一个是说你这个项目能不能做 另外一个就是说 就算我们软件的实力很强的话 那其实FIX因为它也是 有很多的这个要求 所以说也会让你的软件开发 或者是后期的系统设计 会变得更简单 那我们再看一下这个和BLE的 这个共存的这个问题 那其实现在的话 如果说我想要有一个Wi-Fi 和BLE共存的这样一个应用场景 那其实它这因为这两个 都是在用 这个2.4G的这个频段 所以说如果你不加控制的话 那其实会出现很多问题 那主要的一个问题 就是这块我先过一下 主要的一个问题就是说 因为一般来讲我的BLE的话 我会是负责一个控制的一个过程 那Wi-Fi可能是 作为数据的传输 那可能控制的命令 会更要求实时性 那如果说我在没有共存 这个共存机制的情况下 那它有可能出现的一个情况 就是说我Wi-Fi的数据 因为它是数据量很大的 所以它可能会影响到 我这个BLE的稳定性 那就会导致说我BLE的连接的丢失 或者是数据包的丢失 所以这个如果是你的控制命令是 对实时性要求比较严格的情况下 那它会存在一些问题 但是如果我用了这个 co-existence的机制的话 那它会有一个好处就是说 我会优先的去保护 我BLE的传输 当我这个芯片发现就是说 我现在同时有 Wi-Fi和BLE的要求 那我会优先去保证BLE 所以说之前我们是 有做过一个测试 就是说我们在 加这个co-existence机制 和不加这个机制的情况下 我们做的测试就是在 这个BLE的数据的稳定性上 我们是可以做到 一个非常好的效果 那再说到这个功耗 特别是针对Wi-Fi这块 那其实我们有支持 多种的配置模式 比如说你是长连接的 比如说你是定时去 唤醒连接再发送的 那也有说是我不连接 直接唤醒发送的 那其实每一种会根据它 这个处在工作时间的长短 它的功耗也是会不断的去增加的 但是这张图表 其实大家可以先看一下 因为它是我们内部 测试的一个数据 那第一种情况就是说 我保持一个长连接的状态 那两节AA电池基本上可以用 差不多一年的时间 如果说是可以支持 这个WFA的话 那我们可以支持 更长的一个使用年限 那是一个2.5年 那比如说我唤醒连接再发数 这样的一个情况 你可以注意一下 我们的使用场景是60秒 就一分钟发一次 它基本上两节AA电池 可以完成三年的这样一个寿命 如果说我只是起来唤醒发数据 不去连接的情况下 比如说是一个广播的 这样的一个方式那可以做到五年 所以说这个会有不同的 配置方式去做你的应用 根据每一种方式 我们可以得到一个不同的功耗 当然这个只是一个半出mark 可以作为你应用的一个参考 其实我们再看一下这个安全 就是两点非常重要 一点就是说我们这个 安全的覆盖范围是非常广泛的 那可能大部分的现在的产品 都是重点去保护 我们空口到云端这个范围 那其实往往就忽略了 我们现场的一些数据的安全 和数据的完整性 其实这个产品 它就可以覆盖你整个的 从这个设备的开发 到这个设备的运行启动 再到说我Wi-Fi空口的传输 以及后续云端和我这个数据 和我这个节点之间的一个认证 这样的一整套的这个覆盖范围 OK 这张图其实就是一个 比较直观的能看见我们到底 都能提供哪些产品 每一种产品 它的一个配置是怎么样的 比如说你现在就想开发一个应用 其实你可以根据说不同的需求 去做更好的一个选择 几个方面需不需要安全 那就涉及到我们 是不是需要选择这个 比如说一代产品和二代产品 需不需要5G 那可能就会影响到你选择 到底是三代产品还二代产品 其实大家可以记住这张表 因为它基本上是一个比较全的 所有的型号都在这里面可以见的 而且它把每个feature都会列出来 当然也有一些区别 比如说我在做这个tcp tcpip的连接的时候 那它的socket的数量的支持多少 这些也是可能我们 做这个物联网的节点 需要考虑的一个因素 那接下来我再花一点时间 去跟大家走一下我们这个 HomeKit的一些 能提供的资源 当然这里面我不会涉及到太多 因为其实大家可能比较困惑的 就是说我用这个CC32系列 那怎么去做这个 HomeKit的开发 我需要走一个什么样的流程 这个是我们重点要去介绍的 那先说一下TI的话 其实我们是最早一家 跟HomeKit 就跟苹果的HomeKit 去提供这样硬件方案的一家公司 所以说我们合作的时间也比较长 那它的这个系统的稳定性 也会比较好 这个HomeKit 你是怎么去开发 一句话还是基于我们的SDK 我们的SDK 会支持一个专门的插件 我们叫Plug-in 这个插件里面包括了什么东西呢 包括你基本上你要开发 HomeKit的所有的东西 比如说 它这个协议站的一些文档 比如说我们web server这些历程 以及它所支持的一些算法 比如这个加密的模块 这些签名以及密钥分配 密钥管理的这些方法里面都会有 另外就是说它还可以支持一些 就是说你现在HomeKit里面 常见的一些节点的类型 这些历程 比如说一些温控器 或者是一些开关 这样的一些 相当于让你去更快的入手的 这样的一些方法 那其实这个 跟TI其他SDK也是一脉相承 我们都会说鼓励客户 先从这个example先入手 这样的话也是 更节省时间的一个手段 那怎么去得到这个SDK呢 就是跟这个TI普通的SDK 得到的方式不太一样 因为TI普通的SDK 你可能需要去注册一个My TI 然后再去申请 这个一般都会给你批准 然后你就可以去下载 但是因为苹果这个HomeKit的话 因为它是需要苹果的一个license 所以说首先你需要去这个网站上 获得这个license 那基于这个license TI会再次去verify一下 这个license的合法性 如果说一切都没有问题 license也获得到 其实我们就可以把 这个HomeKit的SDK发给你们 然后你就可以 在这个上面去开发了 以上就是我基本的内容