2020年微控制器趨勢(shì)和機(jī)遇

當(dāng)用戶信用卡信息和設(shè)施的暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)時(shí)，邊緣和嵌入式處理的安全性便成為系統(tǒng)架構(gòu)的主要考慮因素。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境中，增強(qiáng)安全性的方法有多種，但是沒有一種方法是萬(wàn)無(wú)一失的。

從歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，保護(hù)重要信息或資產(chǎn)的最好方法是防護(hù)分層(security layering)。Fortress和Castle設(shè)計(jì)就是防護(hù)分層的很好例子，當(dāng)有人靠近重要目標(biāo)時(shí)，防護(hù)就會(huì)提高。眾所周知，2013年美國(guó)一家全國(guó)性零售連鎖店發(fā)生了數(shù)據(jù)泄露事件，黑客入侵其中一家商店HVAC系統(tǒng)的Web應(yīng)用程序，獲取了信用卡信息。

那么，這與微控制器有何關(guān)系?

在工業(yè)系統(tǒng)中，微控制器對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)至關(guān)重要。為了獲得更高的產(chǎn)量和效率，決策制定越來(lái)越靠近處理現(xiàn)場(chǎng)，即邊緣處理。連接性在這些應(yīng)用中不可缺少。連網(wǎng)設(shè)備是虛擬Castle(或工廠)的入口和第一道防線。

發(fā)生數(shù)據(jù)泄漏后，第一反應(yīng)通常是過(guò)度加強(qiáng)防御的每一層，以確保所有入口都同樣安全。對(duì)于由現(xiàn)場(chǎng)總線和微控制器實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程傳感器，由于受到處理的限制，提高軟件安全性是不可行的。安全性的設(shè)計(jì)必須適合傳感器，以避免增加不必要的成本和復(fù)雜性。

對(duì)于邊緣處理器而言，要增強(qiáng)防御能力而又不損害處理器過(guò)程控制的主要職責(zé)，其關(guān)鍵在于進(jìn)行架構(gòu)優(yōu)化。為構(gòu)建片上系統(tǒng)(SoC)、多芯片模塊(MCM)或模擬微控制器，需要做出許多決定。是保證數(shù)據(jù)鏈路安全還是保證處理器安全?這兩種情況完成相同的任務(wù)，但對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不同。

數(shù)據(jù)鏈路安全需要軟件開銷，這通常會(huì)影響數(shù)據(jù)速度和連接服務(wù)質(zhì)量(QoS)。典型的安全協(xié)議使用加密，增加了處理器資源的負(fù)擔(dān)。增加的資源需求與執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的遠(yuǎn)程傳感器的需求不一致。數(shù)據(jù)安全加密需要頻繁進(jìn)行更新，如果傳感器的網(wǎng)絡(luò)連接中斷，就不能成功更新補(bǔ)丁，這可能會(huì)影響工廠產(chǎn)出。

還有一種方法可以隨著系統(tǒng)發(fā)展和威脅增加而擴(kuò)展，那就是對(duì)處理器進(jìn)行安全保護(hù)。對(duì)于多處理器SoC或MCM，只需增加很少的成本，就可以增加一個(gè)協(xié)處理器來(lái)執(zhí)行連接和安全功能。這種方法隔離了過(guò)程控制處理器(應(yīng)用處理器)，由協(xié)處理器來(lái)保證安全性及連接性。隨著各種人工智能(AI)形式在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的出現(xiàn)，可以在協(xié)處理器上使用小型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)來(lái)提供安全屏障，阻止不受歡迎的入侵者。小型NN是一種數(shù)字偽裝，可以充當(dāng)遠(yuǎn)程哨兵，在不同程度的威脅下將以不同的方式呈現(xiàn)。它能定期更新而不損害過(guò)程控制器，使過(guò)程控制限制和標(biāo)準(zhǔn)得以保持。為了優(yōu)化電源管理，哨兵/通信處理器在不使用時(shí)可置于深度睡眠模式，以便應(yīng)用處理器自由運(yùn)行。

目前的封裝技術(shù)為部署靈活的MCM提供了多種選擇，可以使其通過(guò)哨兵/通信處理器構(gòu)建內(nèi)置安全性，采用模擬接口來(lái)保持傳感器的精度，以及應(yīng)用處理器來(lái)支持工廠正常運(yùn)行。還可以將其視為具有模擬和安全性+MCU的節(jié)點(diǎn)。MCM采用最佳技術(shù)來(lái)完成邊緣處理器節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)任務(wù)，而且可以使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組裝。

數(shù)據(jù)安全是贏得客戶信任的關(guān)鍵。如果巧妙實(shí)施，則可以抵御入侵，省去Castle的費(fèi)用。