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AliOSThings赋能新一代IPC

简介: AliOSThings是阿里云iot旗下一款RTOS操作系统,正在赋能芯片厂商,可以输出极致性能、极致功耗的云端一体化方案,可以应用在智能门铃、电池IPC、穿戴式设备,运动DV、太阳能IPC。

背景介绍

在数字化的趋势下,摄像头让机器有了视觉,而传统的网络摄像机面临以下问题:

  • 以linux操作系统为主,启动慢,功耗大,需要固定电源供电,部署麻烦。
  • 消费类wifi电池供电相机需要极低的功耗,难以满足需求。
  • 在偏远地区部署监控设备不方便寻找电源,供电难,不宜布线施工且没有光纤资源,无法组网。

借助AliOSThings在低功耗和快速启动的优势可以解决上面的问题。

AliOSThings新一代物联网操作系统

AliOSThings是阿里云iot旗下一款RTOS操作系统,正在赋能芯片厂商,可以输出极致性能、极致功耗的云端一体化方案,可以应用在智能门铃、电池IPC、穿戴式设备,运动DV、太阳能IPC。
相较于linux有着如下优势:

系统启动快

同样芯片测试,运行linux操作系统从上电到应用启动要花费18秒,在物联网追求极致性能、极致功耗的需求下,很难满足需求。运行了AliOSThings操作系统后,从上电到应用启动花费的时间在500毫秒以内,快速启动可以让芯片常态下直接断电,有需要时打开电源,系统可以随需快速响应。

功耗低

系统没有linux复杂调用,执行同一个任务,有更多的时间在休眠。

节省资源占用

系统资源占用小,系统资源占用可以比linux节省约60%。

安全性高

RTOS操作系统对比linux比较封闭,难以攻破。

wifi门铃实战

传统门铃的缺点

  • 传统的门铃需要有线方式部署,施工麻烦
  • 家中无人不能及时响应
  • 音频和视频功能不够智能

智能门铃特性

  • 支持电池供电,支持wifi,可以无线部署,充一次电可以使用半年。
  • 即使家中无人,有访客到来按下门铃,主人手机收到消息推送,打开手机上App后可以和访客可视的双向语音对讲,主人确认身份后可以在手机上输入密码为访客开锁。
  • 有访客或者可疑目标,即使主人错过消息,视频监控数据会保存在云端,主人可以在手机App上随时查看历史访客和可疑目标视频。
  • 主人觉得有异常可以随时可以在手机上查看家门口实时视频。

wifi门铃的硬件架构

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软件架构

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工作流程

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wifi超低功耗设计

功耗分析

对于电池供电IPC产品,续航时间是衡量产品性能的一个关键因素,其中待机功耗的大小对于续航时间的影响非常大,因此降低待机功耗就非常关键,我们分析下如何降低本方案WiFi 待机时的功耗。

此时主要有以下几个模块耗电:

  • MCU
  • wifi bat
  • wifi vddio
  • 电源转换器件的漏电和效率损耗
  • PMU的漏电和效率损耗

降低WiFi 待机功耗的主要策略

  • 通过软件调整WiFi 待机时的参数,根据802.11 协议,合理调整心跳间隔(beacon interval)和唤醒间隔(DTIM period),休眠模式(PM Mode),这些参数对WiFi的通讯性能,Vbat 电流大小都会有所影响,应根据产品对WiFi 性能和功耗的需求综合考虑调整策略。
  • 合理的电源架构,保证转换效率更高,损耗更小;不同输入电压的电源架构不同,但每种架构都要考虑对效率和成本的影响,需综合考虑。
  • 选择待机功耗低的WiFi 和MCU 芯片方案,此因素对待机功耗能否做低起决定性作用。
  • 选择低静态电流的电源转换器件,包括PMU、DC-DC、LDO;此参数会影响到电源器件的价格,静态电流越低,电源器件的价格越高,因此需根据bom 成本和低功耗设计目标综合考虑。TI 的TPS62740,静态电流是360nA。选择在负载区间转换效率高的DC-DC; TI 的TPS62740,4.2V 转1.8V,负载200uA 时效率可达85%以上。
  • 从实测数据看电流大小基本与供电电压成正比,因此选取低电压供电带来的功耗收益非常明显。
  • 不用充电芯片也可以降低待机功耗,有的产品可能使用干电池供电,此时不需要充电芯片,可省去充电芯片的漏电,对于本方案使用的PMU,漏电有20uA 左右。
  • 是否支持 MCU 单独待机模式,如支持,则WiFi 部分需单独上下电,这样势必需要MCU 和WiFi 的1.8V 通过两路电源供电,此时会增加多出一路电源的漏电流,对于本参考方案,不支持MCU 单独待机。
  • WiFi 待机下,为了保证芯片最小的电流损耗,软件需要把没有工作的GPIO 的状态设置为输出为低状态,这样,IO 不会有电压输出到其他芯片上造成漏电而增加功耗。MCU 的WiFi 的有用的输入管脚IO 设置为中断模式而不是查询模式,这样芯片内部在IO 上的损耗达到最小

总结

系统是连接终端和内容服务的关键所在,也是中国长久以来的短板。在智能化产品升级的必然趋势下,在产品缺乏差异化的今天,AliOSThings可以提供差异化的服务。

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