2024年4月28日发(作者:烟长运)
ZYN7000
全可编程
SoC
中的
EMMC
应用技术研究
Q
吴凤柱
,
王斌
,
王永全
,
田宁
()
北京轩宇空间技术有限公司
,
北京
100086
摘要
:
基于
Z
对
EMMC
的应用进行了深入地分析和研究
。
首先从硬件配置说明了
EMMC
的
YNQ7000
全可编程
SoC
,
引脚分配
,
然后结合寻址方式和数据传输模式对
EMMC
的软件操作流程进行阐述
。
此方案在精简了存储器设计
、
保证
数据安全性的前提下
,
满足了实际功能需求
,
具有重要的理论意义及工程实际应用价值
。
关键词
:
扇区寻址
;
ZYNQ7000
;
SoC
;
EMMC
;
ADMA
中图分类号
:
TP311.5
文献标识码
:
A
ResearchonEMMCAlicationTechniueofZYNQ7000APSoC
ppq
,
ofEMMCisexlainedfromtheasectofhardwareconfiurationandthenthesoftwareoerationflowofEMMCisexoundedincombi-
ppgpp
:,
Abstract
Thealicathe
p
inallocation
pppy
a
ypgy
(,)
BeiinunwiseSaceTechnolotdBeiin00086
,
China
jg
S
pgy
L
jg
1
,,,
WuFenzhuWaninWanonuanTianNin
gg
B
g
Y
gqg
,
schememeetstheactualfunctionalreuirementsandhasimortanttheoreticalsinificanceand
p
racticalalicationvalueinenineerin.
qpgppgg
:;
Keords
ZYNQ7000
;
SoC
;
sectoraddressinEMMC
;
ADMA
g
y
w
,
p
remiseofsimlifinemoresinandensurinatasecuritthis
g
m
pyg
m
y
d
gg
d
y
ZYNQ7000
全可编程
SoC
基于
Xilinx
全可编程可扩展
处理平台结构
,
其内部集成了
ARM
公司的双核
Cortex
和
XA9
处理器系统
(
Processinstem
,
PS
)
ilinx
的可编
g
S
y
引
言
能
,
在数据的完整性
、
安全性等方面具有显著的优势
。
相比于普通的存储器
,
EMMC
具有存储器的管理功
2
系统硬件配置
/
ZYNQ7000
全可编程
SoC
的
PS
端有
2
个
SDSDIO
[]
控制器
,
其中任意
1
个均可实现
EMMC
存储器的访问
1
。,,
程逻辑单元
(
真正实现了软件
ProrammableLoicPL
)
gg
和硬件的协同设计
,
同时也大大缩短了系统的开发时间
。
因此
,
ZYNQ7000
全可编程
SoC
在嵌入式领域得到了广
XC7Z100
主控芯片实现的
。
为了解决大量数据的存储问
题
,
同时兼顾数据的正确性与安全性
,
采用了在主控芯片
/
SDSDIO
控制器的系统框图如图
1
所示
。
泛的应用
。
本文所研究的内容是基于
ZYNQ7000
系列
,
外部挂载嵌入式多媒体卡
(
EmbeddedMultiMediaCard
的解决方案
。
EMMC
)
1 EMMC
的优势
EMMC
的主要特点是采用多芯片封装技术将
NAND
其具有以下优
Flash
存储器及其控制器设计成一个芯片
,
势
:
①
存储容量大
;
②
简化存储器设计
;
③
加速产品研发周
期
;
④NANDFlash
控制器集成了坏块自动管理功能
;
确保
⑤NANDFlash
控制器内嵌了错误检查和纠正算法
,
数据的完整性
。
/
图
1 SDSDIO
控制器系统框图
也可
SDIO
的接口既可以通过
PS
端的
MIO
接口实现
,
以利用
P
本文采用的是
ML
端的
EMIO
接口实现
,
IO
接口
。
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()
g
2020
年第
2
期
3 7
,
图如图
2
所示
。
E
总
MMC
的型号为
THGBMFG6C1LBAIL
基于
ZYNQ7000
系列
XC7Z100
主控芯片的最小系统框备的寻址方式
,
00b
表示字节寻址
,
10b
表示扇区寻址
。
容量为
8GB
;
DDR3
的型号为
MT41J256M16HA125
,
选用两片组成
3
总容量为
1G
主芯片的
2
位内存模组
,
B
;
1.8V
、
3.3V
、
5V
等供电电压
。
,
最大
2
大扇区为
4K
由所有设备
56GB
容量设备支持
)
B
(
扇区又可分为小扇区和大扇区
,
小扇区为
5
由
12B
(
;
工作时钟频率为
3
电源模块为最小系统提供
3.3MHz
,
的第
6tendedCardSecificDataReisterECSD
)
3
位说明
pg
了设备具体扇区长度
,
0x00
表示扇区长度为
512B
,
0x01
。
EMMC
数据手册的扩展卡指定数据寄存器
(
支持
)
Ex-
表示扇区长度为
4KB
。
本文所使用
EMMC
采用扇区寻
址方式
,
扇区长度为
4KB
。
4
软件设计流程
/
SDSDIO
控制器与系统存储空间进行数据传输时
使用
DMA
传输方式
,
这样数据传输无需处理器参与
,
释
图
2 XC7Z100
主控芯片的最小系统框图
SD
接口
。
EMMC
连接原理框图如图
3
所示
。
EMMC
连接到
XC7Z100
主芯片的
PS
部分
BANK501
的
G
在系统设计中需要配置这些
GPIO
口上
,
PIO
口功能为
,]
110
。
传输和高级
DMA
(
传输
[
SDMA
)
AdvancedDMA
,
ADMA
)
当传输数据达到
SDMA
传输具有存储边界的限制
,
放了
CPU
的资源
。
DMA
传输分为单
DMA
(
SinleDMA
,
g
存储边界时
,
SDMA
控
制器将停止当前传输并
产生中断给
C
需要
PU
,
CPU
对数据传输首地址
进行更新后再继续进行
数据传输
。
如在存储边
界
4K
传输
B
的条件下
,
图
3 EMMC
连接原理框图
配置芯片引脚分配见表
1
。
信号名称
MMC
_
CMD
MMC
_
D0
MMC
_
D1
MMC
_
D2
MMC
_
D3
MMC
_
CLK
32KB
的数据需要产生
8
次中断才能完成数据
的传输
。
ADMA
采用分散
聚集的
DMA
算法
,
通过
传输过程中数据在系统
存储空间的存取位置和
规模
。
ADMA
传输没有
存储边界的限制
,
不需
要产生
C
故显
PU
中断
,
著提高了数据传输效
率
。
本文正是基于
AD-
MA
传输进行了
EMMC
操作软件的设计
。
初始化操作流程如
图
4
所示
。
写
/
读操作
流程如图
5
所示
。
表
1
配置芯片引脚分配
_
M
_
5PSIO4801
_
M
_
5PSIO4701
_
M
_
5PSIO4601
_
M
_
5PSIO4901
_
M
_
5PSIO5001
_
M
_
5PSIO5101
ZYNQ
引脚名
描述链表来控制
DMA
3 EMMC
的寻址方式
3.1
字节寻址
电气标准
V4.1
及之前的版本均是采用
32
位域实现字节
字节寻址是指一个字节的数据占一个地址
,
EMMC
3.2
扇区寻址
[
10
]
寻址
,
这种寻址机制允许最大
2GB
的
EMMC
容量
。
2GB
的设备寻址方式为扇区寻址
。
扇区寻址是指一个扇
,
的第
2erationConditionsReisterOCR
)
9
和
30
位说明了设
g
EMMC
电气标准
V4.2
之后的版本明确规定对于大于
结
语
本文从实际的需求
图
4
初始化操作流程图
区占一个地址
。
EMMC
数据手册的操作状态寄存器
(
O-
p
出发
,
从
EMMC
的优
势
、
硬件配置
、
寻址方式
3 8
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2020
年第
2
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
应用价值
。
参考文献
[]
何宾
,
张艳辉
.1XilinxZn000
嵌入式系统设计与实现
yq
7
[]
陶永才
,
巴阳
.
嵌入式系统设计与开发实践
[
北京
:
2M
]
.2
版
.
[
北京
:
电子工业出版社
,
M
]
.2017.
清华大学出版社
,
2017.
出版社
,
2016.
[]
秦山虎
,
刘洪涛
.
北京
:
电子工业
3ARM
处理器开发详解
[
M
]
.
[]
张石
.
北京
:
机械工
4ARMCortexA9
嵌入式技术教程
[
M
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候殿有
.
嵌入式系统开发基础基于
A5RM9
微处理器
C
语言
业出版社
,
2018.
[]
陈婷
.
哈尔滨
:
黑龙江大
6eMMC
测试系统的软件设计
[
D
]
.
程序设计
[
北京
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清华大学出版社
,
M
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.2018.
学
,
2018.
[]
张诚
.
面向
e
哈尔滨
:
黑龙江
7MMC
协议的
SoC
系统设计
[
D
]
.
[]
徐远超
.
]
计算机应用
8eMMC
可靠性分析与增强对策研究
[
J.
大学
,
2018.
[]
丁红晖
,
马游春
,
苏庆庆
.
基于高速
e9MMC
存储的弹载记录
():
研究
,
2017
,
341133673372.
[]·
MMC
)
10JESD84B50
,
EmbeddedMultiMediaCard
(
eE-
]():
仪设计
[
现代电子技术
,
J.2018
,
4167073
,
78.
)[]
lectricalStandard
(
5.0S.
[]
侯天喜
,
李锦明
,
马林
,
等
.
基于
e11MMC
的
128
路数据采集
图
5
写
/
读操作流程图
[]
张耀军
,
孙铭
,
王锏
.12Virtex6FPGA
的
eMMC
控制器设计
]():
系统设计
[
电子技术应用
,
J.2017
,
4397679.
[]():
单片机与嵌入式系统应用
,
J.2016
,
1621013.
和软件操作流程等几个方面对
EMMC
的具体应用进行了详
/。
此解决方案不但简化了存储器设计
,
还保证了
22MBs
数据的安全性和可靠性
,
在嵌入式系统开发中具有一定的
/、
细的论述
,
经实际软件测试
,
写和读速度分别达
12MBs
,
吴凤柱
(
中级软件工程师
)
主要研究方向为嵌入式系统软件设计与
开发
。
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2019-09-10
腾讯云与意法半导体宣布合作
,
携手推进
LoRa
开发者生态
双方将围绕腾讯云最新的物联网操作系统
T
在
TencentOSTinencentOSTinTM32LoRaWAN
软件
y
展开合作
,
y
操作系统中嵌入
S
在
2
腾讯公司腾讯云
I019
腾讯云
IoT
生态峰会上
,
oT
与横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体宣布
,
,
扩展包
,
方便物联网设备无缝接入腾讯云物联网一站式开发平台
I
加快大规模物联网应用的开发上线速度
。
oTExlorer
p
平台的流程
,
加快中国物联网开发者的开发速度
,
腾讯
TencentOSTinencentOSTinoRaWAN
组件
。
作为首
y
产品系列新增
T
y
L
个接受
T
厂商
,
意法半导体将为腾讯提供
S
其中
encentOSTinoRaWAN
移植的微控制器
(
MCU
)
TM32LoRaWAN
软件扩展包
,
y
L
)。
为了简化
L
低资源占用的开源
ITencentOSTinoT
嵌入式操作系统
(
OSoRaWAN
接入腾讯云物联网开发
y
是一款低功耗
、
包括
S
规范
。
腾讯云与
STM32MCU
和最新的无线固件更新
(
FUOTA
)
T
的此次合作旨在让任何开发者都可以方便地在
STM32
产品上创建
L
并安全
、
高效
、
轻松地访问经腾讯云
IoRaWAN
及
FUOTA
节点
,
oTExlorer
物联网开发平台验证的全部所需软件
p
组件
,
从而为中国开发者和客户带来更大的开发便利性和更高效率
。
示
:
“
作为
3
背靠
S2
位
MCU
的市场领导者
,
T
强大的生态系统和物联网相关基础设施等强大优势
,
STM32
自然成为腾讯物联网
”
双方将致力于为中国物联网开发者和客户提供一流的开发体验
。
STM32
生态系统支持
,
操作系统的首选合作平台
。
基于腾讯市场领先的物联网平台
,
结合意法半导体先进的
LoRaWAN
解决方案以及我们强大的
/
意法半导体亚太区微控制器和数字
I
亚太区
IC
产品负责人兼副总裁
、
oTAI
能力中心及数字营销负责人
ArnaudJulienne
表
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g
2020
年第
2
期
3 9
2024年4月28日发(作者:烟长运)
ZYN7000
全可编程
SoC
中的
EMMC
应用技术研究
Q
吴凤柱
,
王斌
,
王永全
,
田宁
()
北京轩宇空间技术有限公司
,
北京
100086
摘要
:
基于
Z
对
EMMC
的应用进行了深入地分析和研究
。
首先从硬件配置说明了
EMMC
的
YNQ7000
全可编程
SoC
,
引脚分配
,
然后结合寻址方式和数据传输模式对
EMMC
的软件操作流程进行阐述
。
此方案在精简了存储器设计
、
保证
数据安全性的前提下
,
满足了实际功能需求
,
具有重要的理论意义及工程实际应用价值
。
关键词
:
扇区寻址
;
ZYNQ7000
;
SoC
;
EMMC
;
ADMA
中图分类号
:
TP311.5
文献标识码
:
A
ResearchonEMMCAlicationTechniueofZYNQ7000APSoC
ppq
,
ofEMMCisexlainedfromtheasectofhardwareconfiurationandthenthesoftwareoerationflowofEMMCisexoundedincombi-
ppgpp
:,
Abstract
Thealicathe
p
inallocation
pppy
a
ypgy
(,)
BeiinunwiseSaceTechnolotdBeiin00086
,
China
jg
S
pgy
L
jg
1
,,,
WuFenzhuWaninWanonuanTianNin
gg
B
g
Y
gqg
,
schememeetstheactualfunctionalreuirementsandhasimortanttheoreticalsinificanceand
p
racticalalicationvalueinenineerin.
qpgppgg
:;
Keords
ZYNQ7000
;
SoC
;
sectoraddressinEMMC
;
ADMA
g
y
w
,
p
remiseofsimlifinemoresinandensurinatasecuritthis
g
m
pyg
m
y
d
gg
d
y
ZYNQ7000
全可编程
SoC
基于
Xilinx
全可编程可扩展
处理平台结构
,
其内部集成了
ARM
公司的双核
Cortex
和
XA9
处理器系统
(
Processinstem
,
PS
)
ilinx
的可编
g
S
y
引
言
能
,
在数据的完整性
、
安全性等方面具有显著的优势
。
相比于普通的存储器
,
EMMC
具有存储器的管理功
2
系统硬件配置
/
ZYNQ7000
全可编程
SoC
的
PS
端有
2
个
SDSDIO
[]
控制器
,
其中任意
1
个均可实现
EMMC
存储器的访问
1
。,,
程逻辑单元
(
真正实现了软件
ProrammableLoicPL
)
gg
和硬件的协同设计
,
同时也大大缩短了系统的开发时间
。
因此
,
ZYNQ7000
全可编程
SoC
在嵌入式领域得到了广
XC7Z100
主控芯片实现的
。
为了解决大量数据的存储问
题
,
同时兼顾数据的正确性与安全性
,
采用了在主控芯片
/
SDSDIO
控制器的系统框图如图
1
所示
。
泛的应用
。
本文所研究的内容是基于
ZYNQ7000
系列
,
外部挂载嵌入式多媒体卡
(
EmbeddedMultiMediaCard
的解决方案
。
EMMC
)
1 EMMC
的优势
EMMC
的主要特点是采用多芯片封装技术将
NAND
其具有以下优
Flash
存储器及其控制器设计成一个芯片
,
势
:
①
存储容量大
;
②
简化存储器设计
;
③
加速产品研发周
期
;
④NANDFlash
控制器集成了坏块自动管理功能
;
确保
⑤NANDFlash
控制器内嵌了错误检查和纠正算法
,
数据的完整性
。
/
图
1 SDSDIO
控制器系统框图
也可
SDIO
的接口既可以通过
PS
端的
MIO
接口实现
,
以利用
P
本文采用的是
ML
端的
EMIO
接口实现
,
IO
接口
。
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g
2020
年第
2
期
3 7
,
图如图
2
所示
。
E
总
MMC
的型号为
THGBMFG6C1LBAIL
基于
ZYNQ7000
系列
XC7Z100
主控芯片的最小系统框备的寻址方式
,
00b
表示字节寻址
,
10b
表示扇区寻址
。
容量为
8GB
;
DDR3
的型号为
MT41J256M16HA125
,
选用两片组成
3
总容量为
1G
主芯片的
2
位内存模组
,
B
;
1.8V
、
3.3V
、
5V
等供电电压
。
,
最大
2
大扇区为
4K
由所有设备
56GB
容量设备支持
)
B
(
扇区又可分为小扇区和大扇区
,
小扇区为
5
由
12B
(
;
工作时钟频率为
3
电源模块为最小系统提供
3.3MHz
,
的第
6tendedCardSecificDataReisterECSD
)
3
位说明
pg
了设备具体扇区长度
,
0x00
表示扇区长度为
512B
,
0x01
。
EMMC
数据手册的扩展卡指定数据寄存器
(
支持
)
Ex-
表示扇区长度为
4KB
。
本文所使用
EMMC
采用扇区寻
址方式
,
扇区长度为
4KB
。
4
软件设计流程
/
SDSDIO
控制器与系统存储空间进行数据传输时
使用
DMA
传输方式
,
这样数据传输无需处理器参与
,
释
图
2 XC7Z100
主控芯片的最小系统框图
SD
接口
。
EMMC
连接原理框图如图
3
所示
。
EMMC
连接到
XC7Z100
主芯片的
PS
部分
BANK501
的
G
在系统设计中需要配置这些
GPIO
口上
,
PIO
口功能为
,]
110
。
传输和高级
DMA
(
传输
[
SDMA
)
AdvancedDMA
,
ADMA
)
当传输数据达到
SDMA
传输具有存储边界的限制
,
放了
CPU
的资源
。
DMA
传输分为单
DMA
(
SinleDMA
,
g
存储边界时
,
SDMA
控
制器将停止当前传输并
产生中断给
C
需要
PU
,
CPU
对数据传输首地址
进行更新后再继续进行
数据传输
。
如在存储边
界
4K
传输
B
的条件下
,
图
3 EMMC
连接原理框图
配置芯片引脚分配见表
1
。
信号名称
MMC
_
CMD
MMC
_
D0
MMC
_
D1
MMC
_
D2
MMC
_
D3
MMC
_
CLK
32KB
的数据需要产生
8
次中断才能完成数据
的传输
。
ADMA
采用分散
聚集的
DMA
算法
,
通过
传输过程中数据在系统
存储空间的存取位置和
规模
。
ADMA
传输没有
存储边界的限制
,
不需
要产生
C
故显
PU
中断
,
著提高了数据传输效
率
。
本文正是基于
AD-
MA
传输进行了
EMMC
操作软件的设计
。
初始化操作流程如
图
4
所示
。
写
/
读操作
流程如图
5
所示
。
表
1
配置芯片引脚分配
_
M
_
5PSIO4801
_
M
_
5PSIO4701
_
M
_
5PSIO4601
_
M
_
5PSIO4901
_
M
_
5PSIO5001
_
M
_
5PSIO5101
ZYNQ
引脚名
描述链表来控制
DMA
3 EMMC
的寻址方式
3.1
字节寻址
电气标准
V4.1
及之前的版本均是采用
32
位域实现字节
字节寻址是指一个字节的数据占一个地址
,
EMMC
3.2
扇区寻址
[
10
]
寻址
,
这种寻址机制允许最大
2GB
的
EMMC
容量
。
2GB
的设备寻址方式为扇区寻址
。
扇区寻址是指一个扇
,
的第
2erationConditionsReisterOCR
)
9
和
30
位说明了设
g
EMMC
电气标准
V4.2
之后的版本明确规定对于大于
结
语
本文从实际的需求
图
4
初始化操作流程图
区占一个地址
。
EMMC
数据手册的操作状态寄存器
(
O-
p
出发
,
从
EMMC
的优
势
、
硬件配置
、
寻址方式
3 8
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2020
年第
2
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
应用价值
。
参考文献
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张艳辉
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黑龙江大
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北京
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清华大学出版社
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学
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张诚
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面向
e
哈尔滨
:
黑龙江
7MMC
协议的
SoC
系统设计
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D
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徐远超
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计算机应用
8eMMC
可靠性分析与增强对策研究
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J.
大学
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丁红晖
,
马游春
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苏庆庆
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基于高速
e9MMC
存储的弹载记录
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研究
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2017
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MMC
)
10JESD84B50
,
EmbeddedMultiMediaCard
(
eE-
]():
仪设计
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现代电子技术
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J.2018
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4167073
,
78.
)[]
lectricalStandard
(
5.0S.
[]
侯天喜
,
李锦明
,
马林
,
等
.
基于
e11MMC
的
128
路数据采集
图
5
写
/
读操作流程图
[]
张耀军
,
孙铭
,
王锏
.12Virtex6FPGA
的
eMMC
控制器设计
]():
系统设计
[
电子技术应用
,
J.2017
,
4397679.
[]():
单片机与嵌入式系统应用
,
J.2016
,
1621013.
和软件操作流程等几个方面对
EMMC
的具体应用进行了详
/。
此解决方案不但简化了存储器设计
,
还保证了
22MBs
数据的安全性和可靠性
,
在嵌入式系统开发中具有一定的
/、
细的论述
,
经实际软件测试
,
写和读速度分别达
12MBs
,
吴凤柱
(
中级软件工程师
)
主要研究方向为嵌入式系统软件设计与
开发
。
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2019-09-10
腾讯云与意法半导体宣布合作
,
携手推进
LoRa
开发者生态
双方将围绕腾讯云最新的物联网操作系统
T
在
TencentOSTinencentOSTinTM32LoRaWAN
软件
y
展开合作
,
y
操作系统中嵌入
S
在
2
腾讯公司腾讯云
I019
腾讯云
IoT
生态峰会上
,
oT
与横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体宣布
,
,
扩展包
,
方便物联网设备无缝接入腾讯云物联网一站式开发平台
I
加快大规模物联网应用的开发上线速度
。
oTExlorer
p
平台的流程
,
加快中国物联网开发者的开发速度
,
腾讯
TencentOSTinencentOSTinoRaWAN
组件
。
作为首
y
产品系列新增
T
y
L
个接受
T
厂商
,
意法半导体将为腾讯提供
S
其中
encentOSTinoRaWAN
移植的微控制器
(
MCU
)
TM32LoRaWAN
软件扩展包
,
y
L
)。
为了简化
L
低资源占用的开源
ITencentOSTinoT
嵌入式操作系统
(
OSoRaWAN
接入腾讯云物联网开发
y
是一款低功耗
、
包括
S
规范
。
腾讯云与
STM32MCU
和最新的无线固件更新
(
FUOTA
)
T
的此次合作旨在让任何开发者都可以方便地在
STM32
产品上创建
L
并安全
、
高效
、
轻松地访问经腾讯云
IoRaWAN
及
FUOTA
节点
,
oTExlorer
物联网开发平台验证的全部所需软件
p
组件
,
从而为中国开发者和客户带来更大的开发便利性和更高效率
。
示
:
“
作为
3
背靠
S2
位
MCU
的市场领导者
,
T
强大的生态系统和物联网相关基础设施等强大优势
,
STM32
自然成为腾讯物联网
”
双方将致力于为中国物联网开发者和客户提供一流的开发体验
。
STM32
生态系统支持
,
操作系统的首选合作平台
。
基于腾讯市场领先的物联网平台
,
结合意法半导体先进的
LoRaWAN
解决方案以及我们强大的
/
意法半导体亚太区微控制器和数字
I
亚太区
IC
产品负责人兼副总裁
、
oTAI
能力中心及数字营销负责人
ArnaudJulienne
表
敬请登录网站在线投稿
()
g
2020
年第
2
期
3 9