CN114257619A - 一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法，物联网终端包括RISC‑V主控模块、传感器模块和可扩展模块，传感器模块采集传感器数据并上传至RISC‑V主控模块，可扩展模块为物联网终端提供所需的扩展功能，RISC‑V主控模块具有符合RISC‑V精简指令集的CPU内核，CPU内核支持满足应用需求的基本指令集且划分有不同的电压域。本发明通过在物联网终端上设置可扩展模块，并在RISC‑V主控模块中设置满足应用需求的基本指令集来满足不同物联网应用场景的指令需求，提高物联网终端的灵活性。通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，降低物联网终端的功耗。

Description

一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，更具体的说，涉及一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法。

背景技术

物联网终端是物联网中链接传感网络层和传输网络层，实现采集数据及向网络层发送数据的设备。目前，物联网终端大多是采用ARM(Advanced RISC Machines)等商业收费的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)或SoC(System on Chip，系统级芯片)。由于CPU或SoC的可定制性不高，指令集固定，因此，现有的物联网终端灵活性低，无法满足不同物联网应用场景的指令需求。另外，现有物联网终端中的CPU和SoC需要较高的电源电压，因此功耗高。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法，以通过在物联网终端上设置可扩展模块，并在RISC-V主控模块中设置满足应用需求的基本指令集，来满足不同物联网应用场景的指令需求，提高物联网终端的灵活性。另外，通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，从而在一定程度上降低物联网终端的功耗。

一种物联网终端，包括：RISC-V主控模块、传感器模块和可扩展模块；

所述RISC-V主控模块具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，所述CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且所述CPU内核中划分有不同的电压域；

所述传感器模块与所述RISC-V主控模块连接，用于采集传感器数据，并将所述传感器数据上传至所述RISC-V主控模块；

所述可扩展模块与所述RISC-V主控模块连接，用于为物联网终端提供所需的扩展功能。

可选的，还包括：通信模块；

所述通信模块设置在所述RISC-V主控模块和云端服务器之间，用于传输所述RISC-V主控模块和所述云端服务器之间的交互信息。

可选的，还包括：调试模块；

所述调试模块与所述RISC-V主控模块连接，用于在开发阶段对所述RISC-V主控模块、所述传感器模块和所述可扩展模块进行调试；还用于在产品阶段对出现的错误报警进行检查修正。

可选的，所述基本指令集包括：RV32E指令集和RV32IF指令集。

一种物联网系统，包括上述所述的物联网终端。

一种物联网控制方法，应用于上述所述的RISC-V主控模块，所述方法包括：

获取传感器模块采集的传感器数据；

对所述传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器；

获取所述云端服务器下发的指令信息；

对所述指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作。

可选的，所述对所述传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器，包括：

判断所述传感器数据是否满足边缘计算条件；

如果是，则对所述传感器数据进行边缘计算，得到边缘计算结果；

将所述边缘计算结果上传至所述云端服务器。

可选的，还包括：

如果所述传感器数据不满足所述边缘计算条件，则判断所述传感器数据是否满足预处理条件；

如果是，则对所述传感器数据进行预处理得到预处理结果，并将所述预处理结果上传至所述云端服务器；

如果否，则直接将所述传感器数据上传至所述云端服务器。

可选的，所述对所述指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作，包括：

判断所述指令信息是否为获取当前物联网终端状态；

如果是，则获取所述当前物联网终端状态，并将所述当前物联网终端状态写入对应的寄存器，记为第一寄存器；

将检测到通信通道空闲时，将所述第一寄存器中的所述当前物联网终端状态通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

可选的，当所述指令信息不是获取所述当前物联网终端状态时，还包括：

判断所述指令信息是否为配置传感器操作；

如果是，则基于所述指令信息中携带的配置信息对所述传感器模块进行配置；

在配置完成后将传感器配置信息写入对应的寄存器，记为第二寄存器；

当检测到通信通道空闲时，将所述第二寄存器中的所述传感器配置信息通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

可选的，当所述指令信息不是所述配置传感器操作时，还包括：

判断所述指令信息是否为对可扩展模块执行处理操作；

如果是，则基于所述指令信息中携带的处理信息项对所述可扩展模块进行处理，得到处理后的可扩展模块信息项；

将所述可扩展模块信息项写入对应的寄存器，记为第三寄存器；

当检测到通信通道空闲时，将所述第三寄存器中的所述可扩展模块信息项通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法，物联网终端包括RISC-V主控模块，以及与RISC-V主控模块连接的传感器模块和可扩展模块，传感器模块采集传感器数据并上传至RISC-V主控模块，可扩展模块为物联网终端提供所需的扩展功能，RISC-V主控模块具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，该CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且CPU内核中划分有不同的电压域。本发明通过在物联网终端上设置可扩展模块，并在RISC-V主控模块中设置满足应用需求的基本指令集，来满足不同物联网应用场景的指令需求，提高物联网终端的灵活性。另外，通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，从而在一定程度上降低物联网终端的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种物联网终端的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种物联网终端的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种物联网控制方法流程图；

图4为本发明实施例公开的一种对传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器的方法流程图；

图5为本发明实施例公开的另一种对传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器的方法流程图；

图6为本发明实施例公开的对指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法，物联网终端包括RISC-V主控模块，以及与RISC-V主控模块连接的传感器模块和可扩展模块，传感器模块采集传感器数据并上传至RISC-V主控模块，可扩展模块为物联网终端提供所需的扩展功能，RISC-V主控模块具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，该CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且CPU内核中划分有不同的电压域。本发明通过在物联网终端上设置可扩展模块，并在RISC-V主控模块中设置满足应用需求的基本指令集，来满足不同物联网应用场景的指令需求，提高物联网终端的灵活性。另外，通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，从而在一定程度上降低物联网终端的功耗。

参见图1，本发明实施例公开的一种物联网终端的结构示意图，物联网终端包括：RISC-V主控模块11、传感器模块12和可扩展模块13。

其中：

RISC-V主控模块11具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，该CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且CPU内核中划分有不同的电压域。

RISC-V是一个基于精简指令集原则的开源指令集架构，具有完全开源的特点，各个企业可以完全免费使用。同时RISC-V架构比主流的X86和ARM架构简单，总共几十条指令，并可以实现模块化设计。另外，RISC-V还可以方便的移植linux和unix系统到RISC-V平台，与此同时，RISC-V社区还提供了完整的工具链。基于此，本发明将RISC-V应用在了物联网终端的主控单元中，该主控单元也即RISC-V主控模块11。

需要说明的是，本实施例中，CPU内核中的基本指令集包括：RV32E指令集和RV32IF指令集，从而满足RISC-V主控模块11和云端服务器20之间的不同交互需求。

本发明通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，而低电压意味着更低的动态功耗和静态功耗，因此，本发明可以在一定程度上降低物联网终端的功耗。

传感器模块12与RISC-V主控模块11连接，传感器模块12用于采集传感器数据，并将所述传感器数据上传至RISC-V主控模块11。

在实际应用中，可以根据不同的物联网应用场景，在物联网终端中设置不同的传感器模块12。例如，物联网应用场景为家居环境时，传感器模块12可以为温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和燃气传感器等。物联网应用场景为共享单车时，传感器模块12可以为GPS定位、速度采集、电量采集等传感器。物联网应用场景为景区环境时，传感器模块12可以为PM2.5采集、噪声监测等传感器。

可扩展模块13与RISC-V主控模块11连接，可扩展模块13用于为物联网终端提供所需的扩展功能。

本发明中的可扩展模块13为针对不同的物联网应用场景可扩展的模块，包括但不限于接口模块、显示模块和蓝牙模块等等。

综上可知，本发明公开了一种物联网终端，包括RISC-V主控模块11，以及与RISC-V主控模块11连接的传感器模块12和可扩展模块13，传感器模块12采集传感器数据并上传至RISC-V主控模块11，可扩展模块13为物联网终端提供所需的扩展功能，RISC-V主控模块11具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，该CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且CPU内核中划分有不同的电压域。本发明通过在物联网终端上设置可扩展模块13，并在RISC-V主控模块11中设置满足应用需求的基本指令集，来满足不同物联网应用场景的指令需求，提高物联网终端的灵活性。另外，通过在CPU内核中划分不同的电压域，可以使物联网终端能够由电压低的电源供电，从而在一定程度上降低物联网终端的功耗。

为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例公开的另一种物联网终端的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，物联网终端还可以包括：通信模块14。

通信模块14设置在RISC-V主控模块11和云端服务器20之间，通信模块14用于传输RISC-V主控模块11和云端服务器20之间的交互信息。

也就是说，通信模块14可以将RISC-V主控模块11中的数据上传至云端服务器20，也可以实现云端服务器20对物联网终端进行控制或是执行数据提取等操作，实现物联网终端与云端服务器20的交互和管理。

为进一步优化上述实施例，物联网终端还可以包括：调试模块15。

调试模块15与RISC-V主控模块11连接，调试模块15用于在开发阶段对RISC-V主控模块11、传感器模块12和可扩展模块13进行调试；还用于在产品阶段对出现的错误报警进行检查修正。

本实施例中，调试模块15主要指JTAG调试或者串口调试。在开发阶段，可以通过调试模块15对物联网终端中的其他模块进行相应的开发、调试和测试等。为减少物联网终端的硬件成本，可以在物联网终端量产阶段，取消调试模块15。

在实际应用中，物联网终端还可以包括：电源模块16，电源模块16与物联网终端中的所有模块连接，用于为整个物联网终端提供电源支持。

与上述实施例相对应，本发明还公开了一种物联网系统，该物联网系统包括图1和图2所示实施例中的物联网终端。

参见图3，本发明实施例公开的一种物联网控制方法流程图，该方法应用于图1和图2所示实施例中的RISC-V主控模块，该方法包括：

步骤S101、获取传感器模块采集的传感器数据；

在实际应用中，传感器模块不断的获取传感器数据，并将传感器数据上传至RISC-V主控模块。

步骤S102、对所述传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器；

RISC-V主控模块获取到传感器模块上传的传感器数据后，会对传感器数据按照预设处理策略进行处理，预设处理策略包括但不限于边缘计算等。

步骤S103、获取云端服务器下发的指令信息；

本实施例中，云端服务器和RISC-V主控模块之间可以进行信息交互，云端服务器可以向RISC-V主控模块下发指令信息，在实际应用中，云端服务器将下发的指令信息通过通信模块下发至RISC-V主控模块中，RISC-V主控模块根据通过解析指令信息实现对传感器模块12和可扩展模块13等的控制。

步骤S104、对所述指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作。

本实施例中，步骤S101和步骤S102为RISC-V主控模块与传感器模块的交互过程，步骤S103和步骤S104为RISC-V主控模块与云端服务器的交互过程，两个交互过程的先后执行顺序包括但不限于图3所示实施例，也可以先执行RISC-V主控模块与云端服务器的交互过程，后执行RISC-V主控模块与传感器模块的交互过程，或是两个过程同时执行，具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

为进一步优化上述实施例，参见图4，本发明实施例公开的一种对传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器的方法流程图，该方法包括：

步骤S201、判断传感器数据是否满足边缘计算条件，如果是，则执行步骤S202；

本实施例中的边缘计算条件可以为传感器数据中具有边缘计算标识或是为边缘计算节点，具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

步骤S202、对传感器数据进行边缘计算，得到边缘计算结果；

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。

步骤S203、将边缘计算结果上传至云端服务器。

在实际应用中，可以将边缘计算结果通过通信模块上传至云端服务器。

参见图5，本发明实施例公开的另一种对传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器的方法流程图，在图4所示实施例的基础上，当步骤S201判断为否时，还包括：

步骤S204、判断传感器数据是否满足预处理条件，如果是，则执行步骤S205，如果否，则执行步骤S206；

当传感器数据为云端计算数据时，则确定传感器数据满足预处理条件，此时，RISC-V主控模块对传感器数据进行预处理，包括但不限于对传感器数据进行处理，分析和计算等操作。

步骤S205、对传感器数据进行预处理得到预处理结果，并将预处理结果上传至云端服务器；

步骤S206、直接将传感器数据上传至云端服务器。

参见图6，本发明实施例公开的一种对指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作的方法流程图，该方法包括：

步骤S301、判断指令信息是否为获取当前物联网终端状态，如果是，则执行步骤S302，如果否，则执行步骤S304；

本发明中，RISC-V主控模块和云端服务器之间可以进行信息交互，云端服务器可以下发指令信息通过通信模块至RISC-V主控模块，RISC-V主控模块通过解析指令信息来实现对传感器模块和可扩展模块等的控制。

步骤S302、获取所述当前物联网终端状态，并将所述当前物联网终端状态写入对应的寄存器，记为第一寄存器；

本步骤实现的是读取当前时刻的物联网终端状态，在实际应用中，可以为不同的物联网终端状态设置不同的状态值，每个状态值有相应的寄存器，状态值的取值可以根据实际需要自定义。物联网终端状态可以为是否正在执行数据上传操作、是否处于空闲状态等。

步骤S303、将检测到通信通道空闲时，将第一寄存器中的当前物联网终端状态通过空闲通信通道发送至云端服务器；

RISC-V主控模块在将当前物联网终端状态存入第一寄存器后，会实时判断通信模块的通信通道是否是空闲状态的，当检测到通信通道是空闲状态时，RISC-V主控模块从第一寄存器中提取当前物联网终端状态，并通过空闲通信通道发送至云端服务器。

步骤S304、判断指令信息是否为配置传感器操作，如果是，则执行步骤S305，如果否，则执行步骤S308；

本实施例中配置传感器操作主要是对传感器模块对应的寄存器进行设置，在实际应用中，可以根据传感器手册，读写传感器模块对应的寄存器。

步骤S305、基于指令信息中携带的配置信息对传感器模块进行配置；

步骤S306、在配置完成后将传感器配置信息写入对应的寄存器，记为第二寄存器；

步骤S307、当检测到通信通道空闲时，将第二寄存器中的传感器配置信息通过空闲通信通道发送至云端服务器；

步骤S308、判断指令信息是否为对可扩展模块执行处理操作，如果是，则执行步骤S309；

可扩展模块的选取以及对可扩展模块执行的处理操作依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

步骤S309、基于所述指令信息中携带的处理信息项对所述可扩展模块进行处理，得到处理后的可扩展模块信息项；

步骤S310、将所述可扩展模块信息项写入对应的寄存器，记为第三寄存器；

步骤S311、当检测到通信通道空闲时，将所述第三寄存器中的所述可扩展模块信息项通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

需要特别说明的是，本发明中，当RISC-V主控模块不进行数据处理、或者对传感器数据进行预处理，或者RISC-V主控模块对云端服务器下发的指令信息进行解析时，仅使用RISC-V中RV32E指令集实现相关操作，在实际应用中，使用16个通用寄存器即可完成相应操作。

当RISC-V主控模块对传感器数据进行边缘计算时，需要使用RV32IF指令集，使用全部通用整数寄存器以及浮点寄存器进行相应的操作。因此，本发明公开的物联网终端可根据物联网应用场景需要定制化系统和模块化选择，达到低功耗目的，以及节省成本。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种物联网终端，其特征在于，包括：RISC-V主控模块、传感器模块和可扩展模块；

所述RISC-V主控模块具有符合RISC-V精简指令集的CPU内核，所述CPU内核支持满足应用需求的基本指令集，且所述CPU内核中划分有不同的电压域；

所述传感器模块与所述RISC-V主控模块连接，用于采集传感器数据，并将所述传感器数据上传至所述RISC-V主控模块；

所述可扩展模块与所述RISC-V主控模块连接，用于为物联网终端提供所需的扩展功能。

2.根据权利要求1所述的物联网终端，其特征在于，还包括：通信模块；

所述通信模块设置在所述RISC-V主控模块和云端服务器之间，用于传输所述RISC-V主控模块和所述云端服务器之间的交互信息。

3.根据权利要求1所述的物联网终端，其特征在于，还包括：调试模块；

所述调试模块与所述RISC-V主控模块连接，用于在开发阶段对所述RISC-V主控模块、所述传感器模块和所述可扩展模块进行调试；还用于在产品阶段对出现的错误报警进行检查修正。

4.根据权利要求1所述的物联网终端，其特征在于，所述基本指令集包括：RV32E指令集和RV32IF指令集。

5.一种物联网系统，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的物联网终端。

6.一种物联网控制方法，其特征在于，应用于权利要求1～4任意一项所述的RISC-V主控模块，所述方法包括：

获取传感器模块采集的传感器数据；

对所述传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器；

获取所述云端服务器下发的指令信息；

对所述指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作。

7.根据权利要求6所述的物联网控制方法，其特征在于，所述对所述传感器数据按照预设处理策略进行处理后上传至云端服务器，包括：

判断所述传感器数据是否满足边缘计算条件；

如果是，则对所述传感器数据进行边缘计算，得到边缘计算结果；

将所述边缘计算结果上传至所述云端服务器。

8.根据权利要求7所述的物联网控制方法，其特征在于，还包括：

如果所述传感器数据不满足所述边缘计算条件，则判断所述传感器数据是否满足预处理条件；

如果是，则对所述传感器数据进行预处理得到预处理结果，并将所述预处理结果上传至所述云端服务器；

如果否，则直接将所述传感器数据上传至所述云端服务器。

9.根据权利要求6所述的物联网控制方法，其特征在于，所述对所述指令信息进行解析，并基于解析后的指令信息执行相应的操作，包括：

判断所述指令信息是否为获取当前物联网终端状态；

如果是，则获取所述当前物联网终端状态，并将所述当前物联网终端状态写入对应的寄存器，记为第一寄存器；

将检测到通信通道空闲时，将所述第一寄存器中的所述当前物联网终端状态通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

10.根据权利要求9所述的物联网控制方法，其特征在于，当所述指令信息不是获取所述当前物联网终端状态时，还包括：

判断所述指令信息是否为配置传感器操作；

如果是，则基于所述指令信息中携带的配置信息对所述传感器模块进行配置；

在配置完成后将传感器配置信息写入对应的寄存器，记为第二寄存器；

当检测到通信通道空闲时，将所述第二寄存器中的所述传感器配置信息通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

11.根据权利要求10所述的物联网控制方法，其特征在于，当所述指令信息不是所述配置传感器操作时，还包括：

判断所述指令信息是否为对可扩展模块执行处理操作；

如果是，则基于所述指令信息中携带的处理信息项对所述可扩展模块进行处理，得到处理后的可扩展模块信息项；

将所述可扩展模块信息项写入对应的寄存器，记为第三寄存器；

当检测到通信通道空闲时，将所述第三寄存器中的所述可扩展模块信息项通过空闲通信通道发送至所述云端服务器。

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