?物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的軟硬件開發(fā)是什么樣的？

基于ArmCortex-M架構(gòu)的芯片出貨量迄今已超過700億顆，并仍在持續(xù)增長(zhǎng)中。根據(jù)MordorIntelligence的數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)芯片的平均復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）將在2026年達(dá)到近15%。為順應(yīng)這一增長(zhǎng)機(jī)遇，Arm專注于確保生態(tài)系統(tǒng)能不斷地處于加速物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的前沿。

如果說華為鴻蒙系統(tǒng)和谷歌的FuchsiaOS代表了操作系統(tǒng)從手機(jī)時(shí)代進(jìn)入到了IOT時(shí)代。那么Arm近日推出的物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT），包括ArmCorstone、Arm虛擬硬件目標(biāo)、ProjectCentauri?三大重點(diǎn)部分，則讓嵌入式開發(fā)發(fā)生了革命性變化，帶來了物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的軟硬件開發(fā)方式。

?物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的軟硬件開發(fā)面臨哪些挑戰(zhàn)？

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的軟硬件開發(fā)具有什么特點(diǎn)呢？首先是成本更加敏感。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)潛力巨大，但萬(wàn)物互聯(lián)意味著應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化與碎片化，從而導(dǎo)致每一款芯片的應(yīng)用場(chǎng)景也就相對(duì)有限，芯片的批量生產(chǎn)被嚴(yán)重碎片化。這就使得芯片定制的成本成為影響其可行性與普及度的重要因素。物聯(lián)網(wǎng)的嚴(yán)重碎片化導(dǎo)致了極高的成本敏感性，包括芯片流片的成本敏感以及應(yīng)用市場(chǎng)的成本敏感，除此之外，芯片的快速開發(fā)迭代與上市也成為客戶關(guān)注的焦點(diǎn)?？蛻粝Ｍ焖賹a(chǎn)品推向市場(chǎng)，然而普遍面臨成本壓力和物聯(lián)網(wǎng)人才缺口。市場(chǎng)上缺乏足夠的物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)人員，即使有少數(shù)開發(fā)人員，也要面對(duì)很多自己不擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，諸如物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的安全問題、連接問題、機(jī)器學(xué)習(xí)的能力、嵌入式設(shè)計(jì)、應(yīng)用設(shè)計(jì)和針對(duì)云服務(wù)的開發(fā)等問題。

其次是可定制化。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景多樣化和差異化導(dǎo)致了芯片產(chǎn)品的定制化需求。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化和差異化使得不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)π酒桨傅募?xì)節(jié)要求有所不同。由于物聯(lián)網(wǎng)下游應(yīng)用領(lǐng)域極度碎片化，芯片設(shè)計(jì)也更加多元，定制化需求旺盛。

物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)也催生出了更多的設(shè)計(jì)需求，導(dǎo)致市場(chǎng)進(jìn)入門檻降低，芯片設(shè)計(jì)公司的數(shù)量大幅增長(zhǎng)，很多與以往傳統(tǒng)的芯片廠商不同的非典型客戶（如互聯(lián)網(wǎng)公司）開始涌現(xiàn)，這種類型的客戶往往缺乏足夠的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁MohamedAwad回顧了物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)歷史，并將其分為三個(gè)階段。他認(rèn)為目前物聯(lián)網(wǎng)正進(jìn)入智能化時(shí)代，盡管物聯(lián)網(wǎng)的智能化具有巨大潛能，但從產(chǎn)業(yè)觀點(diǎn)來看，發(fā)展的速度仍然不夠快。那么，是什么阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展呢？

MohamedAwad認(rèn)為主要有三大原因：1.緩慢的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，由于開發(fā)的連續(xù)性，要將最新的技術(shù)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中需要花費(fèi)五年甚至更久。

2.效率低下的軟件開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)需要基于實(shí)體硬件進(jìn)行開發(fā)與測(cè)試，嵌入式開發(fā)也依循著一樣的方式。

3.缺乏規(guī)?；?，這導(dǎo)致軟件與服務(wù)無(wú)法輕易地跨平臺(tái)使用。?

如今市面上大約有數(shù)百萬(wàn)個(gè)手機(jī)app、數(shù)千種手機(jī)型號(hào)，如果每一位手機(jī)app開發(fā)者需要購(gòu)買所有的手機(jī)來適配APP，那么APP開發(fā)者一定大大減少。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也是一樣，如果開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)的軟件也需要適配各種不同的硬件終端，那么物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)將變得困難重重。事實(shí)上，很多非典型的開發(fā)者，雖然他們不是嵌入式開發(fā)者，但是同樣在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新，他們迫切需要Arm解決這些開發(fā)中面臨的痛點(diǎn)或挑戰(zhàn)。

這也是Arm為什么要發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT），也只有Arm有可能解決這些難題。原因有幾點(diǎn)：第一，目前有超過700?億顆基于Cortex-M的芯片出貨到市場(chǎng)，可以說大部分的物聯(lián)網(wǎng)終端基于Arm架構(gòu)來運(yùn)行；第二，Arm一直致力于加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的軟硬件開發(fā)，并且已經(jīng)引入了持續(xù)集成和可擴(kuò)展的基于云的測(cè)試；第三，Arm擁有與生態(tài)伙伴攜手解決這些挑戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)。

?虛擬硬件目標(biāo)

據(jù)介紹，Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案是一套專為特定用例而設(shè)計(jì)的完整解決方案，讓開發(fā)者可以專注在真正重要的部分，也就是跨不同應(yīng)用和設(shè)備的創(chuàng)新與差異化。它具備簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程與產(chǎn)品開發(fā)所需的一切，包括硬件IP、軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)模型、先進(jìn)的工具（例如全新虛擬硬件目標(biāo)）、應(yīng)用程序特定的參考代碼，以及來自全球最大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的支持。

Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁Mohamed Awad表示，Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions forIoT）將采用更加現(xiàn)代的軟件開發(fā)方法，并輕松地為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的多樣化硬件進(jìn)行創(chuàng)新。他特別強(qiáng)調(diào)，Arm將從底層徹底地變革物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的方式，同時(shí)將變革物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)這一切將不需要他們轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)者就可以達(dá)成。Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案將加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，最多可縮減兩年。

Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT）主要由幾部分構(gòu)成，其中一部分是Arm虛擬硬件目標(biāo)。

Arm虛擬硬件是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，它使得軟件開發(fā)可以在云端完成，這徹底改變了物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的方式。該基于云的新服務(wù)可提供Corstone子系統(tǒng)的虛擬模型，使得軟件開發(fā)無(wú)需基于實(shí)體芯片進(jìn)行。Arm虛擬硬件為物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式平臺(tái)帶來現(xiàn)代化敏捷的軟件開發(fā)方法，包括持續(xù)集成/持續(xù)開發(fā)（CI/CD）、DevOps與MLOps，免去投資復(fù)雜的硬件農(nóng)場(chǎng)。這也意味著數(shù)百萬(wàn)軟件開發(fā)者不需要轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)人員，就能為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)創(chuàng)新助力。。

MohamedAwad也表示，Arm虛擬硬件的概念就是要把現(xiàn)有簡(jiǎn)化的移動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)模式、加上基于云端的形式，讓軟件開發(fā)產(chǎn)商和開發(fā)人員能更好地進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)，也是這套解決方案強(qiáng)大的地方，這是FPGA所做不到的。FPGA解決方案通常是用于初級(jí)的嵌入式開發(fā)，開發(fā)一個(gè)專用該設(shè)備，要大規(guī)模進(jìn)行測(cè)試有難度，而且成本高昂。反觀Arm虛擬硬件目標(biāo)，它是基于云端、并提供給第三方軟件廠商或者軟件開發(fā)者進(jìn)行使用，他們過去可能是做智能手機(jī)應(yīng)用或是云服務(wù)應(yīng)用的開發(fā)，有了Arm虛擬硬件可以幫助他們擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。

通過基于Arm架構(gòu)SoC的準(zhǔn)確模型提供了模擬內(nèi)存與外設(shè)等機(jī)制，軟件的開發(fā)與測(cè)試現(xiàn)可在芯片完備之前就著手進(jìn)行，如此一來，典型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期可以從平均的五年，最多縮短為三年。通過這些新的工具，機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)者不再需要轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)者，他們可以使用虛擬硬件，在云端進(jìn)行模組優(yōu)化。他們能運(yùn)行持續(xù)集成的工作流，并在虛擬硬件上驗(yàn)證他們的算法。

這讓Arm芯片伙伴能在芯片流片前，取得客戶對(duì)芯片的反饋，同時(shí)協(xié)助整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值鏈，能在芯片推出之前，輕松地開發(fā)并測(cè)試基于最新IP的代碼。在左邊，有一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)的工作流程，其中為邊緣進(jìn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化會(huì)在云端、通過虛擬硬件運(yùn)行。往右邊，在中間的部分是軟件開發(fā)集成。而實(shí)際的開發(fā)將在虛擬硬件中進(jìn)行，你無(wú)需擔(dān)憂你的設(shè)備群或是硬件設(shè)備農(nóng)場(chǎng)。直到你已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以部署到真實(shí)的硬件上，那時(shí)你就可以全面部署。這種跨工作流的優(yōu)化級(jí)別不僅增加了生產(chǎn)力，也允許更多新的玩家可以進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，加速創(chuàng)新。

MohamedAwad同時(shí)也表示，從軟件的角度來看，Arm虛擬硬件的關(guān)注點(diǎn)和初期用例大部分都聚焦在DevOps，也就是針對(duì)軟件進(jìn)行持續(xù)集成/持續(xù)開發(fā)（CI/CD）。而機(jī)器學(xué)習(xí)DevOps也就是優(yōu)化機(jī)器學(xué)習(xí)模型，部署于終端設(shè)備。如今市場(chǎng)上，除了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，其他領(lǐng)域的機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)基本都是基于云端進(jìn)行，而機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)需要特別的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備。當(dāng)Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案把基于云端開發(fā)的方式引入到物聯(lián)網(wǎng)，可以預(yù)期在物聯(lián)網(wǎng)上將看到更多更智能化的應(yīng)用。他以亞馬遜為例，亞馬遜就應(yīng)用到了Arm虛擬硬件來做Alexa喚醒詞的測(cè)試。和亞馬遜以往的方式相比，可以更快速地把Alexa喚醒測(cè)試用于150種不同的設(shè)備。另一個(gè)案例是Himax，他們正在利用Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案，加速他們新的人工智能開發(fā)時(shí)程，他們?yōu)樾碌?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8/">處理器配置的專用Arm?虛擬硬件搶先在芯片完成前，提供給開發(fā)者使用。

這一切將始于Arm Corstone，ArmCorstone子系統(tǒng)是預(yù)先設(shè)計(jì)、預(yù)先集成、并且預(yù)先驗(yàn)證的硬件子系統(tǒng)。Corstone是根據(jù)特定用例而打造，Arm直接向芯片設(shè)計(jì)伙伴提供這項(xiàng)技術(shù)。Corstone專門為芯片設(shè)計(jì)伙伴與OEM?廠商而設(shè)計(jì)，使其能專注于差異化。方法是通過將CPU、NPU、系統(tǒng)IP以及其他關(guān)鍵技術(shù)整合到一個(gè)預(yù)先集成、預(yù)先驗(yàn)證且可隨時(shí)運(yùn)行的子系統(tǒng)中。據(jù)了解，Corstone已為Arm芯片伙伴超過150個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。Arm虛擬硬件現(xiàn)可在AWSMarketplace獲取，并計(jì)劃于2022年在中國(guó)推出。

?Cortex-M?的生態(tài)系統(tǒng)計(jì)劃Project Centauri

Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT）的另一部分是針對(duì)Cortex-M的生態(tài)系統(tǒng)計(jì)劃?ProjectCentauri。該項(xiàng)目旨在通過針對(duì)設(shè)備開機(jī)、安全與云集成提供一套設(shè)備與平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)和參考實(shí)作，為廣泛的ArmCortex-M軟件生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)成類似ProjectCassini為Cortex-A生態(tài)系統(tǒng)作出的貢獻(xiàn)。ProjectCentauri的API包括對(duì)PSA認(rèn)證與Open-CMSIS-CDI的支持，這是一套標(biāo)準(zhǔn)的云到設(shè)備規(guī)范，能最大限度地減少啟動(dòng)不同的云解決方案和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)所需的開發(fā)工作量。ProjectCentauri將降低工程開發(fā)成本、加速上市進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署，并強(qiáng)化Cortex-M生態(tài)系統(tǒng)的安全性。

這是Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案的產(chǎn)品路線圖，目前第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案已經(jīng)推出。它針對(duì)的是包括關(guān)鍵字辨識(shí)在內(nèi)的機(jī)器學(xué)習(xí)用例，基于Corstone-300、采用了Cortex-M55?和Ethos-U55。

通過Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案，Arm的愿景是為每個(gè)人加速產(chǎn)品開發(fā)以及提高投資回報(bào)率，包括OEM?廠商、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與服務(wù)提供商、以及結(jié)合傳統(tǒng)和現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)實(shí)踐的新一代物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者。MohamedAwad表示，傳統(tǒng)的開發(fā)流程，包括IP選取、芯片設(shè)計(jì)，再到硬件制造，而軟件開發(fā)只能在驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、板級(jí)支持包和應(yīng)用程序開發(fā)之后才能啟動(dòng)，整個(gè)流程耗時(shí)多達(dá)五年。而通過Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案賦能開發(fā)者后，可以在硬件開發(fā)的同時(shí)啟動(dòng)軟件開發(fā)，可以將產(chǎn)品推新周期從五年縮減為三年。

?總結(jié)

Arm智能手機(jī)的業(yè)務(wù)是基于Arm的嵌入式技術(shù)開展的，目前物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)也是源于嵌入式技術(shù)。Arm在智能手機(jī)時(shí)代受益匪淺，也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。Arm智能手機(jī)的騰飛是基于生態(tài)系統(tǒng)能夠通過一個(gè)共同的方式進(jìn)行軟件開發(fā)，從而推動(dòng)了硬件的創(chuàng)新。

現(xiàn)在，這一狀況正在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重新發(fā)生。MohamedAwad認(rèn)為，Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案最重要的一點(diǎn)就是把移動(dòng)領(lǐng)域所驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新同水平地移植到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過降低軟件的投資，擴(kuò)大可服務(wù)的市場(chǎng)，從而促進(jìn)廣大的軟件資源投入到物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。MohamedAwad相信，新型的物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)將被驅(qū)動(dòng)，而它的規(guī)模與蓬勃一定會(huì)超過智能手機(jī)市場(chǎng)。

Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁MohamedAwad表示：“通過徹底改變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，Arm的獨(dú)特定位可以推動(dòng)新的物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，其形態(tài)、速度與規(guī)模等方面都足以與智能手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)相媲美。Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案改變了我們?yōu)檎麄€(gè)生態(tài)系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)的方法，并展現(xiàn)了我們?cè)谲浖矫嬷卮笄页掷m(xù)的投資，進(jìn)而賦能開發(fā)者開展創(chuàng)新，擴(kuò)展全球影響力。”

筆者認(rèn)為，Arm在面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的軟硬件開發(fā)特殊性，對(duì)自身產(chǎn)品進(jìn)行的重構(gòu)。Arm希望將自己在移動(dòng)領(lǐng)域的開發(fā)方式復(fù)制到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，幫助更多的客戶將產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期最多縮短兩年，同時(shí)更好的應(yīng)對(duì)RISC-V這樣的開源架構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)。最后，筆者認(rèn)為，有了這套全面解決方案作為設(shè)計(jì)，Arm的生態(tài)伙伴可以更好地聚焦創(chuàng)新，提升自己的投資回報(bào)率。通過標(biāo)準(zhǔn)化，讓合作伙伴能夠更好的實(shí)現(xiàn)自己在細(xì)分領(lǐng)域的差異化，他們可以充分利用自己的投資去解決市場(chǎng)上新的挑戰(zhàn)，而無(wú)需浪費(fèi)在重復(fù)已經(jīng)做過的工作上。