顯微鏡下的嵌入式產(chǎn)業(yè) | 從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件

?

最近智能硬件很火，先是2014年1月CES上智能穿戴和智能家居產(chǎn)品大行其道，Intel和Qualcomm高調(diào)推出智能硬件芯片平臺（edsion和8x26），SONY、LG和三星紛紛推出智能手環(huán)，并使用龐大的展區(qū)展示智能家居的應(yīng)用案例。后來是Google 32億收購了智能家居公司Nest，這讓行業(yè)為之熱情高漲。

在中國，包括海爾、小米、奇虎360、京東和百度等著名公司，和以土曼、Broadlink和慶科為代表的眾多創(chuàng)業(yè)公司正在掀起一股智能硬件的浪潮。由京東、奇虎360、小米、樂視、展訊和中科創(chuàng)達(dá)發(fā)起的中關(guān)村智能硬件產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2014年10月中旬在北京成立，謀求將中關(guān)村推動成為全國乃至全球的智能硬件產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，見圖1 。

也在10月我參加了蘇州集成電路協(xié)會的企業(yè)VIP俱樂部活動，以《從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件》為題談了我對智能硬件設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的看法，以下是主要的觀點(diǎn)。
??????

?
圖1 中關(guān)村智能硬件產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟大會上展示的智能硬件產(chǎn)品

智能硬件興起的背景
智能硬件是一個(gè)新生事物，沒有一個(gè)明確的定義，多數(shù)人理解成“可以接入互聯(lián)網(wǎng)的硬件（嵌入式）設(shè)備”。智能硬件的形態(tài)各異，常見有兩大類：智能穿戴設(shè)備和智能家居，我們在市場可以看到有智能手環(huán)、智能手表、智能插座、跟蹤器、智能路由器、萬能遙控器、環(huán)境檢測儀、智能音響、電視和空調(diào)等等。

目前投身智能硬件產(chǎn)業(yè)的主要有四類企業(yè)：（1）創(chuàng)業(yè)公司，比如土曼、Broadlink和慶科等。（2）互聯(lián)網(wǎng)公司，比如京東、百度、奇虎360。（3）傳統(tǒng)家電企業(yè)，比如海爾、海信和TCL等。（4）IT大佬，比如Intel、三星、LG和中國的小米等。

智能硬件為什么如此火爆，吸引如此多的企業(yè)和風(fēng)險(xiǎn)投資的關(guān)注呢？探其原因不外乎有四點(diǎn)：
1．互聯(lián)網(wǎng)廣泛普及，根據(jù)2014年5月ITU報(bào)告，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)已經(jīng)到達(dá)30億。
2．智能手機(jī)帶動移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，根據(jù)2014年1月工信部公布數(shù)據(jù)，中國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)達(dá)到8.38億。
3．物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)興起。IHS預(yù)計(jì)全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到了2017是180億，到2025年是500億。隨著物件智能和聯(lián)網(wǎng)，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出爆炸性的增長，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一門科學(xué)并正在轉(zhuǎn)換成技術(shù)，應(yīng)用到各行各業(yè)，智能硬件通過云計(jì)算平臺上的大數(shù)據(jù)分析給其未來商業(yè)發(fā)展帶來更大的想象空間。
4．32位MCU市場的激增。智能硬件需要32位MCU，ARM正在主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能硬件芯片市場，比如基于ARM CortexM0/M3的MCU，全球10家著名的MCU公司中已經(jīng)有8家獲得ARM授權(quán)，32位MCU芯片的市場價(jià)格正在迅速下降，許多的芯片已經(jīng)在1個(gè)美元以內(nèi)。某些智能硬件對于成本和尺寸非常敏感，會采用一顆集成ARM CortexM0/M3的無線SoC，比如小米手環(huán)選擇的Dialog DA14580 就是一顆基于M0的藍(lán)牙4.0 SoC，既可以滿足產(chǎn)品功能需求，又使得產(chǎn)品具備價(jià)格優(yōu)勢。

?

智能硬件開發(fā)的難點(diǎn)
智能硬件是一個(gè)小型的嵌入式系統(tǒng)，硬件本身設(shè)計(jì)是基于ARM Cortex MCU M0/M3處理器或者Cortex A8/A9高端處理器，主要采用的無線協(xié)議技術(shù)是Wi-Fi和藍(lán)牙4.0（BLE-藍(lán)牙低功耗），以及各種應(yīng)用相關(guān)的傳感器，比如運(yùn)動類的多軸加速度計(jì)、環(huán)境傳感器（空氣和光線等）和健康（心電、血氧、血壓和血糖）等。智能硬件一般有一個(gè)簡單顯示裝置（或者稱為人機(jī)交互界面）以及一個(gè)運(yùn)行在智能手機(jī)的App和云端服務(wù)，比如360衛(wèi)士的云存儲，當(dāng)然有些智能硬件沒有顯示裝置，比如路由器、跟蹤器和智能空調(diào)等。

智能硬件開發(fā)還涉及電子產(chǎn)品制造和工業(yè)設(shè)計(jì)部分，可穿戴設(shè)備和智能家居類產(chǎn)品對于外觀和用戶體驗(yàn)的要求遠(yuǎn)比工業(yè)領(lǐng)域嵌入式設(shè)備要求高，這點(diǎn)需特別注意。智能硬件麻雀雖小五臟俱全，集成傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、制造以及互聯(lián)網(wǎng)和移動終端的軟件，開發(fā)工作真正做好并不容易。無線通訊部分開發(fā)是智能硬件的難點(diǎn)之一，智能穿戴設(shè)備主要是低功耗藍(lán)牙技術(shù)，智能家居產(chǎn)品采用WiFi技術(shù)，低功耗設(shè)計(jì)和傳感器算法是智能穿戴設(shè)備開發(fā)難點(diǎn)。

多數(shù)智能硬件需要一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，比如Linux，Android或者RTOS （uC/OS和FreeRTOS）。具體到智能硬件產(chǎn)品，因產(chǎn)品特點(diǎn)不同采用的嵌入式操作系統(tǒng)也不同，比如智能路由器多數(shù)采用開源的基于Linux的OpenWRT或者SoC芯片公司的SDK，智能手表mot 360采用的是Android Wear，土曼采用的是君正Ingenic平臺，使用的是Android 4.3，SONY smart watch采用的是uC/OS，QualcommTaq采用的是Threadx,如圖1 。這些開源或者商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)要能夠承載智能硬件的平臺和應(yīng)用支持，還需要開發(fā)者做打量的工作，比如核心系統(tǒng)的動態(tài)升級、應(yīng)用程序動態(tài)加載、UI的設(shè)計(jì)、低功耗的管理和與智能手機(jī)（iOS和Android系統(tǒng)）及云服務(wù)器的接口和服務(wù)功能的開發(fā)，Google Android Wear雖然號稱是穿戴操作系統(tǒng)，但目前開放度不高，只有5家授權(quán)公司可以使用，軟件平臺的不成熟給智能硬件開發(fā)帶來很大的難度。
????

圖2三款智能手表（SONY ，MOT，QUALCOMM）

關(guān)于智能硬件發(fā)展的思考
就目前看智能硬件發(fā)展?fàn)顩r并不樂觀，首先是出貨量上不去。據(jù)了解銷量稍好的是智能穿戴、電視和路由器，但至多也只有百萬數(shù)量級而已，更不要說智能插座等單品，如果有幾萬銷量可以讓中國的創(chuàng)業(yè)公司興奮一陣子了。

眾籌模式雖然給智能硬件帶來很好市場效應(yīng)，目前許多智能硬件還是實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)階段就匆匆推向市場，因?yàn)楫a(chǎn)品沒有經(jīng)過完整測試，功能和性能有待完善，加上創(chuàng)業(yè)者對電子產(chǎn)品生產(chǎn)和制造上困難估計(jì)不足，無法保證按期按質(zhì)交貨已經(jīng)成為大問題。

現(xiàn)在智能硬件許多是工程師主觀意念，沒有把握用戶硬需求，比如智能插座、追蹤器和智能燈泡等市場需求不大。筆者看到一款可以測量甲醛的智能硬件，它本身就有數(shù)據(jù)顯示，還加上藍(lán)牙與智能手機(jī)App ，售價(jià)要600元。這到好像畫蛇添足，成本也增加不少，對實(shí)際使用并沒有特別的幫助。類似這樣為了“智能而智能”的硬件產(chǎn)品還真的不少。

智能硬件市場目前還處在發(fā)展初期，市場認(rèn)知需要過程，然后逐漸成熟才能進(jìn)入主流市場。但我們看到許多創(chuàng)業(yè)者準(zhǔn)備不足，對于市場過分樂觀，風(fēng)險(xiǎn)投資入場太早，也是造成目前智能硬件市場雷聲大雨點(diǎn)小的原因之一。

我建議智能硬件開發(fā)和營銷上注意以下五點(diǎn)：
1. 智能硬件的硬件是產(chǎn)品的基石，基礎(chǔ)不牢再好應(yīng)用都無法承載。
2. 智能硬件設(shè)計(jì)要以滿足用戶硬需求為引導(dǎo)，以應(yīng)用為主線。
3. 智能硬件發(fā)展要考慮2-3代產(chǎn)品過程，不可急于求成，創(chuàng)業(yè)公司為此要做好資源的準(zhǔn)備。
4. 智能硬件創(chuàng)新要以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為線索，借助技術(shù)和平臺的創(chuàng)新－如微控制器、傳感器、OS和編程語言等核心技術(shù)的發(fā)展。
5. 未來智能硬件在功能和形態(tài)上會有許多的新的變化-不要被現(xiàn)有模式所束縛。

??

圖3智能硬件與嵌入式產(chǎn)品比較

小結(jié)
在微電子技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下，智能硬件發(fā)展方興未艾，以智能穿戴、智能家居和智能醫(yī)療為代表的智能硬件應(yīng)用已逐漸進(jìn)入大眾的視野。希望智能硬件行業(yè)朋友們能夠借鑒過去30年嵌入式產(chǎn)品研發(fā)和市場發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，見圖3，以客戶應(yīng)用和需求為導(dǎo)向，把握軟硬整合這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代IT發(fā)展的新技術(shù)，以務(wù)實(shí)的態(tài)度做好產(chǎn)品做好服務(wù)，智能硬件將大有前途。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！

系列之一：智能家居的S曲線

摘要：任何技術(shù)發(fā)展都會有屬于自己的成熟曲線，也就是必要要經(jīng)歷初期－發(fā)展－成熟這幾個(gè)階段，這是市場營銷的一個(gè)規(guī)律（稱為S曲線），智能家居作為一個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不會例外……

系列之二：Android開發(fā)，才剛剛開始

摘 要：從2008年Android1.0問世到現(xiàn)在短短的6年Android發(fā)展迅速，2013年手機(jī)市場占有率78.6%，正在進(jìn)入各種嵌入式智能設(shè)備領(lǐng) 域 （汽車、家居和穿戴），Android生態(tài)環(huán)境的企業(yè)正在更加廣泛的領(lǐng)域研究和推廣Android的應(yīng)用，隨著Android終端市場占有率的攀升和應(yīng)用 軟件增加，Android應(yīng)用的云和服務(wù)器端開發(fā)和測試需求也日益增大……

系列之三：與Misfit的硬件對比看小米手環(huán)做減法

摘 要：市場對小米手環(huán)的反應(yīng)基本是兩種；一是做手環(huán)的創(chuàng)業(yè)公司們唉聲一片，79元的價(jià)格讓他們以前賣數(shù)百元的手環(huán)沒法生存了。另外一類是贊揚(yáng)小米手環(huán)是戰(zhàn) 略性的布局、激活市場、占領(lǐng)入口等等。分析之后，對其簡單實(shí)用的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。小米手環(huán)在諸多方面借鑒了Misfit手環(huán)……

系列之四：物聯(lián)網(wǎng)的成算

摘要：我對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識是來自2010年參加中國物聯(lián)網(wǎng)大會的感受，之后在接受工控網(wǎng)采訪的時(shí)候我談了兩點(diǎn)：第一，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分。第二，物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)才剛剛開始……

系列之五：開學(xué)季，也來談?wù)勄度胧浇虒W(xué)

摘要：最近我有機(jī)會參加賽靈思公司和機(jī)械工業(yè)出版社華章分社共同舉辦的“嵌入式課程教學(xué)創(chuàng)新研討會”，與長期從事嵌入式教學(xué)工作的老師們共同交流嵌入式教學(xué)現(xiàn)狀和未來發(fā)展，在會上我做了“嵌入式教學(xué)需改革和創(chuàng)新“的發(fā)言，談了自己對嵌入式教學(xué)的理解和思考……