云系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，改變了嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的性質(zhì)，這已經(jīng)需要大量的技能組合。

隨著人工智能工作在許多物聯(lián)網(wǎng)部署中轉(zhuǎn)移到邊緣，這種趨勢(shì)可能會(huì)加速，為平臺(tái)多樣性的更大發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 

盡管如此，所有道路都將繼續(xù)通過(guò)嵌入式開(kāi)發(fā)。今天，在龐大的全球系統(tǒng)邊緣對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行編程仍然是一種藝術(shù)形式。功率和內(nèi)存限制仍然存在，延遲要求非常嚴(yán)格——以毫秒為單位。

[ IoT World是北美最大的物聯(lián)網(wǎng)盛會(huì)，將于 8 月 11 日至 13 日進(jìn)行虛擬體驗(yàn)，為期三天的虛擬體驗(yàn)將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G 和邊緣技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)行業(yè)垂直領(lǐng)域。今天注冊(cè)]

為了克服這些障礙，嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員采用了來(lái)自主線云提供商或?qū)＜业哪M器、模擬器、測(cè)試臺(tái)、軟件開(kāi)發(fā)工具包和云平臺(tái)。他們的嵌入式開(kāi)發(fā)人員隊(duì)伍中仍然包括熟練使用烙鐵的人。 

C 語(yǔ)言仍然是嵌入式微控制器、微處理器和片上系統(tǒng)、片上模塊和它們驅(qū)動(dòng)的板級(jí)系統(tǒng)的中流砥柱。但在計(jì)算和存儲(chǔ)幾乎無(wú)限的云中，Python 的高級(jí)語(yǔ)言在機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)方面取得了成功。

當(dāng)世界碰撞

如今，云和嵌入式開(kāi)發(fā)風(fēng)格有所不同。但據(jù)全球半導(dǎo)體 IP 領(lǐng)導(dǎo)者 Arm 產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān) Chris Shore 稱(chēng)，這種情況可能會(huì)改變。Shore 擁有 30 多年的嵌入式開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，是最早將 Linux 移植到 Arm 的公司之一。

“有兩個(gè)世界在碰撞。它涉及專(zhuān)業(yè)知識(shí)的變化和工作實(shí)踐的變化，”肖爾說(shuō)。“如果您在云上使用微服務(wù)運(yùn)行分析機(jī)器學(xué)習(xí)作業(yè)，您就不必關(guān)心它使用了多少能源，或者您需要多少內(nèi)存。但如果你把這樣的分析放在一個(gè)嵌入式小部件上，你就不必?fù)?dān)心了。”

邊緣和云之間的通信行程也是開(kāi)發(fā)人員關(guān)心的問(wèn)題。在收集點(diǎn)分析的數(shù)據(jù)可以更快地采取行動(dòng)；系統(tǒng)無(wú)需等待數(shù)據(jù)往返于云端。他說(shuō)，因此物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備模塊上的人工智能處理引起了人們的關(guān)注。

幾家半導(dǎo)體公司正在迅速采取行動(dòng)，將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與嵌入式系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。例如，今年早些時(shí)候，Arm 推出了 Ethos-U55 神經(jīng)處理單元，用于邊緣機(jī)器學(xué)習(xí)處理。

物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展

嵌入式開(kāi)發(fā)人員對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)中的大部分內(nèi)容都很熟悉；需要進(jìn)行設(shè)備測(cè)量，需要判斷級(jí)別——這些和類(lèi)似的系統(tǒng)事件會(huì)啟動(dòng)其他進(jìn)程，等等。 

將這些嵌入式系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)也很熟悉。這就是為什么不少資深嵌入式開(kāi)發(fā)人員對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的宣傳感到不安的原因。其中包括獨(dú)立嵌入式系統(tǒng)工程師、嵌入式繆斯通訊的作者和編輯 Jack Gansalle 。

“從我開(kāi)始工作的那天起，設(shè)備就已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)時(shí)，我們已經(jīng)這樣做了 20 年，”Gansalle 說(shuō)。

然而，嵌入式物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展迅速，很少有工程師了解全球聯(lián)網(wǎng)分布式傳感器數(shù)據(jù)處理和分析所需的細(xì)微差別。從頭開(kāi)始構(gòu)建不是一種選擇。

因此，“工程師以軟件和硬件的形式購(gòu)買(mǎi)連接，”他說(shuō)。重要的是，專(zhuān)注于運(yùn)營(yíng)的嵌入式開(kāi)發(fā)人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)自己與 IT 團(tuán)隊(duì)的合作更加緊密。Gansalle 指出，這些團(tuán)隊(duì)包括精通機(jī)器學(xué)習(xí)和其他高級(jí)分析的云開(kāi)發(fā)人員。 

此外，他說(shuō)，作為嵌入式開(kāi)發(fā)基本要素的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正在增加云功能。

云平臺(tái)提供商強(qiáng)調(diào)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的重要性。例如，考慮一下 Amazon Web Services 使用Amazon FreeRTOS增加的活動(dòng)。對(duì)于 AWS 而言，減輕嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的任務(wù)是將其云服務(wù)遷移到物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一步。

就其本身而言，微軟最近宣布了 Azure RTOS 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)工具包，以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。Azure RTOS 源于微軟 2019 年收購(gòu) Express Logic。Microchip Technology、NXP、Qualcomm、Renesas 和 STMicroelectronics 的開(kāi)發(fā)硬件支持新套件。它們構(gòu)成了云計(jì)算和嵌入式計(jì)算之間的重要互連。

平臺(tái)顯示承諾

隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)成為嵌入式物聯(lián)網(wǎng)討論的一部分，用于云和邊緣的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列已進(jìn)入混合體。 

嵌入式開(kāi)發(fā)人員可以配置和重新配置 FPGA，這些 FPGA 非常靈活，可以支持各種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 

為嵌入式系統(tǒng)對(duì)這些芯片進(jìn)行編程的開(kāi)發(fā)技能范圍可能很廣，因此工具也必須如此。FPGA 制造商 Xilinx 視覺(jué)、醫(yī)療保健和科學(xué)服務(wù)總監(jiān) Chetan Khona 表示，雖然專(zhuān)門(mén)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員需要軟件開(kāi)發(fā)套件，但數(shù)據(jù)科學(xué)家需要機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)框架。 

他說(shuō)，曾經(jīng)在該領(lǐng)域工作 10 年不變的嵌入式系統(tǒng)——他以復(fù)印機(jī)為例——現(xiàn)在可能會(huì)像數(shù)字企業(yè)中的其他一切一樣定期更新。 

在 Khona 的估計(jì)中，這推動(dòng)了基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)的強(qiáng)勁發(fā)展，以處理電子、控制、連接、安全和人工智能的不同層。這些平臺(tái)的目標(biāo)是最終將在不同嵌入式設(shè)計(jì)級(jí)別工作的開(kāi)發(fā)人員的工作結(jié)合起來(lái)。

“我們發(fā)現(xiàn)今天沒(méi)有一個(gè)人做出關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)決策。涉及不同的角色，”Khona 說(shuō)。“有硬件開(kāi)發(fā)人員、FPGA 開(kāi)發(fā)人員、系統(tǒng)架構(gòu)師、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和數(shù)據(jù)科學(xué)家。你需要為這些不同的個(gè)性中的每一個(gè)提供一個(gè)產(chǎn)品。”

Khona 表示，賽靈思一直致力于通過(guò) PYNQ 將 Python 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)人員（通常是數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵成員）引入 FPGA 開(kāi)發(fā)，PYNQ 是該公司創(chuàng)建的一個(gè)允許使用 Python 語(yǔ)言和庫(kù)的開(kāi)源項(xiàng)目。 

 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的機(jī)遇和限制

面向云的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的推動(dòng)正在重塑行業(yè)產(chǎn)品。以電子元件分銷(xiāo)商 Avnet 為例。 

2018 年，該公司收購(gòu)了 Azure 云連接和數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供商 Softweb Solutions，隨后在 2019 年收購(gòu)了嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)制造商 Witekio。 

Witekio 的創(chuàng)始人兼總裁 Yannick Chammings 表示，目標(biāo)是刺激嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，他現(xiàn)在作為 Avnet 公司運(yùn)營(yíng)。 

查明斯說(shuō)，今天的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)有點(diǎn)像“狂野西部”，需要更多的工具集成。 

今天，他看到不同的利益相關(guān)者開(kāi)始走到一起，追求比過(guò)去更緊密的設(shè)計(jì)。但這是一種權(quán)衡。 

“嵌入式社區(qū)習(xí)慣于在一個(gè)充滿約束的世界中工作——另一方面，你擁有一個(gè)充滿新可能性的物聯(lián)網(wǎng)世界——如果你將數(shù)據(jù)帶到云端，你可以構(gòu)建新的功能，”查明斯說(shuō)。

他說(shuō)，管理人員必須為機(jī)遇和限制做好準(zhǔn)備，才能在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中取得成功。他警告說(shuō)，他們必須意識(shí)到他們可能會(huì)在等式的任何一方失敗，并推薦早期創(chuàng)新研討會(huì)，將系統(tǒng)架構(gòu)師與其他團(tuán)隊(duì)成員聚集在一起來(lái)整理選擇。

容器來(lái)了

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟內(nèi) OpenFog 聯(lián)盟的首席技術(shù)官查克·拜爾斯 (Chuck Byers) 表示，除了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)之外，當(dāng)今影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展演變的主要趨勢(shì)還包括敏捷方法和開(kāi)源軟件。 

他指出，敏捷方法將復(fù)雜的程序提煉成可管理的代碼塊，而開(kāi)源軟件可以加速設(shè)計(jì)——提供與一般定義的協(xié)議棧相關(guān)的 API 和庫(kù)。

還有嵌入式參考架構(gòu)，例如 Byers 在 Cisco 期間幫助打造的 Fog 和 Edge 計(jì)算架構(gòu)，以及作為 OpenFog Consortium 的一部分。 

Byers 看到了影響物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)的云架構(gòu)趨勢(shì)。其中最主要的是微服務(wù)和基于容器的技術(shù)，它們將代碼片段與可以在云中、邊緣、智能傳感器或其他任何地方運(yùn)行的資源集結(jié)合起來(lái)。

“云正在迅速轉(zhuǎn)向基于容器的工作負(fù)載。這些允許開(kāi)發(fā)人員將代碼從云端移植到安全攝像頭、無(wú)人機(jī)——邊緣的不同節(jié)點(diǎn)，”他說(shuō)。他繼續(xù)說(shuō)，這些工作負(fù)載可以即時(shí)啟動(dòng)，并在短短 1 秒內(nèi)部署到互聯(lián)網(wǎng)上的任何地方。 

這種技術(shù)很可能代表嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的下一步。

像 1995 年那樣編程？ 

根據(jù) Moor Insights and Strategy 物聯(lián)網(wǎng)分析師、Tread Group創(chuàng)始人 Bill Curtis 的說(shuō)法，隨著時(shí)間的推移，人們將看到轉(zhuǎn)向能夠降低物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)整體復(fù)雜性的平臺(tái)，該組織追求基于低功耗互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。 （基于 IP 的）計(jì)算。

“今天，我們?nèi)匀幌?1995 年一樣為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)軟件。我們的內(nèi)存占用很小，設(shè)備非常有限，人們?nèi)栽诰帉?xiě)低級(jí) C 和匯編代碼，”他說(shuō)。“此外，如果沒(méi)有真正的平臺(tái)，您將無(wú)法獲得安全性。”

這些平臺(tái)涵蓋從邊緣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到云數(shù)據(jù)中心的開(kāi)發(fā)，Curtis 說(shuō)，這些平臺(tái)將成為標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，允許開(kāi)發(fā)經(jīng)理“將他們的云編程模型轉(zhuǎn)移到物聯(lián)網(wǎng)世界。

“這意味著在云上工作的相同開(kāi)發(fā)人員可以每天在物聯(lián)網(wǎng)上工作，而無(wú)需更改工具，”他繼續(xù)說(shuō)道。 

計(jì)算這種變化發(fā)生的速度是困難的部分。在這一點(diǎn)上，行業(yè)資深人士柯蒂斯補(bǔ)充了一句哲理的話。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的巨大變化可能不會(huì)來(lái)得太早，但也可能不會(huì)太晚。

“人們總是傾向于高估兩三年內(nèi)的技術(shù)變化，但他們低估了 10 年內(nèi)發(fā)生的事情，”他說(shuō)，并轉(zhuǎn)述了微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨的話說(shuō)。

星創(chuàng)易聯(lián)向客戶(hù)提供安全穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端、工業(yè)路由器、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)等無(wú)線通信產(chǎn)品；并結(jié)合客戶(hù)實(shí)際應(yīng)用行業(yè)提供連同傳感器、采集、通信、云平臺(tái)為一體的整體解決方案。