機(jī)器對(duì)機(jī)器 （M2M） 操作或任何一般的智能設(shè)備的特點(diǎn)是可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接訪問(wèn)的設(shè)備。隨著最近無(wú)線能力和覆蓋范圍的增加——蜂窩、無(wú)線 LAN 和近場(chǎng)通信 （NFC）——以及硬件和連接成本的迅速降低，可以連接的機(jī)器數(shù)量正在顯著增加。這些機(jī)器組成了一系列設(shè)備，從房主可以通過(guò)任何帶有 Web 瀏覽器的設(shè)備訪問(wèn)的智能恒溫器，到自動(dòng)向公用事業(yè)公司報(bào)告燃?xì)馐褂们闆r的智能燃?xì)獗恚俚阶詣?dòng)流式傳輸?shù)闹悄芟嗫虻认M(fèi)設(shè)備存儲(chǔ)在網(wǎng)站上的圖片到相框。

當(dāng)前的 M2M 功能實(shí)際上與任何其他計(jì)算機(jī)操作相同；設(shè)備使用 Web 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通常來(lái)自云服務(wù)或后端服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在這些服務(wù)器上，然后由操作員使用通用 Web 瀏覽器查看。移動(dòng)應(yīng)用程序允許從智能手機(jī)或平板電腦訪問(wèn)和傳輸數(shù)據(jù)或命令到智能設(shè)備，云服務(wù)或后端服務(wù)器在這些操作中充當(dāng)控制點(diǎn)。

設(shè)計(jì)人員在實(shí)施 M2M 功能時(shí)面臨更多挑戰(zhàn)。可靠網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性影響了設(shè)備功能的可信度。增強(qiáng)安全性、可靠性和效率的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐被添加到設(shè)備設(shè)計(jì)要求中。

M2M 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

通過(guò)將他們的任務(wù)和職責(zé)與幾年前嵌入式系統(tǒng)工程師所需的任務(wù)和職責(zé)進(jìn)行比較，可以說(shuō)明今天 M2M 設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。要構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，工程師會(huì)選擇所需的傳感器、執(zhí)行器、鍵盤，可能還有字符顯示器；將它們連接到連接到微處理器的 I/O 端口；并通過(guò)匯編和/或 C 程序的某種組合運(yùn)行一切。他們通常借助允許斷點(diǎn)和單步操作進(jìn)行調(diào)試的在線仿真器和軟件。如果該設(shè)備連接到任何外部設(shè)備，則很可能是通過(guò) RS-232 而不是網(wǎng)絡(luò)。沒(méi)有真正需要了解文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用戶和組權(quán)限或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性。這些細(xì)節(jié)是 IT 部門的領(lǐng)域。

相比之下，M2M 設(shè)計(jì)人員必須彌合數(shù)字/模擬/軟件工程師和 IT 網(wǎng)絡(luò)工程師之間的差距。他們必須能夠在 shell 的命令行上自如地工作。由于 M2M 系統(tǒng)包含運(yùn)行現(xiàn)代操作系統(tǒng) （OS） 的嵌入式處理器和網(wǎng)絡(luò)堆棧，因此 M2M 設(shè)計(jì)人員必須獲取或構(gòu)建和修補(bǔ)內(nèi)核，獲取或編寫可識(shí)別的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并設(shè)置大量啟動(dòng)和配置腳本。他們還必須添加代碼來(lái)讀取傳感器或?qū)懭霊?yīng)用程序所需的執(zhí)行器。

M2M 設(shè)計(jì)過(guò)程的另一個(gè)步驟是在設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)中掉線或使用不同的 IP 地址重新聯(lián)機(jī)時(shí)連接并準(zhǔn)備好響應(yīng)。在具有域名系統(tǒng) （DNS） 的 LAN 上的 Wi-Fi 或藍(lán)牙的情況下，這可以由操作系統(tǒng)自動(dòng)處理，但當(dāng)使用 RF 或蜂窩調(diào)制解調(diào)器連接到 Internet 時(shí)，將需要干預(yù)和特定的命令知識(shí)。電源管理不容忽視。如果沒(méi)有為應(yīng)用程序正確設(shè)置，操作系統(tǒng)可能會(huì)使重要功能自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)或浪費(fèi)寶貴的電池電量。文件權(quán)限和其他安全措施通常不是本地嵌入式系統(tǒng)關(guān)心的問(wèn)題，但 M2M 設(shè)計(jì)人員最好小心。

在完成設(shè)備設(shè)計(jì)之前，M2M 工程師必須獲得并很可能設(shè)置系統(tǒng)連接的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)表的工作知識(shí)。如果 M2M 設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，那么他們的工具包中應(yīng)該至少具備 CSS、HTML、PHP 和 Java 的工作知識(shí)。

M2M 設(shè)計(jì)師的一個(gè)理想特質(zhì)是能夠不受快速變化的影響。手機(jī)和平板電腦的消費(fèi)市場(chǎng)正在推動(dòng) M2M 行業(yè)，設(shè)計(jì)師可能需要數(shù)周或數(shù)月才能熟悉的硬件和工具可能會(huì)在一年內(nèi)更新或更改。好消息是，通過(guò)適當(dāng)?shù)囊?guī)劃和謹(jǐn)慎，設(shè)計(jì)師在連接設(shè)備中投入的所有工作都將在未來(lái)轉(zhuǎn)化為更新、更快、更便宜的平臺(tái)。

軟件框架滿足 M2M 連接需求

M2M 開(kāi)發(fā)工具變得更加用戶友好，并且可以在線獲得強(qiáng)大的個(gè)人和企業(yè)支持社區(qū)。OpenEmbedded 軟件框架和Yocto 項(xiàng)目支持 Linux 用戶的一系列硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并提供管理內(nèi)核和文件系統(tǒng)工作的方法。許多工程師已經(jīng)熟悉 Microsoft 的.NET Compact Framework及其功能。此外，一些調(diào)制解調(diào)器制造商將強(qiáng)大的處理器嵌入到他們的產(chǎn)品中，使緊湊型 COTS M2M 系統(tǒng)成為可能。

Galixsys Networks 提供適用于 Linux 或 Android 平臺(tái)的軟件框架，該平臺(tái)使用通用網(wǎng)關(guān)接口 （CGI） 協(xié)議，該協(xié)議專為滿足使用連接設(shè)備的開(kāi)發(fā)人員的需求而設(shè)計(jì)。Andromeda 框架（參見(jiàn)圖 1 中的框圖）利用標(biāo)準(zhǔn) HTTP 數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)即時(shí) M2M 通信能力和唯一設(shè)備識(shí)別。通過(guò)命令和數(shù)據(jù)有效負(fù)載結(jié)構(gòu)，設(shè)備以自然二進(jìn)制進(jìn)行通信，無(wú)需標(biāo)記語(yǔ)言。通過(guò)對(duì) Web 進(jìn)行近乎實(shí)時(shí)的控制，這可以提高安全性并減少帶寬。

圖 1：新的命令和數(shù)據(jù)服務(wù)層將典型的客戶端服務(wù)器模型轉(zhuǎn)換為 M2M 配置。

雖然 M2M 開(kāi)發(fā)人員可以輕松編寫自己的服務(wù)例程并通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)調(diào)用從程序中訪問(wèn)它們，但 Andromeda 提供了一系列服務(wù)，例如在設(shè)備和服務(wù)器之間接收、發(fā)送和刪除文件。頁(yè)面服務(wù)器命令指示服務(wù)器進(jìn)行服務(wù)調(diào)用。直接向 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)使開(kāi)發(fā)人員和 M2M 設(shè)備能夠快速上網(wǎng)。

互聯(lián)世界不再到來(lái)；它已經(jīng)在這里多年了。每天都有成千上萬(wàn)的新設(shè)備、手機(jī)和平板電腦連接到互聯(lián)網(wǎng)。在全球范圍內(nèi)，幾乎每個(gè)可以想象的行業(yè)都有等待開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，以提高它們的效率。如何管理所有這些設(shè)備以及它們?nèi)绾斡行У厥褂?Web 資源是 M2M 開(kāi)發(fā)人員面臨的真正挑戰(zhàn)。

作者：Steve Jahnke，Richard Jahnke

審核編輯：郭婷