每個(gè)人都曾與那位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師或技術(shù)人員中的終身成員進(jìn)行過(guò)交談，他們說(shuō)：“物聯(lián)網(wǎng)并不是什么新鮮事。我已經(jīng)這樣做了 ［插入幾十年］，我們只是將其稱(chēng)為 ［插入連接的嵌入式/M2M/其他暗示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的術(shù)語(yǔ)］。” 讓人翻白眼。這是錯(cuò)誤的。

正如我們所知，物聯(lián)網(wǎng)重新定義了嵌入式系統(tǒng)工程。它開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)時(shí)代，即期望相同的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)同時(shí)提供更快的上市時(shí)間和更長(zhǎng)的生命周期支持。它迫使組織放棄傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作流程和組織結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而支持可以支持這些期望的敏捷實(shí)踐和 DevOps。

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施支持的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的爆炸式增長(zhǎng)只會(huì)加速這些轉(zhuǎn)變。

物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目推動(dòng)的對(duì)設(shè)計(jì)速度和靈活性的日益重視也重新激發(fā)了對(duì)硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案的需求。從概念上講，只要芯片制造商一直在定義和實(shí)施指令集架構(gòu)，硬件-軟件協(xié)同設(shè)計(jì)就已經(jīng)成為電子產(chǎn)品的一部分。直到現(xiàn)在，它才通過(guò) Arm Total Solutions for IoT 等產(chǎn)品發(fā)展到系統(tǒng)級(jí)，這些產(chǎn)品支持加速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、復(fù)雜的 AI 模型創(chuàng)建和全面的 IoT 技術(shù)堆棧。

在通往完全虛擬開(kāi)發(fā)體驗(yàn)的道路上

要了解 Arm 的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案路線(xiàn)圖的發(fā)展方向，您必須考慮我們從哪里開(kāi)始。

如前所述，硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)原則已經(jīng)存在了幾十年。然而，由于使用的硬件解決方案的數(shù)量和多樣性，它們?cè)谇度胧胶臀锫?lián)網(wǎng)領(lǐng)域基本上沒(méi)有成功。為構(gòu)建相對(duì)簡(jiǎn)單的嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標(biāo)，需要大規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴關(guān)系和充滿(mǎn)模型的數(shù)據(jù)中心才能有效。即使這些資源在某種通用虛擬模型庫(kù)中合并，當(dāng)需要虛擬硬件目標(biāo)的異構(gòu)分布時(shí)，首次引入物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)的大量云原生開(kāi)發(fā)人員也將完全消失的整合。

在 2021 年 DevSummit 上，Arm 推出了物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，這是一個(gè)工具和 IP 生態(tài)系統(tǒng)，旨在減少物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的進(jìn)入壁壘。全面解決方案堆棧迭代的核心圍繞著 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 和其他系統(tǒng)和安全 IP 的 Arm 虛擬硬件 （AVH） 模型，這些 IP 在硅可用之前支持軟件構(gòu)建和測(cè)試。

物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案還引入了一個(gè)基于上述內(nèi)核的預(yù)集成、預(yù)驗(yàn)證和預(yù)驗(yàn)證 IP 子系統(tǒng)，稱(chēng)為 Corstone-300。雖然表面上 Corstone-300 是端點(diǎn) AI 設(shè)計(jì)的示例子系統(tǒng)，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：

將基于 RTOS 的設(shè)備鏈接到云的項(xiàng)目 Centauri API

現(xiàn)成的關(guān)鍵詞識(shí)別機(jī)器學(xué)習(xí)模型

特定于應(yīng)用程序的參考代碼

應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員第一次可以訪(fǎng)問(wèn)端到端的無(wú)硅環(huán)境，Arm 估計(jì)這將使開(kāi)發(fā)生命周期縮短數(shù)年。

再往前走

當(dāng) Arm 首次推出 AVH 時(shí)，任何地方都沒(méi)有任何基于 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 或 Corstone-300 子系統(tǒng)的生產(chǎn)芯片。軟件開(kāi)發(fā)人員對(duì) IP 的唯一訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限是通過(guò) AWS Marketplace 上基于云的虛擬機(jī)中托管的新創(chuàng)建的 AVH 模型。

雖然它只是一個(gè)小的 IP 集合，但它為 Arm 擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的整體解決方案奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為云原生開(kāi)發(fā)人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應(yīng)用程序工程師提供了足夠的靈活性來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的特定設(shè)計(jì)目標(biāo)。這在今年春天全面解決方案組合的擴(kuò)展中得到了證明。

新的和改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)整體解決方案現(xiàn)在包括七個(gè)額外的虛擬 CPU 模型，涵蓋 Cortex-M0 到 Cortex-M33 系列。它還添加了新的 Cortex-M85 CPU 內(nèi)核的虛擬版本，與次快的 Cortex-M 級(jí)設(shè)備相比，它的性能提高了 30%。

隨著這些現(xiàn)在成為 AVH 環(huán)境的一部分，還發(fā)布了兩個(gè)新的 Corstone IP 子系統(tǒng)。與 Corstone-300 類(lèi)似，Corstone-310 將 Cortex-M55 CPU 內(nèi)核換成了新的 -M85 內(nèi)核，同時(shí)仍支持可選的 Ethos-U55 NPU。這使其成為智能揚(yáng)聲器、智能恒溫器和無(wú)人機(jī)等語(yǔ)音識(shí)別設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的起點(diǎn)。

圖 1. Arm Corstone 系列集成 IP 子系統(tǒng)包含為最終用例（如語(yǔ)音識(shí)別、云原生邊緣設(shè)備和關(guān)鍵字定位）開(kāi)發(fā) SoC 所需的所有構(gòu)建塊。

在 Corstone-1000 子系統(tǒng)中可以找到更多突破性的進(jìn)步，該子系統(tǒng)旨在作為云原生邊緣設(shè)備的參考。它基于 Cortex-A53 應(yīng)用處理器、Cortex-M CPU 和安全飛地，并具有足夠的性能來(lái)支持 Linux 等豐富的操作系統(tǒng)。其集成的安全功能也非常強(qiáng)大，Arm 已將 IP 子系統(tǒng)預(yù)認(rèn)證為開(kāi)箱即用的 PSA 2 級(jí)。

但是，至少對(duì)于那些對(duì)特定硬件功能感興趣的人來(lái)說(shuō)，AVH 產(chǎn)品組合最重要的增強(qiáng)之一來(lái)自于擴(kuò)展而不是擴(kuò)展。這是通過(guò)在 AVH 庫(kù)中包含 Raspberry Pi 和 NXP 以及 STMicroelectronics 開(kāi)發(fā)套件的虛擬模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

來(lái)自 Arm 芯片合作伙伴的其他板的虛擬模型預(yù)計(jì)將很快添加到 AVH。所有這些虛擬硬件——從處理器和安全 IP 到 Corstone 子系統(tǒng)再到開(kāi)發(fā)工具包目標(biāo)——都可以在 AWS Marketplace 上免費(fèi)獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關(guān)

當(dāng)然，僅靠 AVH 是不夠的。為了使軟件工程師能夠進(jìn)行持續(xù)集成和交付工作，AVH 模型必須與他們每天使用的自動(dòng)化和開(kāi)發(fā)工具兼容。

作為今年全面解決方案更新的一部分，Arm 添加了與 Keil Studio IDE、Jenkins 自動(dòng)化服務(wù)器和 Github 的集成，以便直接訪(fǎng)問(wèn)代碼存儲(chǔ)庫(kù)。使用 AVH 的程序員還可以利用對(duì) Project Centauri 的改進(jìn)，使其成為真正的軟件重用和編程框架。其中包括對(duì) CMSIS 硬件抽象層功能（如 Open-CMSIS-CDI 和 Open-CMSIS-Pack）的擴(kuò)展支持，它們分別有助于為微控制器定義通用接口并提高軟件可管理性。Open IoT-SDK 是 Open-CMSIS-CDI 的參考實(shí)現(xiàn)，也是 Centauri 項(xiàng)目的一部分，它提供了示例應(yīng)用程序，有助于快速跟蹤語(yǔ)音和關(guān)鍵字識(shí)別解決方案的開(kāi)發(fā)。

“如果您考慮當(dāng)今為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)軟件的方式，它與硬件的耦合非常緊密，每次添加新硬件時(shí)，您都必須重新開(kāi)始并移植您的軟件，”Mohamed Awad 說(shuō)， Arm 的物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式副總裁。“投資回報(bào)率幾乎沒(méi)有那么高，因?yàn)槊看螌④浖帉?xiě)到較少數(shù)量的設(shè)備時(shí)都會(huì)受到限制。

“通過(guò)將 Arm 虛擬硬件集成到他們的產(chǎn)品中，它自然而然地成為了軟件設(shè)計(jì)的一部分，”他繼續(xù)說(shuō)道。“關(guān)鍵是我們要去開(kāi)發(fā)者所在的地方。”

越來(lái)越多的“開(kāi)發(fā)人員所在的地方”似乎是跳線(xiàn)和電纜不在工作站旁邊的任何地方。這讓人很難想知道這是否預(yù)示著一個(gè)不遠(yuǎn)的未來(lái)，過(guò)去典型的嵌入式工程生命周期的整個(gè)階段將不復(fù)存在。

如果這個(gè)未來(lái)成為現(xiàn)實(shí)，只要保證你不會(huì)告訴同事你記得硬件-軟件協(xié)同設(shè)計(jì)被稱(chēng)為嵌入式工程的時(shí)候。

審核編輯：郭婷