物聯網的第一波云輔助應用程序已經證明了這一概念的價值以及高級協作處理可以帶來的不同。這些應用程序可以更輕松地檢測設備網絡中的模式，并發現需要注意的問題。通過這樣做，他們正在減少管理成本和停機時間，并改善用戶服務。

數據中心的低成本計算使得將物聯網和網絡物理系統所需的大部分處理卸載到云中似乎很有吸引力，但這些基本成本考慮因素很容易被許多實際考慮因素所抵消。物聯網應用中一個主要的、通常是隱藏的成本可能是安裝成本，特別是對于需要放置在難以訪問的位置的傳感器節點。這給嵌入式設備的設計帶來了許多限制。

很多時候，它需要盡可能緊湊。另一個考慮因素是能耗。可能沒有辦法提供主電源。相反，系統需要可能在其多年的整個生命周期內運行存儲在主電池中的電荷。從嵌入式設計的角度來看，這兩個因素往往表明使用基于SoC的解決方案是最可行的方法。這會將節點的幾乎所有功能放入單個包中。使用 SoC 實現可最大限度地減少子系統相互通信所需的電能。此外，這些模塊可以設計為以最小化系統級功耗的方式進行協作。

通信帶寬是另一個限制因素。在偏遠地區，可能需要高RF功率水平來確保數據能夠可靠地到達網關。這迫使設計人員不僅要選擇高效率的協議，還要考慮節點應該傳輸多少數據。在許多情況下，節點接收到的傳感器數據將指示正常運行。沒有必要繼續將報告此情況的數據發送到云端，這樣做可以在早期階段耗盡電池電量。

重要的是檢測并報告性能的重大變化。在許多情況下，這些條件不是由一個變量的突然偏移來表示，而是由多種因素的組合來表示。這就是更高級的處理發揮作用的地方。但是，可以將此分析轉移到物聯網節點，同時仔細注意平衡所需的計算資源及其對整體功耗的影響。在具有協處理支持的設備上運行的簡化軟件使得無需遠程服務器參與即可執行大部分分析。將處理轉移到邊緣的另一個優點是，如果核心網絡連接發生故障或遭受擁塞，物聯網節點可以自主地對問題做出反應。

每當節點認為更改足夠重要以通知網關或服務器時，它可以包括長期行為的指示，以幫助更新可能在本地網關或遠程服務器中使用的機器學習算法。向需要發送的數據包添加少量額外數據的增量成本遠低于在數據可用時立即在其自己的數據包中發送數據。這只是許多重要的系統級決策之一，這些決策將對邊緣設備設計的功效產生連鎖反應。需要采取許多此類決定。這就是利用參與過許多邊緣設備設計的人員的專業知識的能力非常重要的地方。

盡管 SoC 通常是邊緣節點的正確選擇，但問題是應該如何獲取它。它不必是現成的部分。事實上，在許多情況下，采用現成的SoC并不能滿足最終應用的要求，特別是當考慮超出純功能的因素時。

當今設計人員面臨的一個關鍵問題是，特別是當他們使用現成的SoC來構成設計的核心時，解決方案可以相對容易地進行逆向工程。由于制造商需要使SoC適合最廣泛的開發人員選擇，因此他們的寄存器映射和指令集很容易獲得。使用現成的設備的另一個方面是，制造商需要專注于當前一代的工藝節點，以便從SoC處理器內核開發過程中產生的NRE中獲利，因此沒有探索與較新但仍然功能強大的工藝幾何形狀相關的較低成本。即使存儲在芯片上的重要程序代碼是加密的，并且僅在執行前立即解壓縮，通常也可以使用標準調試端口來跟蹤程序行為并提取存儲在其中的軟件。另一種方法是考慮將設計基于自定義 SoC。它提供了使用硬件擴展的機會，這將使對解決方案進行逆向工程變得更加困難。此外，定制設計可以利用防篡改技術，這使得提取內部固件或確定設備如何運行以及哪些適合應用變得極其困難。

對于現成 SoC 的用戶來說，還有另一個問題。即使設計完成并且系統正在交付，計劃也很容易被SoC供應商破壞，他們決定終止對實現的支持并使部件過時。要解決這個問題，就需要在報廢批量購買中鎖定重要資本，冒著追逐灰色市場供應的風險，或者將潛在昂貴的端口移植到不同的SoC，這些SoC可能沒有正確的功能組合，或者因為它包含大量不必要的內核和接口而證明體積更昂貴。

自定義 SoC 為用戶提供了對電源的控制。代工廠很少停止使用工藝節點，尤其是現在用于物聯網項目的成熟且資源充足的節點。這些資源包括對模擬、數字和RF電路的廣泛支持，以支持I/O的集成，從而最大限度地減少最終部件的尺寸和成本。

通過定制 SoC，設計團隊可以選擇軟件友好的硬件接口，而不是依賴于可能專注于不同應用的工程師做出的設計決策。高效的軟硬件接口不僅縮短了上市時間，還提高了整體系統的可維護性。這可以通過開發一個SoC來實現，該SoC具有精心規劃的內存和寄存器映射，并提前與軟件開發人員一起審查。

此外，在物聯網邊緣設備中，能耗通常高度依賴于軟件與硬件級事件的交互方式。軟件開發人員可以為外圍設備的管理提供有價值的輸入，從而幫助減少功耗。在休眠模式下管理外設的狀態機可以不強制 RTOS 頻繁輪詢數據，從而大大提高軟件效率。智能外設能夠在處理器內核休眠時使用直接內存訪問（DMA）等技術攔截I / O并臨時存儲它，從而提高物聯網節點的能效。如果輸入超過閾值，狀態機可以發現該閾值并喚醒處理器，以便它可以分析條件。

減少軟件開銷的更高級的處理可以包括在硬件中實現加密操作。這不僅降低了加密和解密的能耗，這對物聯網安全來說越來越重要。它降低了設計受到損害的風險。使用專用硬件，可以更直接地設計針對側信道攻擊和類似問題的對策。其他用于分析數據的協處理器可以與軟件團隊一起設計，以確保以最佳設計方式實施節省功耗、時間和成本的操作。

例如，S3 半導體通過建立一種平臺方法來為 IoT/IioT 邊緣應用設計 SoC，從而進一步推動了自定義 SoC 開發。“Smart Edge”平臺將構建模塊組件集成在一起，以提供高度優化的單芯片定制 SoC.使用特定的模擬前端 （AFE） IP 模塊可輕松適應不同的傳感器，這些 IP 模塊在給定任務下非常高效，可確保系統設計人員能夠最大限度地提高每個傳感器元件的性能。

這項工作的結果是 SoC 針對物聯網節點或系統供應商在多個層面（功能、安全性、成本和能效）的需求進行了優化。SoC實施專家的支持可以就工藝、系統架構、電路設計和軟件基礎設施考慮因素提供建議，這將確保項目的成功。

審核編輯：郭婷