正如我們所知，物聯網重新定義了嵌入式系統工程。它開創了一個時代，在這個時代，相同的產品開發團隊可以同時獲得更快的上市時間和更長的生命周期支持。它迫使組織放棄傳統的開發工作流程和組織結構，轉而采用能夠支持這些期望的敏捷實踐和DevOps。

由物聯網基礎設施推動的人工智能和機器學習技術的爆炸式增長只會加速這些轉變。

物聯網項目對設計速度和靈活性的日益重視也重新增加了對硬件/軟件協同設計解決方案的需求。從概念上講，只要芯片制造商一直在定義和實現指令集架構，硬件-軟件協同設計就一直是電子產品的一部分。直到現在，它才通過 Arm 整體物聯網解決方案等產品發展到系統級，這些產品支持加速應用程序開發、復雜的 AI 模型創建和全面的物聯網技術堆棧。

邁向完全虛擬的開發體驗

要了解 Arm 的物聯網整體解決方案路線圖的發展方向，您必須考慮我們從哪里開始。

如前所述，硬件/軟件協同設計原則已經存在了幾十年。然而，由于使用的硬件解決方案的數量和多樣性，它們在嵌入式和物聯網領域基本上不成功。為構建相對簡單的嵌入式或物聯網設備所需的所有組件創建虛擬目標，也需要大規模的生態系統合作伙伴關系和充滿模型的數據中心才能有效。即使這些資源合并到某種通用的虛擬模型庫中，當面對需要集成的虛擬硬件目標的異構分布時，首次引入物聯網邊緣系統的云原生開發人員軍團也將完全丟失。

在 2021 年開發者峰會上，Arm 推出了物聯網整體解決方案，這是一個由工具和 IP 組成的生態系統，旨在減少物聯網開發的進入壁壘。整體解決方案堆棧迭代的核心圍繞著Cortex-M55 CPU，Ethos-U55 microNPU以及其他系統和安全IP的Arm虛擬硬件（AVH）模型，這些IP在芯片可用之前支持軟件構建和測試。

物聯網整體解決方案還引入了一個基于上述內核的預集成、預驗證和預驗證的 IP 子系統，稱為 Corstone-300。雖然從表面上看，Corstone-300是端點AI設計的示例子系統，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：

將基于RTOS的設備鏈接到云的Centauri API項目

現成的關鍵字識別機器學習模型

特定于應用的參考代碼

應用程序開發人員首次能夠訪問端到端的無硅環境，Arm 估計該環境將使開發生命周期縮短數年。

再往前走

當Arm首次推出AVH時，沒有任何基于Cortex-M55 CPU，Ethos-U55 microNPU或Corstone-300子系統的生產芯片。軟件開發人員對 IP 的唯一訪問是通過托管在 AWS Marketplace 上基于云的虛擬機中的新創建的 AVH 模型。

雖然它是一個很小的IP集合，但它為Arm擴展物聯網生態系統的整體解決方案奠定了基礎，同時為云原生開發人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應用程序工程師提供了足夠的靈活性來實現他們的特定設計目標。今年春天整體解決方案組合的擴展證明了這一點。

新的和改進的物聯網生態系統整體解決方案現在包括七個額外的虛擬CPU模型，涵蓋Cortex-M0到Cortex-M33系列。它還增加了新Cortex-M85 CPU內核的虛擬版本，該內核的性能比第二快的Cortex-M級設備提高了30%。

由于這些現在成為AVH環境的一部分，還發布了兩個新的Corstone IP子系統。與Corstone-300類似，Corstone-310將Cortex-M55 CPU內核換成新的-M85內核，同時仍然支持可選的Ethos-U55 NPU。這使其成為智能揚聲器、智能恒溫器和無人機等語音識別設計的絕佳起點。

圖1.Arm Corstone 系列集成 IP 子系統包含為語音識別、云原生邊緣設備和關鍵字發現等最終用例開發 SoC 所需的所有構建模塊。

在Corstone-1000子系統中可以找到更多突破性的進步，該子系統旨在作為云原生邊緣設備的參考。它基于 Cortex-A53 應用處理器、Cortex-M CPU 和安全飛地，并具有足夠的性能來支持 Linux 等豐富的操作系統。其集成的安全功能也非常強大，以至于 Arm 已將 IP 子系統預認證為開箱即用的 PSA 2 級。

但是，至少對于那些對特定硬件功能感興趣的人而言，AVH產品組合最重要的增強功能之一來自縱向擴展而不是橫向擴展。這是通過在AVH庫中包含Raspberry Pi和NXP以及STMicroelectronics開發套件的虛擬模型來實現的。

來自 Arm 芯片合作伙伴的其他電路板的虛擬模型預計將很快添加到 AVH 中。所有這些虛擬硬件 - 從處理器和安全 IP 到 Corstone 子系統再到開發套件目標 - 都可以在 AWS Marketplace 上免費獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關

當然，AVH本身是不夠的。為了增強軟件工程師的持續集成和交付工作的能力，AVH 模型必須與他們日常使用的自動化和開發工具兼容。

作為今年整體解決方案更新的一部分，Arm 增加了與 Keil Studio IDE、Jenkins 自動化服務器和 Github 的集成，以便直接訪問代碼存儲庫。使用AVH的程序員還可以利用對Project Centauri的改進，使其成為真正的軟件重用和編程框架。其中包括對CMSIS硬件抽象層功能的擴展支持，如Open-CMSIS-CDI和Open-CMSIS-Pack，這些功能分別有助于定義微控制器的通用接口并提高軟件可管理性。Open IoT-SDK是Open-CMSIS-CDI的參考實現，也是Project Centauri的一部分，它帶來了示例應用程序，例如幫助快速跟蹤語音和關鍵字識別解決方案的開發。

“如果你考慮一下今天為物聯網開發軟件的方式，它與硬件非常緊密地耦合，每次你添加新的硬件時，你都必須重新開始并移植你的軟件，”物聯網副總裁Mohamed Awad說。 “投資回報率并沒有那么高，因為每次將軟件寫入較少數量的設備時，您都會受到限制。

“通過將 Arm 虛擬硬件集成到他們的產品中，它成為軟件設計的自然組成部分，”他繼續說道。“關鍵是我們要去開發人員所在的地方。

越來越多的人認為，“開發人員所在的地方”是跳線和電纜不在工作站旁邊的任何地方。這使得人們很難懷疑這是否預示著一個不太遙遠的未來，在這個未來，過去典型的嵌入式工程生命周期的整個階段將不復存在。

如果這個未來成為現實，只要保證你不會告訴同事你還記得硬件-軟件協同設計被稱為嵌入式工程的時候。

審核編輯：郭婷