全球嵌入式技(jì)術(shù)和物(wù)聯網發展趨勢

回顧已經過去的2016年(nián)，嵌入式技(jì)術(shù)和物(wù)聯網發展迅速，嵌入式技(jì)術(shù)在鞏固傳統應用的基礎上(shàng)，探索新興市(shì)場， 物(wù)聯網（IoT）是其中最具有廣泛性的應用市(shì)場。在以創新推動的新技(jì)術(shù)革命中，物(wù)聯網無疑将帶給産業(yè)更大的變革性與破壞性，它使我們能(néng)夠将數字世界與物(wù)理世界緊密連接，對企業(yè)接觸客戶的方式，創造新的服務帶來深遠(yuǎn)的影響。2017年(nián)已經到(dào)來，作為(wèi)國(guó)内唯一(yī)關注嵌入式領域的專業(yè)展-深圳國(guó)際嵌入式系統展，特邀業(yè)界資深專家何小(xiǎo)慶老師(shī)，就(jiù)嵌入式和物(wù)聯網技(jì)術(shù)将是一(yī)個(gè)怎樣的發展趨勢，做一(yī)個(gè)簡要的分析和總結。

第一(yī)：并購對嵌入式處理器(qì)發展産生(shēng)深遠(yuǎn)影響

過去一(yī)年(nián)和未來一(yī)段時間，芯片供應商仍然渴望通(tōng)過并購削減成本進一(yī)步增加利潤。芯片供應商需要在當前産品上(shàng)留出足夠的利潤為(wèi)下(xià)一(yī)代産品研發提供資金，并且随著(zhe)成本的增加，他們需要找出如何提高(gāo)回報(bào)率的方法。最近我們看(kàn)到(dào)的這些并購包括Quallcomm 與NXP、Microchip與Atmel和Renesas和Intersil，這些并購需要1-2年(nián)的時間的整合和消化，所以從(cóng)短期看(kàn)并購會(huì)影響嵌入式處理器(qì)技(jì)術(shù)和市(shì)場的發展，但是從(cóng)長(cháng)遠(yuǎn)看(kàn)并購将有益于物(wù)聯網技(jì)術(shù)和系統的推廣和普及。因為(wèi)物(wù)聯網應用要求處理器(qì)設計要提供面向最終用戶和應用程序的解決方案，物(wù)聯網應用的芯片設計強調功率效率，安全性，開(kāi)發工(gōng)具易用型和成本降低(dī)，這些都需要芯片供應商在研發上(shàng)投入資金，研發出集成度更好、軟件(jiàn)支撐更好的嵌入式處理器(qì)（包括微控制器(qì)）解決方案，相(xiàng)信在2018年(nián)業(yè)界可以看(kàn)到(dào)更多(duō)創新性的嵌入式物(wù)聯網芯片解決方案。

并購将引導嵌入式處理器(qì)向物(wù)聯網應用垂直市(shì)場發展，芯片市(shì)場領導者将他們的重點轉向高(gāo)增長(cháng)的市(shì)場機(jī)會(huì)，比如汽車輔助駕駛（ADAS）、自(zì)動駕駛、機(jī)器(qì)視覺、人工(gōng)智能(néng)（AI）和5G。針對這些垂直市(shì)場，領先的芯片供應商也已經采取收購戰略，比如最近三星收購哈曼進入汽車市(shì)場、Intel收購Movidius 打入機(jī)器(qì)視覺市(shì)場，Movidius 是一(yī)家創業(yè)公司，機(jī)器(qì)視覺芯片已經應用在大疆無人機(jī)和谷歌(gē)Tango AR 手機(jī)上(shàng)，熾手可熱。雖然這些垂直市(shì)場規模目前還(hái)很小(xiǎo)，但是未來有極大的商業(yè)機(jī)會(huì)，芯片公司不願意放(fàng)棄這些機(jī)會(huì)，芯片更是在垂直市(shì)場的并購還(hái)将會(huì)持續下(xià)去。

物(wù)聯網将側重于低(dī)成本，低(dī)功耗和功率效率， 現有嵌入式處理器(qì)和微控制器(qì)（MCU）産品的性能(néng)足以滿足大多(duō)數物(wù)聯網應用。大多(duō)數嵌入式應用不需要最高(gāo)的性能(néng)，他們需要最佳的功率效率和最低(dī)的功耗。領先的嵌入式處理器(qì)供應商将繼續針對目标應用，提供最佳集成度和功率效率，并具有合适的尺寸芯片産品。

曾經借助8位單片機(jī)成功上(shàng)位的微控制器(qì)（MCU），經過多(duō)年(nián)的磨練，迎來物(wù)聯網發展浪潮。32位微控制器(qì)在低(dī)功耗和永遠(yuǎn)在線的物(wù)聯網系統中都将占據重要的版圖，針對物(wù)聯網市(shì)場的MCU發展勢頭不會(huì)降低(dī)，微控制器(qì)集成度越來越高(gāo)，軟件(jiàn)平台将越來越豐富，處理器(qì)與傳感器(qì)和雲端的結合将越來越緊密。

嵌入式處理器(qì)和微控制器(qì)是嵌入式和物(wù)聯網系統的核心部件(jiàn)，目前ARM是這個(gè)市(shì)場的領導者，基于ARM 處理器(qì)核的微控制器(qì)和處理器(qì)占據絕大多(duō)數嵌入式和物(wù)聯網市(shì)場份額， 随著(zhe)機(jī)器(qì)視覺、虛拟現實和人工(gōng)智能(néng)等創新技(jì)術(shù)的興起，GPU的作用和影響力越來越大，不容小(xiǎo)視。物(wù)聯網的普及帶動了低(dī)功耗計算(suàn)和無線網絡的發展，未來在這個(gè)領域将會(huì)出現全新的處理器(qì)技(jì)術(shù)和商業(yè)模式，人工(gōng)智能(néng)（AI）将計算(suàn)需要進一(yī)步提升，嵌入式邊緣計算(suàn)對于優化計算(suàn)能(néng)力，實時性的提高(gāo)發揮巨大的作用，亞馬遜的Alexa就(jiù)是一(yī)個(gè)例子，物(wù)聯網和人工(gōng)智能(néng)将推動新型處理器(qì)架構的研發和應用，開(kāi)源硬件(jiàn)（包括開(kāi)源芯片）将是一(yī)種發展趨勢。

第二：物(wù)聯網雲平台進入成熟期

雲計算(suàn)有三種方式：軟件(jiàn)即服務（SaaS），平台即服務（PaaS）和基礎設施即服務（IaaS）， 物(wù)聯網雲平台是雲計算(suàn)PaaS的一(yī)種應用。物(wù)聯網雲平台（IoT Platform）的架構如下(xià)圖1所示。物(wù)聯網設備（Device），通(tōng)過藍牙（Bluetooth） 和Zigbee無線通(tōng)信鏈路(lù)與設備網管（Device Gateway）或者智能(néng)手機(jī)通(tōng)信，然後再通(tōng)過WiFi和 4G/LTE 通(tōng)信網絡與物(wù)聯網雲平台連接，它借助公有雲IaaS的基礎雲服務，為(wèi)物(wù)聯網設備提供接入到(dào)運營管理全生(shēng)命周期服務的能(néng)力。

圖1 物(wù)聯網雲平台

目前國(guó)外知名的物(wù)聯網雲平台有亞馬遜AWS IoT ，

微軟的Azure IoT、通(tōng)用電(diàn)氣的PredixIoT（見(jiàn)圖2）、IBM Watson IoT和PTC IoT（ThingsWork）平台。 國(guó)内的物(wù)聯網雲平台有中國(guó)移動OneNet、廣州機(jī)智雲和阿裡(lǐ)智能(néng)雲，開(kāi)源物(wù)聯網雲平台有Kaa和 Eclipekura項目。

圖2 通(tōng)用電(diàn)氣的Predix IoT平台

傳統的企業(yè)軟件(jiàn)公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研發針對企業(yè)應用的物(wù)聯網雲平台，他們的觸角已經進入物(wù)聯網傳感器(qì)領域，國(guó)外也稱為(wèi)Enterprise IoT ，針對企業(yè)應用的IoT市(shì)場在今後1-2年(nián)會(huì)快速發展，比如企業(yè)的聯網汽車、智慧城(chéng)市(shì)和智能(néng)工(gōng)業(yè)項目，傳統的企業(yè)軟件(jiàn)公司會(huì)通(tōng)過構建生(shēng)态環境率先在1-2個(gè)垂直市(shì)場打開(kāi)局面，然後再逐漸拓展應用領域。

第三：物(wù)聯網操作系統異軍突起

随著(zhe)開(kāi)源軟件(jiàn)越來很成熟，嵌入式系統已經大量采用開(kāi)源軟件(jiàn)，比如Linux操作系統。除了汽車電(diàn)子、航天和國(guó)防等安全和可靠性要求的領域繼續保持較快的發展速度，傳統的嵌入式操作系統增長(cháng)緩慢(màn)，缺少可以盈利的商業(yè)模式。随著(zhe)物(wù)聯網雲平台的發展，嵌入在設備端的操作系統也正在和雲平台結合，形成一(yī)個(gè)全新的物(wù)聯網操作系統（國(guó)外也稱為(wèi) OperaTIng Systemfor Internetof Things）。目前已經有的物(wù)聯網操作系統有ARM mbed OS（見(jiàn)圖3）、谷歌(gē)的Android Things、微軟的Windows 10 IoT Core、華為(wèi)的LiteOS 和慶科Mico OS。

圖3 ARM mbed OS 應用示意圖

盡管科技(jì)巨頭們在力推物(wù)聯網操作系統，開(kāi)源軟件(jiàn)在未來還(hái)将活躍較長(cháng)一(yī)段時間。如FreeRTOS（智能(néng)手表鼻祖Pebble和許多(duō)物(wù)聯網設備都使用了FreeRTOS）、TInyOS等等。這是因為(wèi)物(wù)聯網系統需求不明确、，商業(yè)模式不成熟，加上(shàng)物(wù)聯網操作系統技(jì)術(shù)在發展之中，還(hái)待在産品中驗證，部分用戶會(huì)傾向于選擇開(kāi)源軟件(jiàn)去定制适合自(zì)己的物(wù)聯網操作系統。

第四：物(wù)聯網安全任重道遠(yuǎn)

2016年(nián)10月(yuè)21日美國(guó)境内包括亞馬遜，推特在内的大規律網絡癱瘓，起因是DNS服務商Dys 遭到(dào)DDos攻擊，Dys 發布聲明稱幕後可能(néng)是10萬個(gè)感染了Miral 惡意軟件(jiàn)的IoT設備，這讓廣受關注的IoT安全推上(shàng)風口浪尖。10月(yuè)26日美國(guó)安全研究團隊Shellphish 在極客大會(huì)表演破解華為(wèi)P9 lite 手機(jī)指紋解鎖的功能(néng)， 以及2015年(nián)杭州某視頻監控設備企業(yè)安全門(mén)事(shì)件(jiàn)，物(wù)聯網設備安全問題越來越受到(dào)關注。

此前，智能(néng)産品制造商隻是考慮保護他們的設備的功能(néng)安全和它們所産生(shēng)數據的安全，即使是這個(gè)要求，設備制造商，特别是消費(fèi)類電(diàn)子産品，許多(duō)是完不成這個(gè)任務的。現在他們被要求幫助保護設備和網絡，甚至不屬于他們自(zì)己的客戶的安全性，更加困難的是，物(wù)聯網安全設計目前還(hái)處在正在探索階段，目前還(hái)沒有很成熟的設計和實現方法。

嵌入式系統安全的另外一(yī)個(gè)層面的含義是嵌入式設備的功能(néng)安全（FuncTIonal safety），汽車電(diàn)子、工(gōng)廠自(zì)動化、工(gōng)業(yè)儀控、軌道交通(tōng)信号、智能(néng)電(diàn)網等工(gōng)業(yè)物(wù)聯網（IIoT）相(xiàng)關領域對功能(néng)安全的需求最為(wèi)迫切，這個(gè)方面的設計和實施方法也比較規範，商業(yè)公司也有成熟的軟件(jiàn)和工(gōng)具，可以提供項目咨詢和服務。

2017年(nián)将是嵌入式和物(wù)聯網技(jì)術(shù)在調整中發展的一(yī)年(nián)，随著(zhe)芯片公司并購後的整合逐漸完成，部分物(wù)聯網應用将落地開(kāi)花并成形成規模。2017年(nián)窄帶物(wù)聯網技(jì)術(shù)（LPWAN）發展迅速，LoRa、Sigfox和NB-IoT幾個(gè)标準的芯片、平台和網絡齊頭并進。中國(guó)剛剛宣布了已經在北(běi)京懷柔建設了全球最大的5G試驗外場，可提供端到(dào)端的測試環境，将有助于促進5G标準的形成和産業(yè)發展。5G标準的物(wù)聯網關鍵技(jì)術(shù)之一(yī)， 5G中低(dī)功耗大連接和低(dī)時延高(gāo)可靠場景主要面向物(wù)聯網業(yè)務，是 5G 新拓展的新方向。

2018年(nián)将迎來嵌入式和物(wù)聯網技(jì)術(shù)有突破性發展的一(yī)年(nián)，操作系統技(jì)術(shù)、網絡安全技(jì)術(shù)針對物(wù)聯網應用的研發和優化将日趨成熟，處理器(qì)技(jì)術(shù)在虛拟現實和人工(gōng)智能(néng)快速發展帶動下(xià)将會(huì)有耳目一(yī)新的發展，在新一(yī)代網絡技(jì)術(shù)支撐下(xià)，物(wù)聯網發展将迎來高(gāo)速發展新時代。