近年來，嵌入式物聯網設備的硬件和軟件能力顯著增長，催生了新一代強大的應用程序。
NXP Semiconductors邊緣處理業(yè)務線的軟件工程研發(fā)副總裁RobertOshana打破了圍繞邊緣計算的神話。1. 物聯網邊緣設備存在安全風險，因為邊緣設備只能承載基本的安全措施。安全是邊緣設備的基本要求，可以實施一系列的數字安全措施，以確保完整性、機密性、真實性和不可抵賴性等基本安全特性?，F代物聯網安全解決方案越來越多地基于信任根(RoT)技術，其中加密安全算法托管在加固環(huán)境中，并保護其免受物理攻擊。在某些情況下，這些安全功能的計算開銷被卸載到一個嵌入式的、專用的安全芯片或可信平臺模塊(TPM)。在其他情況下，功能可以托管在多核微處理器的專用核心中。這種硬件和軟件安全子系統的組合確保了在應用程序的整個生命周期中對惡意攻擊的最強防御。2. 由于廣域網絡中固有的延遲，邊緣處理無法支持實時應用。新興的物聯網應用，如自動駕駛汽車、工業(yè)機器人和遠程遠程手術，需要實時響應水平。由于internet和其他廣域網的典型延遲，傳統的云計算模型無法支持這些類型的用例。因此，這些應用結果推動了物聯網設備和軟件中嵌入的計算能力的顯著提高。這些設備和軟件曾經屬于數據中心領域，現在可以托管在邊緣。這種增強的智能可以實現更多的本地決策，從而實現近乎實時的響應水平，從而為全新一代的高級應用程序提供支持。3. 機器學習技術僅限于數據中心，因為它們的處理需求超出了邊緣計算的能力。隨著物聯網硬件的發(fā)展，軟件的進步一直是邊緣處理能力增長的關鍵。隨著機器學習(ML)技術的成熟，出現了使ML模型能夠部署在云中的工具，并將相關的推理任務下載到邊緣設備。邊緣設備上的ML軟件堆棧受益于高級硬件單元，例如圖形處理單元(GPU)、中央處理單元(CPU)、數字信號處理器(DSP)和神經處理單元(NPU)加速器，可以在偶爾的云連接的情況下在本地執(zhí)行實時ML推理任務。這種邊緣智能水平的提高，支持依賴實時響應率的更復雜的應用程序的出現。4. 邊緣計算功耗高，不適合低功耗應用。功耗是邊緣器件的一個關鍵特性。許多應用，如可穿戴設備或遠程傳感器，必須在一次電池充電的情況下長時間運行，或由替代能源供電。嵌入式MCU采用了一系列的功率優(yōu)化技術，包括使用低功率硅材料和根據使用情況劃分功能。一種關鍵的功耗優(yōu)化技術是對片上系統(SoC)架構進行分區(qū)，以便不同的分區(qū)控制特定域——例如，實時域、應用程序域和彈性域。功率優(yōu)化軟件通過只為任何給定時間需要的SoC部分供電，確保系統級的最低功耗。圖1說明了如何應用這種技術來延長智能手表等設備的電池壽命。圖1. 智能手表應用中的動態(tài)功率域控制。(來源:NXP公司的《邊緣計算要領》)5. 互聯網將被越來越多的聯網設備所淹沒。聯網設備數量的不斷增加是近年來互聯網數據爆炸式增長的主要貢獻者，一些分析師預測，2021年全球將創(chuàng)建74zettabytes的數據(1zettabyte相當于1萬億千兆字節(jié))。隨著嵌入式邊緣設備的計算能力不斷提升，更多的數據處理發(fā)生在邊緣而不是云。這種本地數據處理將大大減少必須在云中處理的數據量。物聯網設備數量與互聯網流量之間的線性關系將發(fā)生根本改變，互聯網上傳輸的數據量將相應減少。6. 物聯網邊緣設備完全依賴于蜂窩連接才能發(fā)揮作用。無線網絡連接是可穿戴設備、家庭自動化、智能建筑、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備等領域廣泛的物聯網使用案例的基礎。個別物聯網應用的連接要求差異很大;國內的智能照明系統依賴網狀網絡技術，農業(yè)應用中的遠程傳感器需要低功耗聯網，工廠自動化應用需要實時響應，聯網汽車需要廣域覆蓋。目前，四種主要的無線協議在物聯網應用中非常突出(圖2)。Wi-Fi-6在室內空間提供高速、低延遲的連接，Zigbee、Thread和藍牙低能耗(BLE)在智能建筑和家庭中很受歡迎，例如，在需要低功耗網狀網絡的地方。超寬帶(UWB)可實現跟蹤應用的精確定位，近場通信(NFC)提供安全的數據交換和訪問。圖2. 物聯網應用中常用的四種無線協議 (來源:NXP公司的EdgeComputingEssentials)5G增強的蜂窩網絡能力正在推動其在多個領域的廣泛應用，支持室內和室外連接。因此，開發(fā)人員可以根據應用程序的特定需求，從一個或多個已建立的無線通信標準中進行選擇，以確保設備的安全互操作性。7.將物聯網應用連接到云是復雜的，需要高技能的網絡工程資源和多方(廣域網提供商和云服務提供商)的管理才能使其工作。與此同時，云連接正迅速成為物聯網應用的默認要求，帶來了遠程診斷、OTA升級、遠程設備管理和邊緣計算能力的增強等好處。然而，對于面臨不斷縮短的開發(fā)周期的設計師來說，利用多協議設備的額外靈活性，同時應對云連接的復雜性，可能會增加本已緊張的項目的成本和時間。幸運的是，在這些硬件和軟件開發(fā)的同時，可以使用越來越多的工具集來簡化開發(fā)任務。例如，Matter是一種統一的、基于IP的連接協議，可簡化多協議系統的開發(fā)。作為一種開源標準，Matter使開發(fā)人員能夠連接和構建可靠、安全的物聯網生態(tài)系統，并提高智能家居設備之間的兼容性。此外，包括AmazonWebServices(AWS)、MicrosoftAzure和GoogleCloud在內的許多云提供商都在提供IoT軟件開發(fā)工具包(SDK)，以便更輕松地從IoT設備連接到云。8. 部署在現場的邊緣設備將很快被下一代無線協議淘汰。物聯網中使用的各種無線通信協議由已建立的標準機構（如IEEE和3GPP）管理。這些組織管理各自標準的演變，以確保跨版本的向后兼容性。此外，隨著在軟件堆棧中實現的功能比例的增加，版本之間的升級可以通過無線(OTA)下載來完成。開發(fā)人員也越來越能夠利用多模設備來增加通信協議的靈活性和可選擇性。9. 用戶將失去干預由邊緣設備運行的進程的能力。許多邊緣設備SoC集成了強大的圖形處理器，使數據能夠安全地呈現在邊緣設備本身上，而不是通過云。此外，設備強大的本地處理能力可用于解釋和呈現各種用戶友好的可視化安排的數據，如圖表或地圖。在所有用例中都可以看到這種功能的示例。工廠車間的信息面板使操作員能夠監(jiān)控過程效率和產品質量，并隨后采取適當的行動?，F代聯網汽車的駕駛艙包含數字儀表板，可為駕駛員提供汽車狀態(tài)、導航和路線信息等信息。在醫(yī)療領域，醫(yī)生和實驗室技術人員不斷參考由人工智能驅動的數字助理屏幕、實時數據和歷史數據。在消費者層面，可穿戴設備、電器和物聯網設備都會收集經過處理并在屏幕上呈現給用戶的數據。本地處理和高級圖形功能的強大組合，實現了用戶和邊緣設備之間可定制的高水平交互。10. 開發(fā)邊緣應用程序復雜且耗時，需要大量高技能、昂貴的資源。開發(fā)邊緣計算設備無疑是具有挑戰(zhàn)性的，因為硬件的復雜性增加，固件需要更多的功能，開發(fā)流程的變化以達到更高的生產力。不過，市場上有大量工具集可供使用，其可以幫助開發(fā)人員克服在開發(fā)過程中實現高質量和高效率的障礙。這些工具有助于快速構建和自動化構建，并且支持靜態(tài)和動態(tài)分析功能的測試和交付。項目的復雜性將決定所需的確切工具。然而，一個基本軟件項目的典型集合（圖3）將包括一個可視化編輯器、一個GNU編譯器集合(GCC)和相關的構建工具，例如用于調試和完成二進制文件的GNU調試器(GDB)，以及用于將文件復制到聯網的終端設備的安全復制協議(SCP)。圖3. 軟件項目的典型工具集包括對編輯、構建、調試和部署階段的支持。(來源:NXP公司《邊緣計算要領》)選擇正確的流程和正確的工具，將確保在預算和時間限制內持續(xù)開發(fā)高質量的應用程序。11. 邊緣計算應用程序的開發(fā)周期很長，會影響上市時間。在當今快節(jié)奏的物聯網市場中，快速上市至關重要。生態(tài)系統中的所有參與者都在使用旨在壓縮時間尺度和預算的工具來支持其產品。SoC制造商提供開發(fā)套件和模塊，以實現快速原型設計和評估，嵌入式Linux等操作系統變體簡化了實時開發(fā)，云提供商提供AWS和Azure等工具來支持快速云連接。隨著物聯網應用范圍的擴大，這些工具使開發(fā)人員能夠專注于應用程序的細節(jié)，將安全性和連接性等功能的技術細節(jié)抽象為可以輕松集成到最終產品中的打包解決方案。免責聲明：本網站內容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網站出現的信息，均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網站中的網頁或鏈接內容可能涉嫌侵犯其知識產權或存在不實內容時，應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯系相關文章源頭核實，溝通刪除相關內容或斷開相關鏈接。
