物聯(lián)網(wǎng)重新定義了我們所知道的嵌入式系統(tǒng)工程。它開創(chuàng)了一個(gè)時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，相同的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以同時(shí)獲得更快的上市時(shí)間和更長的生命周期支持。它迫使組織放棄傳統(tǒng)的開發(fā)工作流程和組織結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用可以支持這些期望的敏捷實(shí)踐和DevOps。

由物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的爆炸式增長只會(huì)加速這些轉(zhuǎn)變。

物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)速度和靈活性的日益重視也重新增加了對(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)現(xiàn)指令集架構(gòu)，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)就一直是電子產(chǎn)品的一部分。直到現(xiàn)在，它才通過Arm物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案等產(chǎn)品發(fā)展到系統(tǒng)級(jí)，這些產(chǎn)品支持加速應(yīng)用程序開發(fā)，復(fù)雜的AI模型創(chuàng)建和全面的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧。

邁向完全虛擬開發(fā)體驗(yàn)的道路上

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

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，由于所使用的硬件解決方案的數(shù)量和多樣性，它們?cè)?a target="_blank">嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在很大程度上是不成功的。為構(gòu)建相對(duì)簡單的嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標(biāo)，將需要大規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴關(guān)系和充滿模型的數(shù)據(jù)中心才能有效。即使這些資源合并到某種通用虛擬模型庫中，當(dāng)面臨需要集成的虛擬硬件目標(biāo)的異構(gòu)傳播時(shí)，首次引入物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)的大量云原生開發(fā)人員也將完全丟失。

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)由工具和 IP 組成的生態(tài)系統(tǒng)，旨在降低物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的進(jìn)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(tǒng)和安全 IP 的 Arm 虛擬硬件 （AVH） 模型，這些 IP 支持在芯片可用性之前進(jìn)行軟件構(gòu)建和測試。

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)證的 IP 子系統(tǒng)，稱為 Corstone-300。雖然在表面上，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。這些包括：

將基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)備鏈接到云的半人馬座項(xiàng)目 API

現(xiàn)成的關(guān)鍵字識(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)用程序開發(fā)人員首次可以訪問端到端的無硅環(huán)境，Arm估計(jì)該環(huán)境將使開發(fā)生命周期縮短數(shù)年。

更遠(yuǎn)的路

當(dāng)Arm首次推出AVH時(shí)，沒有任何基于Cortex-M55 CPU，Ethos-U55微型NPU或Corstone-300子系統(tǒng)的生產(chǎn)硅。軟件開發(fā)人員對(duì) IP 的唯一訪問權(quán)限是通過在 AWS 市場上基于云的虛擬機(jī)中托管的新生成的 AVH 模型進(jìn)行的。

雖然這是一小部分IP集合，但它為Arm擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案生態(tài)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為云原生開發(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實(shí)現(xiàn)其特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。今年春天，整體解決方案產(chǎn)品組合的擴(kuò)展證明了這一點(diǎn)。

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，跨越Cortex-M0到Cortex-M33系列。它還增加了新Cortex-M85 CPU內(nèi)核的虛擬版本，與下一個(gè)最快的Cortex-M級(jí)設(shè)備相比，性能提高了30%。

隨著這些現(xiàn)在是AVH環(huán)境的一部分，兩個(gè)新的Corstone IP子系統(tǒng)也被釋放了。與Corstone-300類似，Corstone-310將Cortex-M55 CPU內(nèi)核換成了新的-M85內(nèi)核，同時(shí)仍然支持可選的Ethos-U55 NPU。這使其成為智能揚(yáng)聲器，智能恒溫器和無人機(jī)等語音識(shí)別設(shè)計(jì)的絕佳起點(diǎn)。

圖 1.Arm Corstone 系列集成 IP 子系統(tǒng)包含為語音識(shí)別、云原生邊緣設(shè)備和關(guān)鍵字發(fā)現(xiàn)等最終用例開發(fā) SoC 所需的所有構(gòu)建塊。

Corstone-1000 子系統(tǒng)提供了更多突破性進(jìn)展，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 和安全安全隔區(qū)，并具有足夠的性能來支持 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 已開箱即用地將 IP 子系統(tǒng)預(yù)先認(rèn)證為 PSA 2 級(jí)。

但是，AVH產(chǎn)品組合最重要的增強(qiáng)功能之一，至少對(duì)于那些對(duì)特定硬件功能感興趣的人來說，來自向上擴(kuò)展而不是向外擴(kuò)展。這是通過在AVH庫中包含樹莓派和恩智浦以及意法半導(dǎo)體開發(fā)套件的虛擬模型來實(shí)現(xiàn)的。

來自Arm芯片合作伙伴的其他電路板的虛擬模型預(yù)計(jì)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(tǒng)再到開發(fā)套件目標(biāo) – 都可以在 AWS 市場上免費(fèi)獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關(guān)

當(dāng)然，AVH本身是不夠的。為了支持軟件工程師的持續(xù)集成和交付工作，AVH模型必須與他們每天使用的自動(dòng)化和開發(fā)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(dòng)化服務(wù)器和 Github 的集成，以便直接訪問代碼存儲(chǔ)庫。與AVH合作的程序員還可以利用對(duì)半人馬座項(xiàng)目的改進(jìn)，使其成為真正的軟件重用和編程框架。其中包括對(duì) CMSIS 硬件抽象層功能的擴(kuò)展支持，如開放 CMSIS-CDI 和開放 CMSIS 包，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的可管理性。開放物聯(lián)網(wǎng)-SDK是開放CMSIS-CDI的參考實(shí)現(xiàn)，也是半人馬座項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目將示例應(yīng)用程序帶到桌面上，以幫助快速跟蹤語音和關(guān)鍵字識(shí)別解決方案的開發(fā)。

“如果你考慮一下當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的方式，它與硬件的耦合非常緊密，每次你添加新的硬件時(shí)，你都必須重新開始并移植你的軟件，”Arm的物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式副總裁Mohamed Awad說。

“通過將Arm虛擬硬件集成到他們的產(chǎn)品中，它成為軟件設(shè)計(jì)的自然組成部分，”他繼續(xù)說道。“關(guān)鍵是我們要去開發(fā)人員所在的地方。

越來越多的人似乎認(rèn)為，“開發(fā)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。這讓人很難懷疑這是否預(yù)示著一個(gè)不太遙遠(yuǎn)的未來，在這個(gè)未來，曾經(jīng)是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)未來成為現(xiàn)實(shí)，只要承諾你不會(huì)告訴同事你還記得軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)被稱為嵌入式工程的時(shí)候。

審核編輯：郭婷