2020年，思科對(duì)2000余家公司做了一次關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計(jì)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)超過60%的公司在項(xiàng)目開始時(shí)便低估了物聯(lián)網(wǎng)方案的復(fù)雜性，并且75%的項(xiàng)目最終被認(rèn)為是失敗的。在所有提到的失敗原因里，排在前幾位的分別是進(jìn)度延遲、預(yù)算超支、集成工作的復(fù)雜度和經(jīng)驗(yàn)缺乏。無獨(dú)有偶，近期微軟的調(diào)查也揭示了類似的結(jié)果，集成工作的復(fù)雜度和技術(shù)障礙是最大的挑戰(zhàn)。今天，我們一起來探討工業(yè)領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者所面臨的常見的挑戰(zhàn)。 日益增長的系統(tǒng)復(fù)雜度、集成無線連接、確保產(chǎn)品安全、滿足多樣化的應(yīng)用需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)不過時(shí)，以上是開發(fā)者所面對(duì)的最常見的五大挑戰(zhàn)，下面我們將針對(duì)這些挑戰(zhàn)進(jìn)行一一分析，并分享Digi為客戶所提供的對(duì)應(yīng)解決方案。 ?

日益增長的系統(tǒng)復(fù)雜度

? ? 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常簡單直接，系統(tǒng)通?；趩魏说?a target="_blank">處理器/單片機(jī)，編寫一個(gè)主程序，功能在程序的循環(huán)體中實(shí)現(xiàn)；也有基于輕量級(jí)的RTOS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡單的多任務(wù)處理功能。處理器主頻通常為幾十兆赫茲或者一兩百兆赫茲，系統(tǒng)集成了基礎(chǔ)的外圍接口包括串口、ADC采樣、GPIO等。 ? 在過去，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式能很好地完成任務(wù)，但在今天，眾多應(yīng)用對(duì)于運(yùn)算能力、強(qiáng)大豐富的外圍接口支持和高端的人機(jī)交互界面方面的需求在逐步提高。為了滿足這些需求，系統(tǒng)不得不考慮采用多核系統(tǒng)，使用更強(qiáng)大的RTOS、Linux或者兩者同時(shí)使用。越來越多的協(xié)議棧或庫需要被調(diào)用，比如無線協(xié)議棧、云連接、安全庫以及其他第三方的庫文件。除此之外，開發(fā)者還需要處理越來越復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序、匹配高主頻處理器的設(shè)計(jì)、低功耗設(shè)計(jì)等其他方面設(shè)計(jì)。 ? 為了應(yīng)對(duì)日益增加的系統(tǒng)復(fù)雜性，Digi提供了更高級(jí)別的硬件和軟件集成。從硬件開始，下面是典型的Digi ConnectCore SOM主控模塊的樣子。

我們以NXP i.MX/ST應(yīng)用程序處理器為基礎(chǔ)，添加了一個(gè)Cortex-M0微控制器作為協(xié)處理器，從而實(shí)現(xiàn)電源管理、系統(tǒng)可靠性和篡改偵測(cè)等高級(jí)操作。此外，我們還添加了一個(gè)專用的安全芯片，以實(shí)現(xiàn)額外的安全層。電源管理IC、高速存儲(chǔ)器和預(yù)認(rèn)證的雙頻Wi-Fi和BT連接都被添加到SOM里，并配有RF屏蔽罩。

? 當(dāng)翻轉(zhuǎn)SOM時(shí)，您會(huì)看到Digi創(chuàng)新的SMTplus外形。對(duì)于簡單的應(yīng)用，可以使用外邊緣周圍的槽形襯墊。對(duì)于更復(fù)雜的應(yīng)用程序，完整的LGA引腳可用于獲得處理器所有功能的完全訪問。 ? ?

在軟件方面，我們基于Yocto項(xiàng)目提供了一個(gè)完整的開源Linux解決方案。首先從上游項(xiàng)目（如U-boot和Linux內(nèi)核）引入最新版本，并集成NXP/ST的BSP。除此之外，我們還為Digi SOM平臺(tái)以及開箱即用的軟件擴(kuò)展添加了定制功能，以幫助用戶加快軟件開發(fā)。一些示例包括Digi的TrustFence安全框架、無線驅(qū)動(dòng)程序、安全固件更新、第三方云集成和低功耗優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)從低功耗暫停到RAM模式的超快喚醒。我們提供預(yù)編譯的SDK和工具鏈、流行的IDE插件和全面的在線文檔。最重要的是，我們對(duì)SOM執(zhí)行全面的系統(tǒng)驗(yàn)證，并隨著時(shí)間的推移不間斷的維護(hù)軟件，以納入重要的更新和安全補(bǔ)丁，并且在Android上應(yīng)用相同級(jí)別的集成。 ? 除了高度集成的硬件和軟件外，還有一套開發(fā)工具，可以進(jìn)一步簡化常見的設(shè)計(jì)工作。我們與NXP、Azure和AWS等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者合作，為市場(chǎng)帶來更完整的解決方案。實(shí)力雄厚客戶支持團(tuán)隊(duì)和內(nèi)部設(shè)計(jì)服務(wù)部門，能及時(shí)響應(yīng)全球各地的客戶需求，第一時(shí)間為他們提供幫助。 ? ?

集成無線連接

? 為產(chǎn)品添加無線功能需要特定的射頻專業(yè)知識(shí)和設(shè)備，在無線協(xié)議、全球監(jiān)管和行業(yè)認(rèn)證的快速變化的大環(huán)境下，要想實(shí)現(xiàn)這一功能并不容易。用戶需要持續(xù)投資，以保持最新技術(shù)，在組件過時(shí)后還要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并更新認(rèn)證。當(dāng)然，您可以通過學(xué)習(xí)來增加這些專業(yè)知識(shí)，但重要的是要考慮機(jī)會(huì)成本，以及這是否是您真正希望集中研發(fā)資源的地方。 關(guān)于這個(gè)挑戰(zhàn)，Digi在三個(gè)方面為您提供幫助： ? 首先，Digi-ConnectCore SOM完全集成了Wi-Fi和藍(lán)牙等典型無線通信協(xié)議，并增加了對(duì)高級(jí)功能的支持，如快速漫游和Cisco擴(kuò)展，這些功能對(duì)許多企業(yè)應(yīng)用程序都很重要。 ? 其次，Digi-XBee生態(tài)系統(tǒng)更具靈活性，支持領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如LTE蜂窩網(wǎng)協(xié)議、網(wǎng)狀網(wǎng)協(xié)議和以及遠(yuǎn)距離通信的Sub GHz的產(chǎn)品。XBee優(yōu)點(diǎn)是易于使用且引腳兼容，在新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，更新產(chǎn)品或在一系列產(chǎn)品中支持多種協(xié)議都很簡單。 ? 最后，Digi的無線設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)擁有從射頻硬件和軟件設(shè)計(jì)、認(rèn)證和制造支持的完整能力，能夠?yàn)槟峁┤娴闹С趾头?wù)。 ? ?

確保產(chǎn)品安全

? ?構(gòu)建安全的產(chǎn)品很難，但保持產(chǎn)品安全更難。由于規(guī)模和任務(wù)的關(guān)鍵性，工業(yè)應(yīng)用往往容易成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)，維護(hù)嵌入式的工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備安全的挑戰(zhàn)越來越大。許多嵌入式設(shè)備部署在遠(yuǎn)端，在傳統(tǒng)的IT網(wǎng)絡(luò)和安全工具保護(hù)體系之外。在產(chǎn)品的漫長生命周期里，黑客有很多時(shí)間來研究設(shè)備，尋找漏洞。此外，許多系統(tǒng)都是電池供電的，并不總是在線，這使得監(jiān)控和更新更具挑戰(zhàn)性。 ? 對(duì)此，Digi提供了內(nèi)置主動(dòng)安全防范的TrustFence框架。TrustFence是一個(gè)設(shè)備安全框架，它簡化了保護(hù)連接設(shè)備的過程，您無需成為安全專家即可實(shí)現(xiàn)安全引導(dǎo)、固件更新、加密文件系統(tǒng)或證書管理等功能。TrustFence的核心是基于NXP i.MX/ST的基本安全功能，結(jié)合基于硬件的安全元素和u-boot、內(nèi)核以及用戶空間中的軟件擴(kuò)展。 ? 此外，我們深知設(shè)計(jì)安全的產(chǎn)品只是第一步，為了支持長生命周期，TrustFence是可擴(kuò)展和可升級(jí)的，Digi的安全中心解決了常見的漏洞和風(fēng)險(xiǎn)，包括持續(xù)監(jiān)控、警報(bào)和通知。 ? ?

滿足多樣化的應(yīng)用需求?

? 客戶越來越多地為大量的應(yīng)用程序和性能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們常?？吹揭恍┛蛻粝Ｍ瑫r(shí)推出整個(gè)系列的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品共享開發(fā)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)資源非常有限，所以需要能以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)性能和成本的自由伸縮，以便開發(fā)出滿足不同價(jià)格和性能的一系列產(chǎn)品。 ? Digi提供了在相同封裝下，集成不同主處理器和配套資源，從而提供不同性能和成本的解決方案，最大化地減少硬件的重復(fù)設(shè)計(jì)。相同的開發(fā)環(huán)境保證了客戶開發(fā)軟件的重復(fù)使用性，客戶為舊的SOM設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序幾乎不用太大的更改就可以運(yùn)行在新的SOM上。這大大降低了客戶開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，讓產(chǎn)品可以更快地推向市場(chǎng)。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)不過時(shí)

? 工業(yè)領(lǐng)域許多嵌入式系統(tǒng)的預(yù)期使用壽命為10-15年，在此期間會(huì)發(fā)生很多變化，如供應(yīng)鏈的變化、需求的變化、再升級(jí)的需求等等。 ? Digi的SOM至少10-15年的供貨承諾，可以完美適用諸如醫(yī)療、電信、工業(yè)自動(dòng)化等工業(yè)領(lǐng)域，充分匹配主芯片廠商的長期供貨承諾。部分元器件的停產(chǎn)、替換的工作由Digi完全負(fù)責(zé)，無需客戶額外投入研發(fā)資源，從而保證了客戶產(chǎn)品的生命周期。

? 針對(duì)客戶后續(xù)產(chǎn)品的迭代升級(jí)，Digi提供相同封裝和開發(fā)環(huán)境的性價(jià)比高低不同的新一代SOM，極大地減少客戶開發(fā)的重復(fù)工作，節(jié)約開發(fā)成本和時(shí)間。 ? Digi ConnectCore具有一系列基于NXP i.MX和ST的SOM模塊和單板計(jì)算機(jī)可擴(kuò)展系統(tǒng)。到目前為止，我們的解決方案覆蓋了從單核的A7到多核的A7、A35、A53、A55處理器，具有廣泛的多媒體和連接選項(xiàng)。通過利用我們的通用平臺(tái)和軟件環(huán)境，您可以將ConnectCore快速集成到具有不同性能、功能和價(jià)格水平的全系列工業(yè)產(chǎn)品中。 ? ?

編輯：黃飛

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