每個人都曾與那位經驗豐富的工程師或技術人員中的終身成員進行過交談，他們說：“物聯網并不是什么新鮮事。我已經這樣做了 ［插入幾十年］，我們只是將其稱為 ［插入連接的嵌入式/M2M/其他暗示網絡設備的術語］?！?讓人翻白眼。這是錯誤的。

正如我們所知，物聯網重新定義了嵌入式系統工程。它開創(chuàng)了一個時代，即期望相同的產品開發(fā)團隊同時提供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(fā)工作流程和組織結構，轉而支持可以支持這些期望的敏捷實踐和 DevOps。

物聯網基礎設施支持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。

物聯網項目推動的對設計速度和靈活性的日益重視也重新激發(fā)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施指令集架構，硬件-軟件協同設計就已經成為電子產品的一部分。直到現在，它才通過 Arm Total Solutions for IoT 等產品發(fā)展到系統級，這些產品支持加速應用程序開發(fā)、復雜的 AI 模型創(chuàng)建和全面的 IoT 技術堆棧。

在通往完全虛擬開發(fā)體驗的道路上

要了解 Arm 的物聯網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沒有成功。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(chuàng)建虛擬目標，需要大規(guī)模的生態(tài)系統合作伙伴關系和充滿模型的數據中心才能有效。即使這些資源在某種通用虛擬模型庫中合并，當需要虛擬硬件目標的異構分布時，首次引入物聯網邊緣系統的大量云原生開發(fā)人員也將完全消失的整合。

在 2021 年 DevSummit 上，Arm 推出了物聯網整體解決方案，這是一個工具和 IP 生態(tài)系統，旨在減少物聯網開發(fā)的進入壁壘。全面解決方案堆棧迭代的核心圍繞著 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 和其他系統和安全 IP 的 Arm 虛擬硬件 （AVH） 模型，這些 IP 在硅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 IP 子系統，稱為 Corstone-300。雖然表面上 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 的設備鏈接到云的項目 Centauri API

現成的關鍵詞識別機器學習模型

特定于應用程序的參考代碼

應用程序開發(fā)人員第一次可以訪問端到端的無硅環(huán)境，Arm 估計這將使開發(fā)生命周期縮短數年。

再往前走

當 Arm 首次推出 AVH 時，任何地方都沒有任何基于 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 或 Corstone-300 子系統的生產芯片。軟件開發(fā)人員對 IP 的唯一訪問權限是通過 AWS Marketplace 上基于云的虛擬機中托管的新創(chuàng)建的 AVH 模型。

雖然它只是一個小的 IP 集合，但它為 Arm 擴展物聯網生態(tài)系統的整體解決方案奠定了基礎，同時為云原生開發(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。這在今年春天全面解決方案組合的擴展中得到了證明。

新的和改進的物聯網生態(tài)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。它還添加了新的 Cortex-M85 CPU 內核的虛擬版本，與次快的 Cortex-M 級設備相比，它的性能提高了 30%。

隨著這些現在成為 AVH 環(huán)境的一部分，還發(fā)布了兩個新的 Corstone IP 子系統。與 Corstone-300 類似，Corstone-310 將 Cortex-M55 CPU 內核換成了新的 -M85 內核，同時仍支持可選的 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一個很好的起點。

圖 1. Arm Corstone 系列集成 IP 子系統包含為最終用例（如語音識別、云原生邊緣設備和關鍵字定位）開發(fā) SoC 所需的所有構建塊。

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，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來說，AVH 產品組合最重要的增強之一來自于擴展而不是擴展。這是通過在 AVH 庫中包含 Raspberry Pi 和 NXP 以及 STMicroelectronics 開發(fā)套件的虛擬模型來實現的。

來自 Arm 芯片合作伙伴的其他板的虛擬模型預計將很快添加到 AVH。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(fā)工具包目標——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，僅靠 AVH 是不夠的。為了使軟件工程師能夠進行持續(xù)集成和交付工作，AVH 模型必須與他們每天使用的自動化和開發(fā)工具兼容。

作為今年全面解決方案更新的一部分，Arm 添加了與 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（如 Open-CMSIS-CDI 和 Open-CMSIS-Pack）的擴展支持，它們分別有助于為微控制器定義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 Centauri 項目的一部分，它提供了示例應用程序，有助于快速跟蹤語音和關鍵字識別解決方案的開發(fā)。

“如果您考慮當今為物聯網開發(fā)軟件的方式，它與硬件的耦合非常緊密，每次添加新硬件時，您都必須重新開始并移植您的軟件，”Mohamed Awad 說， Arm 的物聯網和嵌入式副總裁。“投資回報率幾乎沒有那么高，因為每次將軟件編寫到較少數量的設備時都會受到限制。

“通過將 Arm 虛擬硬件集成到他們的產品中，它自然而然地成為了軟件設計的一部分，”他繼續(xù)說道。“關鍵是我們要去開發(fā)者所在的地方?！?/p>

越來越多的“開發(fā)人員所在的地方”似乎是跳線和電纜不在工作站旁邊的任何地方。這讓人很難想知道這是否預示著一個不遠的未來，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