世界上充滿(mǎn)了創(chuàng)新和有用產(chǎn)品的明亮和創(chuàng)造性的想法。杰出的工程師和營(yíng)銷(xiāo)人員渴望為這些產(chǎn)品帶來(lái)客戶(hù)，他們將購(gòu)買(mǎi)它們并欣賞它們改善生活的方式。如今，這些產(chǎn)品越來(lái)越多地基于微處理器或微控制器（MCU），具有外設(shè)和獨(dú)特軟件的創(chuàng)造性組合。

那么，為什么這么多的創(chuàng)新概念無(wú)法從一個(gè)令人興奮的會(huì)議室變成一個(gè)實(shí)際的盈利產(chǎn)品呢？事實(shí)證明，有一些原因可以確定并避免以取得成功。

首先，根據(jù)市場(chǎng)研究和用戶(hù)輸入來(lái)決定“構(gòu)建什么”似乎很簡(jiǎn)單，特別是對(duì)于與客戶(hù)有密切關(guān)系并熟悉專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的小型公司。

但是，當(dāng)涉及到與現(xiàn)實(shí)世界交互并花費(fèi)實(shí)際美元的實(shí)際設(shè)備時(shí)，“什么”（做x的小玩意兒）通常是一個(gè)過(guò)于籠統(tǒng)的概念。要了解“什么”確實(shí)需要市場(chǎng)研究和投入，但它也依賴(lài)于一個(gè)工程團(tuán)隊(duì)，他們知道技術(shù)上涉及什么以及硬性的財(cái)務(wù)分析，以了解這種可能性的路徑將花費(fèi)什么。由于所有項(xiàng)目都包含某些未知因素，管理層必須靈活地應(yīng)對(duì)計(jì)劃中的變化和“陷阱”，并有能力通過(guò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備所必需的功能和組件的迷宮來(lái)找到最佳方法，但這些功能和組件不是其應(yīng)用的核心。

較小的公司可能會(huì)受到其資源和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的意愿的限制，并且在擴(kuò)展產(chǎn)品時(shí)堅(jiān)持他們所知道的領(lǐng)域 - 他們可以利用較少的直接競(jìng)爭(zhēng)來(lái)支持其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和增量改進(jìn)。然而，較大的公司經(jīng)常選擇原型設(shè)計(jì)，以便他們可以讓團(tuán)隊(duì)查看工作的早期模型來(lái)分析它并理解它以進(jìn)行更改并解決錯(cuò)誤。這兩種方法都可以成功，但由于對(duì)某些障礙的忽視和對(duì)實(shí)施的錯(cuò)誤假設(shè)，兩種方法都可能會(huì)失敗。

首先，通過(guò)對(duì)一系列想法進(jìn)行過(guò)濾，方法是將它們置于一個(gè)稱(chēng)為階段門(mén)的過(guò)程中，以考慮市場(chǎng)研究，開(kāi)發(fā)和財(cái)務(wù)限制，以提出最佳競(jìng)爭(zhēng)者（圖1）。雖然它不經(jīng)常使用，但對(duì)于可能難以采用更嚴(yán)格方法的小型公司來(lái)說(shuō)，階段門(mén)控可能非常有用。

一旦選擇了這樣的想法，就該開(kāi)始真正的開(kāi)發(fā)并避免在此過(guò)程中存在的陷阱了。

虛構(gòu)的智能設(shè)備及其開(kāi)發(fā)要求

為了證明許多公司在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，請(qǐng)考慮一家假設(shè)的公司，該公司在他們已經(jīng)有一些經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域工作。

在進(jìn)入產(chǎn)品規(guī)格階段（根據(jù)針對(duì)一組特定最終用戶(hù)的產(chǎn)品規(guī)格選擇了“什么”），“什么”有兩個(gè)方面。這些可以被描述為它應(yīng)該做什么和“什么”它實(shí)際上將作為物理設(shè)備的規(guī)范 - 或者換句話說(shuō)，做什么以及如何到達(dá)那里。

該公司最終選擇了一種小型可穿戴設(shè)備，該設(shè)備包括一組傳感器，用于監(jiān)控身體和環(huán)境條件，向用戶(hù)提供信息和/或警報(bào)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中。它被標(biāo)榜為首款批量銷(xiāo)售的同類(lèi)設(shè)備，并將使用藍(lán)牙5收音機(jī)連接到包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)應(yīng)用程序的智能手機(jī)。反過(guò)來(lái)，智能手機(jī)與基于云的AI或數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序進(jìn)行通信，使可穿戴設(shè)備成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

可穿戴設(shè)備花費(fèi)大量時(shí)間與云斷開(kāi)連接，感知，預(yù)處理，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并提供即時(shí)響應(yīng)。其本地處理性能受到功耗限制以及對(duì)安全性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求的限制。

目前為止，一切都好。從該規(guī)范中產(chǎn)生了許多要求，包括：

可同時(shí)支持嵌入式處理和藍(lán)牙 5 的硬件

一套久經(jīng)考驗(yàn)的可靠傳感器

能夠?qū)⒍鄠€(gè)傳感器輸出組合成單個(gè)結(jié)果的傳感器融合算法

足夠的程序存儲(chǔ)器用于設(shè)備軟件和固件，以及用于在本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)直到可以傳輸?shù)母郊哟鎯?chǔ)器

USB 接口和固件無(wú)線 （FOTA） 更新功能，用于診斷、維護(hù)和服務(wù)

在最終設(shè)計(jì)可以容納的尺寸和重量范圍內(nèi)提供足夠的容量和足夠的充電能力的電池

滿(mǎn)足這些要求需要仔細(xì)考慮，而失敗往往就是從這里開(kāi)始的。

成功道路上的坑洼

繼續(xù)我們假設(shè)的例子，開(kāi)發(fā)人員可能會(huì)認(rèn)為Wi-Fi是比USB服務(wù)接口更好的選擇 - 除了Wi-Fi消耗如此多的功率，以至于設(shè)備需要更大的電池和更多的硬件支持，從而導(dǎo)致更大的尺寸，重量和更高的總體成本。完全避免這種錯(cuò)誤的成本和時(shí)間要低得多，而不是開(kāi)始沿著這條路走下去，不得不回頭。

在選擇其他硬件（尤其是處理器）時(shí)也需要謹(jǐn)慎。能夠處理器件有限編程和復(fù)雜性的低功耗微控制器比在尺寸和功耗方面可能過(guò)于小用的微處理器更可取。尋找具有集成功能的器件還可以大大有助于降低成本、縮短上市時(shí)間，并在開(kāi)發(fā)過(guò)程中縮短死胡同，因?yàn)榕c使用分立式藍(lán)牙芯片相比，集成了藍(lán)牙 5 的 MCU 可節(jié)省空間和功耗。

而且，無(wú)論如何，選擇已知、預(yù)認(rèn)證的部件，并在適當(dāng)時(shí)附帶可靠的驅(qū)動(dòng)程序軟件（如傳感器）。

雖然原型設(shè)計(jì)當(dāng)然是開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要組成部分，但請(qǐng)嘗試選擇具有所選處理器的評(píng)估板，而不是一些嵌入式Linux板。前者可以讓您更輕松地獲得工作，靈活的設(shè)計(jì)，還可以讓您更好地了解組件如何在最終包裝中組合在一起。

是否有可用的MCU版本可以放入非常小的封裝中？電池和接口將位于可穿戴設(shè)備上的什么位置？在流程的早期考慮這些問(wèn)題有助于避免阻礙上市時(shí)間、增加巨大成本并最終扼殺產(chǎn)品的障礙。

尋找軟件的安全之路

設(shè)計(jì)中很少被預(yù)先理解的一個(gè)方面是所需軟件的范圍和數(shù)量。當(dāng)然，還有將在設(shè)備上運(yùn)行的軟件（這本身就是一個(gè)主題），還有將在智能手機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序（是的，Android和iOS版本），以及提高設(shè)備可用性所需的云軟件。需要對(duì)開(kāi)發(fā)方法，外觀和感覺(jué)做出決定，以使所有這些軟件盡可能可靠和一致。

超級(jí)循環(huán)、意大利面條代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

如果不仔細(xì)繪制，為嵌入式處理器開(kāi)發(fā)軟件可能是一條危險(xiǎn)的道路。從頭開(kāi)始編寫(xiě)所有代碼的誘惑可能是致命的。首先，這需要對(duì)外設(shè)、安全性、文件系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等的所有支持進(jìn)行編碼。僅此一項(xiàng)就花費(fèi)了大量的時(shí)間，并且意味著不可避免的錯(cuò)誤和調(diào)試。即便如此，該軟件也可能存在部署后仍未檢測(cè)到的錯(cuò)誤。

“從頭開(kāi)始編寫(xiě)所有內(nèi)容”的常見(jiàn)推論是“超級(jí)循環(huán)”方法。在超級(jí)循環(huán)中，從頭開(kāi)始寫(xiě)入以單個(gè)控制循環(huán)的形式繼續(xù)進(jìn)行，該控制循環(huán)連續(xù)輪詢(xún)數(shù)據(jù)和進(jìn)程的不同外設(shè)。這樣的循環(huán)以最簡(jiǎn)單的形式很容易理解，但很快就會(huì)變成一堆意大利面條，并且隨著功能的增長(zhǎng)而變得無(wú)法理解或維護(hù)。從這條路開(kāi)始只會(huì)讓你走得更遠(yuǎn)，并導(dǎo)致發(fā)展和財(cái)務(wù)災(zāi)難。

雖然基于平臺(tái)的開(kāi)發(fā)對(duì)于邊緣設(shè)備（即智能手機(jī)）和云來(lái)說(shuō)幾乎是給定的，但必須積極地尋找，評(píng)估和選擇嵌入式設(shè)備。從一開(kāi)始，這意味著使用專(zhuān)門(mén)針對(duì)項(xiàng)目中使用的MCU架構(gòu)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。使用RTOS提供了一個(gè)即時(shí)平臺(tái)，該平臺(tái)在MCU上運(yùn)行，并根據(jù)需要從外設(shè)中斷服務(wù)，提供現(xiàn)成的I / O和其他基本功能。僅此一項(xiàng)就提供了大量現(xiàn)成的、經(jīng)過(guò)測(cè)試的、通常經(jīng)過(guò)認(rèn)證的代碼，您可以在其中添加獨(dú)特的功能（增值）。它還縮短了上市時(shí)間，并確保了該級(jí)別的代碼正確性，可以認(rèn)為該級(jí)別是安全的，經(jīng)過(guò)測(cè)試的，已經(jīng)集成，完整且高效，克服了超級(jí)循環(huán)方法的所有限制。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)更輕松的原型設(shè)計(jì)。在前面提到的傳感器融合示例中，原型設(shè)計(jì)將幫助開(kāi)發(fā)人員了解需要哪些傳感器，哪些算法最有效地將傳感器輸出組合成單個(gè)數(shù)量，以及所選處理器（可能具有快速乘法/累加（MAC）操作性能）能夠很好地過(guò)濾來(lái)自傳感器的噪聲?；谝幌盗刑幚砥鞯耐庠O(shè)和原型開(kāi)發(fā)板的RTOS為全面原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的平臺(tái)。精心挑選的RTOS可以提供預(yù)先測(cè)試的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;安全功能;文件系統(tǒng);并支持各種傳感器、攝像頭和無(wú)線電。

手機(jī)框架

當(dāng)涉及到邊緣設(shè)備（這里是智能手機(jī)，但在其他情況下可能是PC），還有眾所周知的操作系統(tǒng)，如Android和iOS，以及用于智能手機(jī)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)大編程語(yǔ)言和工具。一個(gè)可能的陷阱是兩種類(lèi)型的手機(jī)的功能和用戶(hù)體驗(yàn)（如用戶(hù)界面等）之間的差異。在這里，框架可用于幫助協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)。

盡管如此，開(kāi)發(fā)手機(jī)應(yīng)用程序的成本很容易被低估。鑒于大多數(shù)產(chǎn)品都針對(duì)Android和iPhone，因此在手機(jī)上使用框架的決定可能是一個(gè)艱難的決定。如果單獨(dú)開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)幾乎相同的外觀和感覺(jué)，但開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)成本將更高。使用框架，兩個(gè)應(yīng)用程序可以一起維護(hù)，這可能會(huì)降低成本，但創(chuàng)建不太靈活的用戶(hù)界面。

云平臺(tái)抽象挑戰(zhàn)，但并非全部挑戰(zhàn)

幸運(yùn)的是，IBM 沃森物聯(lián)網(wǎng)和微軟Azure等平臺(tái)為開(kāi)發(fā)云應(yīng)用程序提供了堅(jiān)實(shí)的環(huán)境。它們提供云/邊緣/設(shè)備連接選項(xiàng)、數(shù)據(jù)管理工具和人工智能 （AI） 框架，可以分析大量數(shù)據(jù)并優(yōu)化在設(shè)備和邊緣系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序。

開(kāi)發(fā)云軟件和云平臺(tái)本身也可能很昂貴。豐富的環(huán)境和先進(jìn)的云處理可能需要大量開(kāi)發(fā)，尤其是在應(yīng)用程序需要復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法的情況下。

人工智能需要大量的原始真實(shí)世界數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要收集，預(yù)處理以消除噪聲并清理信號(hào)，由深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再次處理，最后在后端運(yùn)行或移動(dòng)到邊緣。這種AI處理可以極大地改善您的產(chǎn)品，但是如果您缺乏算法開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和/或不熟悉使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)清理信號(hào)，則比您想象的要困難得多。所有這些在時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和總工作量方面往往被低估。從簡(jiǎn)單的分析開(kāi)始，并擴(kuò)大您的成功。

節(jié)省時(shí)間就是賺到的錢(qián)

毫無(wú)疑問(wèn)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)最昂貴的方面是時(shí)間——重新設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，測(cè)試本來(lái)可以預(yù)先測(cè)試過(guò)的組件，以及修復(fù)錯(cuò)誤和糟糕的決策。

市場(chǎng)份額的價(jià)值是總開(kāi)發(fā)成本的10到1000倍，因此上市時(shí)間，質(zhì)量和可靠性比您在內(nèi)部工程組件節(jié)省的相對(duì)較少更重要。

盡快占領(lǐng)市場(chǎng)份額的一條途徑是選擇具有您所需的外設(shè)支持和靈活性的RTOS，以及可以使您的產(chǎn)品真正成功的處理器。

審核編輯：郭婷