世界充滿了創(chuàng)新和有用的產品的明亮和創(chuàng)造性的想法。才華橫溢的工程師和營銷人員渴望為這些產品帶來客戶，他們將購買這些產品并欣賞他們改善生活的方式。如今，這些產品越來越多地基于微處理器或微控制器（MCU），具有外設和獨特軟件的創(chuàng)造性組合。

那么，為什么這么多創(chuàng)新概念無法從一個令人興奮的會議室變成一個真正的盈利產品呢？事實證明，可以識別和避免這種情況以取得成功的原因。

首先，根據市場研究和用戶輸入來決定構建“什么”似乎很簡單，特別是對于與客戶關系密切并熟悉專業(yè)領域的小公司。

但是，“什么”（一個做x的小玩意）通常是一個過于籠統(tǒng)的概念，當涉及到與現(xiàn)實世界交互并花費實際美元的實際設備時。要了解“什么”確實涉及市場研究和投入，但它也依賴于一個了解技術上涉及什么的工程團隊以及頑固的財務分析，以了解這種可能性路徑的成本。由于所有項目都包含某些未知因素，管理層必須靈活地處理計劃的變化和沿途的“陷阱”，并且有能力通過實現(xiàn)設備所必需的功能和組件迷宮找到最佳方法，但不是其應用的核心。

較小的公司可能會受到其資源和承擔風險的意愿的限制，并在擴展產品時堅持他們知道的領域——他們可以利用不太直接的競爭來支持其產品的開發(fā)和漸進式改進。然而，較大的公司通常會選擇原型設計，以便他們可以讓團隊查看一個有效的早期模型來分析它并理解它以進行更改并解決錯誤。這兩種方法都可以成功，但由于對某些障礙的忽視和對實施的錯誤假設，這兩種方法都可能失敗。

首先，過濾一系列想法可能很有用，方法是將它們置于稱為階段門的過程，以考慮市場研究、開發(fā)和財務限制，以產生最佳競爭者。雖然它不經常使用，但階段門控對于可能難以采用更嚴格方法的小公司非常有用。

一旦選擇了這樣的想法，就該開始真正的開發(fā)并避免沿途的陷阱了。

一種虛構的智能設備及其開發(fā)需求

為了演示許多公司在產品開發(fā)過程中遇到的問題，請考慮一家假設的公司在他們已經擁有一些經驗的領域工作。

在進入產品規(guī)格階段（根據針對特定最終用戶的產品規(guī)格選擇“什么”）時，“什么”有兩個方面。這些可以被描述為它應該做什么的規(guī)范，以及它實際上將作為一個物理設備的“什么”——或者換句話說，做什么以及如何到達那里。

該公司采用一種小型可穿戴設備，其中包括一組傳感器來監(jiān)測身體和環(huán)境狀況，向用戶提供信息和/或警報，并將數據存儲在云中。它被稱為首款批量銷售的設備，并將使用藍牙 5 無線電連接到包含一個或多個相關應用程序的智能手機。反過來，智能手機與基于云的AI或數據管理應用程序進行通信，使可穿戴設備成為物聯(lián)網設備。

可穿戴設備花費大量時間與云斷開連接，感知、預處理、存儲數據并提供即時響應。其本地處理性能受到功耗限制以及對安全性和數據存儲需求的限制（圖 3）。

目前為止，一切都好。此規(guī)范提出了許多要求，包括：

可同時支持嵌入式處理和藍牙 5 的硬件

一套久經考驗的可靠傳感器

傳感器融合算法能夠將多個傳感器輸出組合成一個結果（圖 4）

為設備軟件和固件提供足夠的程序內存，以及用于在本地存儲數據直到可以傳輸數據的額外內存

用于診斷、維護和服務的 USB 接口和固件無線 （FOTA） 更新功能

在最終設計可以容納的尺寸和重量范圍內提供足夠容量和足夠充電能力的電池

成功道路上的坑洼

繼續(xù)我們的假設示例，開發(fā)人員可能會認為 Wi-Fi 是比 USB 服務接口更好的選擇 - 除了 Wi-Fi 消耗如此多的功率，以至于設備需要更大的電池和更多的硬件支持，從而導致更大的尺寸、重量和更高的總成本。完全避免這個錯誤比開始走這條路而不得不回頭要少得多，成本和時間要少得多。

在選擇其他硬件時也需要注意這一點，尤其是處理器。能夠處理器件有限編程和復雜性的低功耗微控制器比在尺寸和功耗方面可能過于矯枉過正的微處理器更可取。尋找具有集成功能的部件也可以大大降低成本、縮短上市時間和開發(fā)過程中的死胡同，因為與使用分立藍牙芯片相比，集成藍牙 5 的 MCU 可以節(jié)省空間和功耗。

并且，一定要選擇已知、經過資格預審的部件，并在適當時配備可靠的驅動程序軟件（如傳感器）。

雖然原型設計當然是開發(fā)過程的重要組成部分，但請嘗試選擇具有所選處理器的評估板，而不是一些嵌入式Linux板。前者可以讓您更輕松地實現(xiàn)工作、靈活的設計，但也可以讓您更好地了解組件在最終包裝中如何組合在一起。

是否有可以放入非常小的封裝中的MCU版本？電池和接口將位于可穿戴設備上的什么位置？在流程的早期考慮這些問題有助于避免阻礙浪費上市時間、增加巨大成本并最終扼殺產品的障礙。

為軟件尋找安全之路

設計中很少被預先理解的一個方面是所需軟件的范圍和數量。當然，有將在設備上運行的軟件（這本身就是一個主題），還有將在智能手機上運行的應用程序（是的，Android 和 iOS 版本），以及提高設備可用性所需的云軟件。需要就開發(fā)方法、外觀和感覺做出決定，以使所有這些軟件盡可能可靠和一致。

超級循環(huán)、意大利面條代碼和實時操作系統(tǒng)

如果不仔細繪制，為嵌入式處理器開發(fā)軟件可能是一條危險的道路。從頭開始編寫所有代碼的誘惑可能是致命的。首先，這需要對外圍設備、安全性、文件系統(tǒng)、實時時鐘等的所有支持進行編碼。僅此一項就花費了大量時間，并且意味著不可避免的錯誤和調試。即便如此，軟件也可能存在部署后仍未檢測到的錯誤。

“從頭開始編寫所有內容”的一個常見推論是“超級循環(huán)”方法。在超級循環(huán)中，從頭開始寫入以單個控制循環(huán)的形式繼續(xù)，該控制循環(huán)連續(xù)輪詢不同外設以獲取數據和過程。這樣的循環(huán)以其最簡單的形式很容易理解，但很快就會變成一堆意大利面條，并且隨著功能的增長而變得無法理解或維護。走上這條路只會讓你走得更遠，并導致發(fā)展和金融災難。

雖然基于平臺的開發(fā)對于邊緣設備（即智能手機）和云來說幾乎是理所當然的，但必須為嵌入式設備積極尋找、評估和選擇。從一開始，這意味著使用專門針對項目中使用的 MCU 架構的實時操作系統(tǒng) （RTOS）（圖 5）。使用RTOS提供了一個即時平臺，該平臺在MCU上運行，并根據需要從外設服務中斷，提供現(xiàn)成的I / O和其他基本功能。僅此一項就提供了大量現(xiàn)成的、經過測試的、通常經過認證的代碼，您可以在其中添加獨特的功能（增值）。它還縮短了上市時間，并確保了該級別的代碼正確性，可以認為該級別是安全的、經過測試的、已經集成的、完整的和高效的，克服了超級循環(huán)方法的所有限制。

實時操作系統(tǒng)還可以使原型設計更加容易。在前面提到的傳感器融合示例中，原型設計將幫助開發(fā)人員了解需要哪些傳感器，哪種算法最適合將傳感器輸出組合成單個數量，以及所選處理器（可能具有快速乘法/累加 （MAC） 操作性能）能夠過濾來自傳感器的噪聲。RTOS 對基于一系列處理器的外設和原型開發(fā)板提供豐富的支持，為全面的原型設計和開發(fā)提供了強大的平臺。精心挑選的 RTOS 可以提供預先測試的設備驅動程序;安全功能;文件系統(tǒng);并支持各種傳感器、攝像頭和無線電。

手機框架

當涉及到邊緣設備（這里是智能手機，但在其他情況下可能是PC）時，還有眾所周知的操作系統(tǒng)，如Android和iOS，以及用于智能手機開發(fā)的強大編程語言和工具。一個可能的陷阱是兩種類型的手機上的功能和用戶體驗（例如用戶界面等）之間存在差異。在這里，框架可用于幫助協(xié)調開發(fā)。

盡管如此，開發(fā)手機應用程序的成本很容易被低估。鑒于大多數產品同時針對Android和iPhone，在手機上使用框架的決定可能是一個艱難的決定。如果單獨開發(fā)，可以實現(xiàn)幾乎相同的外觀和感覺，但開發(fā)成本和維護成本會更高。使用框架，兩個應用程序可以一起維護，可能會降低成本，但創(chuàng)建不太靈活的用戶界面。

云平臺抽象挑戰(zhàn)，但不是全部挑戰(zhàn)

幸運的是，IBM Watson IoT和Microsoft Azure等平臺為開發(fā)云應用程序提供了堅實的環(huán)境。它們提供云/邊緣/設備連接選項、數據管理工具和人工智能 （AI） 框架，可以分析大量數據并優(yōu)化在設備和邊緣系統(tǒng)上運行的應用程序。

開發(fā)云軟件和云平臺本身也可能很昂貴。豐富的環(huán)境和高級云處理可能需要大量開發(fā)，尤其是在應用程序需要復雜的學習算法的情況下。

人工智能需要大量原始的真實數據，這些數據需要收集、預處理以消除噪聲和清理信號，由深度學習神經網絡再次處理，最后要么在后端運行，要么移動到邊緣。這種AI處理可以極大地改善您的產品，但是如果您缺乏算法開發(fā)經驗和/或不熟悉使用數字信號處理來清理信號，則比您想象的要困難得多。所有這些在時間、風險和總工作量方面往往被低估了。從簡單的分析開始，并增加您的成功。

節(jié)省的時間就是賺來的錢

毫無疑問，產品開發(fā)中最昂貴的方面是時間——重新設計設計所花費的時間，測試本可以購買的現(xiàn)成測試組件，以及修復錯誤和錯誤決策。

市場份額的價值是總開發(fā)成本的 10 到 1000 倍，因此上市時間、質量和可靠性比內部工程組件節(jié)省的相對較少的成本更重要。

盡快占領市場份額的一種途徑是選擇具有您所需外設支持和靈活性的實時操作系統(tǒng)，以及可以使您的產品真正成功的處理器。

審核編輯：郭婷