詳解全球嵌入式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

回顧已經(jīng)過去的2016年，嵌入式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，嵌入式技術(shù)在鞏固傳統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，探索新興市場， 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)是其中最具有廣泛性的應(yīng)用市場。在以創(chuàng)新推動的新技術(shù)革命中，物聯(lián)網(wǎng)無疑將帶給產(chǎn)業(yè)更大的變革性與破壞性，它使我們能夠?qū)?shù)字世界與物理世界緊密連接，對企業(yè)接觸客戶的方式，創(chuàng)造新的服務(wù)帶來深遠的影響。2017年已經(jīng)到來，作為國內(nèi)唯一關(guān)注嵌入式領(lǐng)域的專業(yè)展-深圳國際嵌入式系統(tǒng)展，特邀業(yè)界資深專家何小慶老師，就嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將是一個怎樣的發(fā)展趨勢，做一個簡要的分析和總結(jié)。

第一：并購對嵌入式處理器發(fā)展產(chǎn)生深遠影響

過去一年和未來一段時間，芯片供應(yīng)商仍然渴望通過并購削減成本進一步增加利潤。芯片供應(yīng)商需要在當前產(chǎn)品上留出足夠的利潤為下一代產(chǎn)品研發(fā)提供資金，并且隨著成本的增加，他們需要找出如何提高回報率的方法。最近我們看到的這些并購包括Quallcomm 與NXP、Microchip與Atmel和Renesas和Intersil，這些并購需要1-2年的時間的整合和消化，所以從短期看并購會影響嵌入式處理器技術(shù)和市場的發(fā)展，但是從長遠看并購將有益于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)的推廣和普及。因為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求處理器設(shè)計要提供面向最終用戶和應(yīng)用程序的解決方案，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的芯片設(shè)計強調(diào)功率效率，安全性，開發(fā)工具易用型和成本降低，這些都需要芯片供應(yīng)商在研發(fā)上投入資金，研發(fā)出集成度更好、軟件支撐更好的嵌入式處理器(包括微控制器)解決方案，相信在2018年業(yè)界可以看到更多創(chuàng)新性的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)芯片解決方案。

并購將引導嵌入式處理器向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用垂直市場發(fā)展，芯片市場領(lǐng)導者將他們的重點轉(zhuǎn)向高增長的市場機會，比如汽車輔助駕駛(ADAS)、自動駕駛、機器視覺、人工智能(AI)和5G。針對這些垂直市場，領(lǐng)先的芯片供應(yīng)商也已經(jīng)采取收購戰(zhàn)略，比如最近三星收購哈曼進入汽車市場、Intel收購Movidius 打入機器視覺市場，Movidius 是一家創(chuàng)業(yè)公司，機器視覺芯片已經(jīng)應(yīng)用在大疆無人機和谷歌Tango AR 手機上，熾手可熱。雖然這些垂直市場規(guī)模目前還很小，但是未來有極大的商業(yè)機會，芯片公司不愿意放棄這些機會，芯片更是在垂直市場的并購還將會持續(xù)下去。

物聯(lián)網(wǎng)將側(cè)重于低成本，低功耗和功率效率， 現(xiàn)有嵌入式處理器和微控制器(MCU)產(chǎn)品的性能足以滿足大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。大多數(shù)嵌入式應(yīng)用不需要最高的性能，他們需要最佳的功率效率和最低的功耗。領(lǐng)先的嵌入式處理器供應(yīng)商將繼續(xù)針對目標應(yīng)用，提供最佳集成度和功率效率，并具有合適的尺寸芯片產(chǎn)品。

曾經(jīng)借助8位單片機成功上位的微控制器(MCU)，經(jīng)過多年的磨練，迎來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮。32位微控制器在低功耗和永遠在線的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中都將占據(jù)重要的版圖，針對物聯(lián)網(wǎng)市場的MCU發(fā)展勢頭不會降低，微控制器集成度越來越高，軟件平臺將越來越豐富，處理器與傳感器和云端的結(jié)合將越來越緊密。

嵌入式處理器和微控制器是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件，目前ARM是這個市場的領(lǐng)導者，基于ARM 處理器核的微控制器和處理器占據(jù)絕大多數(shù)嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)市場份額， 隨著機器視覺、虛擬現(xiàn)實和人工智能等創(chuàng)新技術(shù)的興起，GPU的作用和影響力越來越大，不容小視。物聯(lián)網(wǎng)的普及帶動了低功耗計算和無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，未來在這個領(lǐng)域?qū)霈F(xiàn)全新的處理器技術(shù)和商業(yè)模式，人工智能(AI)將計算需要進一步提升，嵌入式邊緣計算對于優(yōu)化計算能力，實時性的提高發(fā)揮巨大的作用，亞馬遜的Alexa就是一個例子，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能將推動新型處理器架構(gòu)的研發(fā)和應(yīng)用，開源硬件(包括開源芯片)將是一種發(fā)展趨勢。

第二：物聯(lián)網(wǎng)云平臺進入成熟期

云計算有三種方式：軟件即服務(wù)(SaaS)，平臺即服務(wù)(PaaS)和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)， 物聯(lián)網(wǎng)云平臺是云計算PaaS的一種應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)云平臺(IoT Platform)的架構(gòu)如下圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(Device)，通過藍牙(Bluetooth) 和Zigbee無線通信鏈路與設(shè)備網(wǎng)管(Device Gateway)或者智能手機通信，然后再通過WiFi和 4G/LTE 通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)云平臺連接，它借助公有云IaaS的基礎(chǔ)云服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供接入到運營管理全生命周期服務(wù)的能力。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺

目前國外知名的物聯(lián)網(wǎng)云平臺有亞馬遜AWS IoT ，

微軟的Azure IoT、通用電氣的PredixIoT(見圖2)、IBM Watson IoT和PTC IoT(ThingsWork)平臺。 國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺有中國移動OneNet、廣州機智云和阿里智能云，開源物聯(lián)網(wǎng)云平臺有Kaa和 Eclipekura項目。

圖2 通用電氣的Predix IoT平臺

傳統(tǒng)的企業(yè)軟件公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研發(fā)針對企業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)云平臺，他們的觸角已經(jīng)進入物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域，國外也稱為Enterprise IoT ，針對企業(yè)應(yīng)用的IoT市場在今后1-2年會快速發(fā)展，比如企業(yè)的聯(lián)網(wǎng)汽車、智慧城市和智能工業(yè)項目，傳統(tǒng)的企業(yè)軟件公司會通過構(gòu)建生態(tài)環(huán)境率先在1-2個垂直市場打開局面，然后再逐漸拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

第三：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)異軍突起

隨著開源軟件越來很成熟，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)大量采用開源軟件，比如Linux操作系統(tǒng)。除了汽車電子、航天和國防等安全和可靠性要求的領(lǐng)域繼續(xù)保持較快的發(fā)展速度，傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)增長緩慢，缺少可以盈利的商業(yè)模式。隨著物聯(lián)網(wǎng)云平臺的發(fā)展，嵌入在設(shè)備端的操作系統(tǒng)也正在和云平臺結(jié)合，形成一個全新的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)(國外也稱為 OperaTIng Systemfor Internetof Things)。目前已經(jīng)有的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)有ARM mbed OS(見圖3)、谷歌的Android Things、微軟的Windows 10 IoT Core、華為的LiteOS 和慶科Mico OS。

圖3 ARM mbed OS 應(yīng)用示意圖

盡管科技巨頭們在力推物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，開源軟件在未來還將活躍較長一段時間。如FreeRTOS(智能手表鼻祖Pebble和許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都使用了FreeRTOS)、TInyOS等等。這是因為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需求不明確、，商業(yè)模式不成熟，加上物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)技術(shù)在發(fā)展之中，還待在產(chǎn)品中驗證，部分用戶會傾向于選擇開源軟件去定制適合自己的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。

第四：物聯(lián)網(wǎng)安全任重道遠

2016年10月21日美國境內(nèi)包括亞馬遜，推特在內(nèi)的大規(guī)律網(wǎng)絡(luò)癱瘓，起因是DNS服務(wù)商Dys 遭到DDos攻擊，Dys 發(fā)布聲明稱幕后可能是10萬個感染了Miral 惡意軟件的IoT設(shè)備，這讓廣受關(guān)注的IoT安全推上風口浪尖。10月26日美國安全研究團隊Shellphish 在極客大會表演破解華為P9 lite 手機指紋解鎖的功能， 以及2015年杭州某視頻監(jiān)控設(shè)備企業(yè)安全門事件，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全問題越來越受到關(guān)注。

此前，智能產(chǎn)品制造商只是考慮保護他們的設(shè)備的功能安全和它們所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的安全，即使是這個要求，設(shè)備制造商，特別是消費類電子產(chǎn)品，許多是完不成這個任務(wù)的。現(xiàn)在他們被要求幫助保護設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，甚至不屬于他們自己的客戶的安全性，更加困難的是，物聯(lián)網(wǎng)安全設(shè)計目前還處在正在探索階段，目前還沒有很成熟的設(shè)計和實現(xiàn)方法。

嵌入式系統(tǒng)安全的另外一個層面的含義是嵌入式設(shè)備的功能安全(FuncTIonal safety)，汽車電子、工廠自動化、工業(yè)儀控、軌道交通信號、智能電網(wǎng)等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)相關(guān)領(lǐng)域?qū)δ馨踩男枨笞顬槠惹?，這個方面的設(shè)計和實施方法也比較規(guī)范，商業(yè)公司也有成熟的軟件和工具，可以提供項目咨詢和服務(wù)。

2017年將是嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在調(diào)整中發(fā)展的一年，隨著芯片公司并購后的整合逐漸完成，部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將落地開花并成形成規(guī)模。2017年窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(LPWAN)發(fā)展迅速，LoRa、Sigfox和NB-IoT幾個標準的芯片、平臺和網(wǎng)絡(luò)齊頭并進。中國剛剛宣布了已經(jīng)在北京懷柔建設(shè)了全球最大的5G試驗外場，可提供端到端的測試環(huán)境，將有助于促進5G標準的形成和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。5G標準的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一， 5G中低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是 5G 新拓展的新方向。

2018年將迎來嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有突破性發(fā)展的一年，操作系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研發(fā)和優(yōu)化將日趨成熟，處理器技術(shù)在虛擬現(xiàn)實和人工智能快速發(fā)展帶動下將會有耳目一新的發(fā)展，在新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展將迎來高速發(fā)展新時代。

第六屆深圳國際嵌入式系統(tǒng)展EMBEDDED EXPO 2017將于2017年12月21-23日在深圳會展中心舉行。作為中國地區(qū)嵌入式領(lǐng)域年度盛會，嵌入式系統(tǒng)展聚集嵌入式及各應(yīng)用行業(yè)的專業(yè)人士、買家與決策人員，為整個產(chǎn)業(yè)鏈提供從元件、模塊、嵌入式板卡、到各行業(yè)智能系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)解決方案的一站式交流平臺。

2017嵌入式系統(tǒng)展關(guān)注的熱點包括：云計算與物聯(lián)網(wǎng)安全、開源硬件和創(chuàng)客運動以及無線技術(shù)發(fā)展;嵌入式技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、工業(yè)4.0、智能工廠與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)，以及熱門行業(yè)應(yīng)用解決方案包括：智能樓宇、智慧城市、智能交通、安防、金融、零售也將備受關(guān)注。更多詳情，歡迎登陸官網(wǎng)：www.elexcon.com

延伸閱讀：

【1】關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)更多的市場信息可以閱讀2017年1月23日《財經(jīng)》記者周源的文章 “逐鹿物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”，這篇文章是目前探討物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場發(fā)展最詳實的一篇文章。

【2】關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)和開源嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)和演進歷史，可以參考筆者所著，機械工業(yè)出版社2016年11月出版的《嵌入式操作系統(tǒng)風云錄：歷史演進與物聯(lián)網(wǎng)未來》一書。

【3】關(guān)于嵌入式系統(tǒng)安全，可以參考Davidkleidermacher著周慶國等人翻譯，機械工業(yè)出版社2015年出版的《嵌入式系統(tǒng)安全：安全與可信軟件開發(fā)實戰(zhàn)方法》。本書是國內(nèi)外極少看到的嵌入式系統(tǒng)安全圖書中非常好的一本。

【4】關(guān)于企業(yè)IoT技術(shù)和市場分析，建議參考Dirk Slama、Frank Puhlmann等著 OREILLY 出版的《Enterprise IoT： startegies&Best PracTIces for Connected Product&Service》本書的兩位主要作者來自德國Bosch公司，本書理論與實際結(jié)合，內(nèi)容貼近當下的應(yīng)用場景。