关于做嵌入式和物联网的前景分析和介绍

嵌入式开发工程师大概是最好学的一群人，从单片机C语言，到数模电Linux都要会，从MCU/MPU，到DSP/SoC都得学。近些年流行物联网，各种无线协议、低功耗和安全设计也要统统学起来，谁让咱们是搞嵌入式的呢，得与时俱进啊。

受益于这些强大的嵌入式开发者，物联网在中国落地速度非常快，如今已经影响到了我们生活中的方方面面。

“前段时间大家都在谈论摩拜单车，几个80后的孩子，成了新一代年轻人创业的典范。对于我们这些做嵌入式技术的老兵来说，摩拜最吸引的地方则是物联网模式，如果没有物联网，这么多单车管理起来相当困难，也不可能短时间取得这么好市占率。”

4月17日，在博闻创意主办的嵌入式技术与物联网发展趋势研讨会上，中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长何小庆说到。

嵌入式技术与物联网发展研讨会

时间：2018年4月17日

地点：康佳之星孵化器

嵌入式技术和IoT发展新趋势

中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长 何小庆

过去我们说物联网，大多基于万物互联的概念，也就是传感器网络与终端、云的结合。近年来人工智能（AI）的火爆，又给物联网加了一层定义——万物智能，这也给了物联网开发者指出了一个新的开发方向。

万物是不是有必要都智能呢？暂时不好说，但何小庆认为嵌入式和物联网未来有三大主要的基础方向是不能动摇的，第一是互联互通，第二是绿色环保，也就是低功耗，第三是Safety和Security，可以理解为稳定与安全。

为什么那么多芯片公司做物联网，没看到赚大钱的呢？

答案可以参考过去几年半导体行业的疯狂并购，目的就是降低成本、提高利润，这也是目前物联网芯片最需要的。

何小庆举了高通（Qualcomm）收购恩智浦半导体（NXP）的例子。虽然合并还未完成，但今后NXP的方向一定是汽车电子，和嵌入式物联网，与此同时由于资源整合，他们物联网芯片的性价比会更高。

何小庆认为：“ 物联网会驱动整个芯片产业向更安全、更低成本，更高性能，更低功耗这几个方面发展，预计今年会比2017年看到更多更好的物联网芯片，MCU将会是物联网领域最主要的表演者。并购会把物联网带到一些专业应用领域里，而这些领域原来嵌入式通用处理器不太会涉及，都是小型技术公司在做。半导体大厂并购小公司后的加持，会让这些市场发展会更好更快，比如自动驾驶、计算机视觉、人工智能等。”

这样的例子也很好找，比如英特尔先后收购Movidius和Mobileye进入计算机视觉领域，因为无人驾驶需要。这种收购趋势在未来在垂直应用市场里还会更多，因为大公司花钱收购创新小公司，比自己花时间成本去从头研发划算得多。

同样对新创公司来说，做智能手机、移动处理器这类已经很难，但越靠边缘的生态环境越容易建立，比如做一个传感器网络的边缘节点处理器，这就是最近也很火的“边缘计算（edge computing）”。

什么是边缘计算？何小庆引用美国韦恩大学WeiSong Shi教授论文上的定义：Edge Computing是一种赋能技术，计算在网络的边缘可以完成，数据下行也可以，也可以让数据上行，平衡整个物联网的服务。

与边缘对应的是中心，中心就是云。

物联网离不开云，云计算目前可以分成三类：第一类是软件即服务（SaaS），第二类是平台即服务（PaaS），第三是架构即服务（IaaS）。

曾几何时，物联网刚兴起时，中国曾涌现出很多为物联网提供云平台的初创企业，如今都被大公司剿杀干净。现在我们看到最多的几家无非是亚马逊AWS、微软Azure和IBM Watson，国内的有中国移动OneNet、广州机智云GizWits和阿里云。

未来物联网云平台最大的机会在哪呢？何小庆表示，智能汽车、智慧城市监控系统合智能制造这三个领域将会发展最快。

为了占领这些制高点，很多公司开始推出自己的物联网操作系统，即使这个领域不是他们擅长的。微软来了，Micrium来了，庆科来了，华为来了，谷歌来了，海尔来了，阿里来了，亚马逊也带着FreeRTOS来凑热闹，更不用说ARM这个本来就想主导这个市场的硬件IP公司——他们2014年就推出了Mbed OS。

然而尴尬的是，截止2016年市面上使用最多的物联网OS还是Linux，其他OS加在一起还不够看的。

最后，何小庆预测2018-2019年，嵌入式技术会在半导体、软件和通信三大支柱支持下有突破性发展；到2020年，物联网的操作系统和无线通信技术会趋于成熟，人工智能会推动处理器技术发展；物联网芯片和云端的基础架构，也会在2-3年内成熟。

阻止ARM架构统一世界，就靠你了

“现场有没有人了解过RISC-V呢？” 武汉聚芯微电子架构师胡振波上来就提了这么一个问题，结果到场工程师只有十分之一表示了解过。

作为处理器架构中一颗冉冉升起的新星，RISC-V可是被很多公司寄予“终结ARM统一世界”厚望的，不少国家还把它作为国家标准指令集，因为这种架构诞生的目标就是成为一种完全开放、真正适合硬件实现且稳定的标准指令集，可以被任何学机构或商业组织自由使用。

武汉聚芯微电子架构师 胡振波

胡振波大致介绍了RISC-V的发展史。它2010年发源于伯克利大学，由于受够了现在处理器架构的复杂性和知识产权限制，计算机体系结构领域泰斗David Patterson当时大力支持和推动这款指令集。从第一代RISC-I开始，不断发展到今天的第五代RISC-V。

2016年成立的RISC-V基金会，如今已有包括Google、西部数据在内的大公司加入，中国厂商有***晶心（Andes）、华为、***联发科、杭州中天微（C-Sky）等

RISC-V是一种全新的指令集架构，指令集架构简称为ISA，是处理器的灵魂。举几个大家耳熟能详的例子，在服务器和桌面电脑方面，以英特尔为代表的X86架构高性能CPU占垄断地位，在移动手持和嵌入式设备领域，则基本上是ARM的天下。现在ARM还在侵蚀x86的服务器和桌面设备领域，大有一统天下的气势。

在这种背景之下，RISC-V诞生了。

RISC-V架构技术上的特点可以总归为三点，模块化、极简、可扩展。

模块化指令集，再配合一些扩展指令集，面对不同的应用，可以通过不同的模块组合来实现。

“极简”体现在这几个方面，传统ARM架构篇幅有数千页，RISC-V架构只有小于三百页，且一套指令集支持所有架构，基本指令集仅40余条，加上其他长用模块指令集总数也仅几十条。

“可扩展”也是一个特点，因为传统ARM指令不允许做指令集扩展，RISC-V则有一套很方便的方法让你做扩展。

当前主流的RISC-V版本盘点

从RISC-V目前的发展现状来看，由于其通用、免费和开放的特性，很多大公司开始为其背书，下表就是一些在公开新闻稿中表示过将支持RISC-V的大公司。

站在自主知识产权的角度，我国曾大力发展自主可控的CPU指令集架构，然而自主可控与普世通用生态存在天然的矛盾，不管ARM、MIPS，还是x86、Power PC，任何一种国外商用处理器架构都不能真正实现国产自主可控。

胡振波表示，RISC-V的到来，很好地解决了这个问题。首先，它是开放基金会组织定义标准，免费且不存在被国外公司所控制的问题。基金会组织、中国公司和个人都可以加入成为会员。另外它在全世界范围内迅速发展，产生全新的生态，普世通用指日可待。结合这两点来看，只有RISC-V这个架构才能真正实现国产自主的指令集架构。

胡振波还展示了他设计的基于RISC-V架构的“蜂鸟”E200系列处理器，与ARM Cortex-M0+的对比。据悉这是中国大陆目前唯一一款开源的RISC-V架构处理器内核。

对于与ARM内核的关系，胡振波认为做行业应用绕不开ARM，RISC-V作为一个全新的免费架构，自然就要处理和ARM的关系。ARM在既有的垄断领域会继续保持强势，永远都不可能会替代掉，但在一些新兴领域，比如说IoT、AI、边缘计算、数据中心，RISC-V与ARM应该是共赢互补的关系。

真实设备能做的，虚拟化能做得更好

现在有这么多的嵌入式设备，不管产品维护还是更新都是个问题，能不能把我们的设备放到虚拟化的系统当中去，达到电信级别一样的7*24小时不间断运行？ 能不能想装什么OS就装什么，不用换硬件？

风河公司的Linux专家、高级工程师黄运介绍了他们最新的面向工业4.0的雾计算平台Tintanium Control，可以很好地解决这个问题。

风河公司高级工程师Linux专家 黄运

一个具体的例子，普通客户希望看到他购买的产品的制造流程，比如买一辆车，下单后能在手机APP上看到它的制造过程；制造商这边，也希望可以把起来进行分析。于是就有了如下图的虚拟化流程：图的左边从Level 1到3是传统的数字化控制执行单元与App对接，右边是这块服务交给虚拟化去做后，节省了很多步骤，包括防火墙的成本，同时还能保证生产系统不被客户系统入侵。

风河这套用于工业虚拟化的系统具有几大特性：可靠性、可管理性、实施和可拓展性、安全性以及通用标准。

风河这款产品的软件组成是什么样的？请看下图。

最重要的一点，虚拟化后要怎么做故障恢复呢？举例说明，左右都是虚拟机（VM），平时做1:1备份，当左边这主机宕机被侦测到后，立即把业务动态迁移到右边运行，同时进行左机维修即可。

据黄运介绍，目前风河提供的Tintanium Control有两个版本，一个是用于电信的，一个是用于工业控制。何小庆老师称这个软件为电信和工业领域的VMware，这样你就好理解了吧。

快速部署从端到云的IoT应用

在嵌入式和工业控制领域有着30多年经验的研华，无论在硬件、软件还是云平台上，都是大神级别。会上，研华科技IoT嵌入式平台事业群华南区经理谭亮锋详细介绍了公司在嵌入式和物联网方面的产品和布局。

研华科技IoT嵌入式平台事业群华南区经理 谭亮锋

研华主要通过以下四个方式与途径，驱动嵌入式物联网的落地：

1、嵌入式运算平台方面，囊括全系列x86和ARM平台，有不同尺寸的方案，在所有硬件产品的基础上搭配WISE软件，基于不同的场合选择不同的软件去使用。

2、无线方面，收购了一家无线专业公司，推出M2.COM模块，可以在不同的物联网应用场景，用不同的设计方案，搭配出不同的组合方式。谭亮锋称，实现物联网有三个非常重要的技术，一是传感器，二是无线，三就是运算，目前在全球没有一家公司能够把这三项技术很好地整合，也没有标准可言，而研华通过M2.COM模块做到了。模块上面有用来运算的MCU，有无线功能，还有专业厂商的传感器，客户在不同的应用场合，会有不同的传感器的需求，所以可以选择不同的传感器接口、供电方式以及电池容量，做成不同尺寸的底板。然后搭配M2.COM的模块一起使用。

3、IoT软件部分，目前已经开发到了WISE-PaaS 2.0的版本。如下图，最底层是物联网传感节点层，可以采集多种传感器的数据，并把数据送到网关或云端；再上一层，边缘运算或网关层，这个层级有多种物联网网关及边缘智能服务器，把从物端或设备端的数据进行收集，分析处理，并转为物联网的MQTT协议后，把数据送到云端；第三层，也就是平台层（PaaS）或软件中间层。最高一层是应用层，也就是SaaS层，这部分研华并不涉及，而是有客户或具有行业经验的软件开发商来进行。

4、智能化终端和系统上，有不同平台处理器的网关，对物端或者设备端的数据进行采集和传输，我们称之为边缘智能服务器。在物联网，尤其是工业物联网的应用，边缘运算具有非常关键的作用，它可以解决无效数据造成的网络拥堵和服务器过载问题，还具有轻量数据库，轻量分析的功能。

小组讨论

在会后的小组讨论上，现场观众也就嵌入式技术和物联网踊跃提问， 这里挑选几个有趣的问答分享一下。

一位观众问，RISC-V架构的MCU会不会颠覆现有物联网领域？

胡振波认为，在中国，这个还存在争议。因为ARM目前在中国的强势，超过在其他国家，美国很多公司已经接纳RISC-V，但中国整体接纳程度偏低，最大的问题是IoT的软件生态还是以ARM为主，大家做起来都熟门熟路。但是在最边缘端的、封闭或半封闭的应用，生态性没有那么强，使用RISC-V的可能性就很大。

何小庆也补充道，RISC-V在中国有点尴尬，有两种处理器架构是能够接受的，一种是像ARM这种生态环境已经建设起来的。另外一种是架构自主可控，得到政府支持的，可以架构上创作一套层级，自己设计出一款芯片，就算是自己的，这种项目至少能够得到政府各方面的支持，这个企业也可以生存。RISC-V正好在中间，未来到底怎么去看这样一种开源的处理器核，我觉得首先在学术界是会有一定争执。但至少RISC-V得到了高校计算机结构体系教育系统的认可。

一位观众问，智慧城市、智慧家庭是一个很大的市场，我们看到小米的模式只是自己的产品，此外还有阿里模式，华为、美的在天猫商店卖的商品都支持阿里云或是相应的PD，您更看好哪种模式？

何小庆认为，这两种模式，一个是硬件厂商做法，比如说小米或苹果，另外一个就像阿里这样的互联网公司，从APP入手。短期之内应该还是苹果和小米这样的模式更容易成功，而且用户体验会好一些。并不是不认同阿里这种模式，两三年前微信也推出过微信硬件，但现在不知道还在不在？互联网公司，包括谷歌也推出过一些智能家居，想通过软件或者通过云，通过云管端的模式来玩，这种想法蛮好，但是真正到落地的时候不太容易成功。如果你是做智能家居的，我更看好像雷军这样的生态链，我以前不喜欢小米的产品，但是现在只要一般家里用的东西我都可以买来试一试，性价比OK，用户体验也还好，一个APP基本上都可以看的到。

还有一位观众问到，怎样理解边缘计算和AI之间的关系？

何小庆表示，边缘计算这个概念是人工智能在物联网或嵌入式系统里面的一个衍生，或者说一种实现方式。我们设想，如果所有的人工智能全部都在数据中心或者云端计算，那智能汽车肯定是不要坐了。智能汽车是一个最极端的应用场景，它的发展是人工智能推动的，所以一定要把海量大数据的算法成果加载到汽车的本地计算单元上。我觉得未来最理想的边缘计算实现模式，应该是联动的，就是可以在云端进行设置，填写一些参数，然后由系统自动的去分派哪些任务在边缘完成，哪些任务在云端完成，而且可以动态调整。但是我同意研华的做法——定制化的，不是定制化的话出了问题怎么办？但是我认为最理想的模式是靠云端的AI计算、识别出来，然后在系统中去分派，哪些是可以学习、调整的。

交流会在大家踊跃的提问和热烈的探讨中圆满结束！通过这次活动让嘉宾彼此有了更深度的了解，而这种学习与探讨相得益彰的交流形式，也让听众有了更深入的认识。