Microsoft Azure Sphere技术方案的探究

在之前的文章—《Amazon推广AWS IoT的最后一块拼图：a：FreeRTOS》中，笔者曾介绍“a：FreeRTOS”是Amazon整体物联网技术策略的一环，而目前在云端市场上最具份量的业者，除了Amazon的AWS（Amazon Web Services）外，就是Microsoft的Azure与Google的GCP（Google Cloud Platform）或称Google Cloud，更次则为IBM Cloud。

对于物联网的前端技术布局，Google早在2015年5月就提出Android Things（更早之前称为Brillo）为物联网前端装置所用的操作系统，Amazon则在2017年11月提出a：FreeRTOS，而Microsoft直到2018年4月才提出相似定位的技术方案，称为Azure Sphere。

Azure Sphere MT3620 Development Kit

Azure Sphere基本介绍

Azure Sphere是由三部分所构成，一个是微控制器芯片（MCU）、一个是在微控制器芯片上执行的嵌入式操作系统（OS），还有一个是与之对应的云端服务。真正与Android Things、a：FreeRTOS对应抗衡的是Azure Sphere OS。

在这里先说明一点名称的典故，Microsoft与其云端服务有关的方案多会冠上Azure一词，例如其物联网云端服务称为Azure IoT，其中又包含了Azure IoT Hub、Azure IoT、Azure IoT Edge、Azure IoT Central、Azure IoT Suite等，而去年第二季，Microsoft推出放置于客户端执行的Azure云单执行环境方案则称为Azure Stack，以Azure开头为名的软件、服务、技术方案有非常多。

Sphere（球体）一词在信息技术（IT）产业相当常用，一些知名的软件多以此为名，如IBM的中间件WebSphere，VMware的虚拟化系统软件vSphere等。（题外话，信息技术产业爱用的另外一个词是Cube（立方体），多用在硬件上，但不知为何，以Cube为名的硬件产品多半不热销，如Steve Jobs（贾柏斯）创立的NeXT所推出的NeXTCube工作站，之后在Apple时期推出的PowerPC G4 Cube桌面计算机也是卖一年就停产，其他如Nintendo（任天堂）的GameCube游乐器、ASUS（华硕）的CUBE with Google TV。）

回归正题，Microsoft提出的Azure Sphere，与Amazon、Google不同的地方在于强调全层面、全环节的安全性，安全性从MCU芯片的设计开发阶段就已经进行要求，然后OS操作系统也是。最后联机运作时，将数据传递到云端的过程标榜安全芯片、安全软件、安全云端服务。

在具体发展上，Microsoft与联发科合作，以联发科的MT3620芯片来发展Azure Sphere MCU，从目前的报导来看，Microsoft有意以自家品牌推广此芯片，因为芯片外打印Microsoft字样，但估计为了扩大与加速发展，也会实行与Amazon相同政策，即广泛对芯片商提供Azure Sphere认证，合乎其安全规范则可使用，或者是授权芯片电路技术供他人量产。

Azure Sphere OS未来发展

至于Azure Sphere OS方面，Microsoft已坦言是以Linux为基础所修改成，COMPUTEX展上的Azure Sphere方案解说人员表示，未来有可能将Azure Sphere OS的源代码开放出来，目前仍在封闭阶段。

至此有一个疑问：Azure Sphere OS需要多少硬件效能与硬件资源才能执行？目前这方面的信息尚未完整，但以MT3620芯片来推敲，至少需要500MHz Cortex－A7、4MB SRAM系统内存才行。另外，芯片内有个Pluton（冥王星）安全子系统，是另一个独立系统在运作，该系统有一个Cortex－M4F核心，搭配特有的Pluton引擎，来实现芯片层面的安全性。

微软的物联网的生态体系：连网微控制器（MCU）、Linux核心，与Azure Sphere云端服务

芯片内针对I／O部份也使用2个Cortex－M4F核心，在Wi－Fi无线收发方面则再用一个晶心科技（Andes）的N9核心。有趣的是，过去联发科于2014年针对创客提出的LinkIt Connect 7681，其芯片MT7681的核心就是使用N9，而联发科也有投资晶心。

以4MB内存来看，Azure Sphere OS正好介于Android Things与a：FreeRTOS间，Android Things官方要求32MB～64MB以上内存，a：FreeRTOS则是16KB～64KB，看来科技大厂对物联网前端装置的终极硬件规格形貌，仍在尝试探索中。

小结

另外，各位可能会好奇Azure Sphere支持的通讯协议，就目前所知，似乎仅支持Wi－Fi一类，然而多数的物联网操作系统为了加速普及化，多半广泛支持多种通讯协议，即便是Apple的HomeKit都支援Wi－Fi与蓝牙（Bluetooth）两类。因此，Azure Sphere仍在很前期的发展阶段，讲究的是三环节的完整串连，各环节的发展都很初步，未来才可能扩展延伸强化。

至于云端服务方面，则是由Microsoft自家的Azure云端服务提供全程加密，另外前述的各类Azure IoT服务与软件也能与之呼应。其他的支持项目当然也包含Microsoft最知名的程序开发工具Visual Studio。

最后，由于要500MHz Coretex－A7核心、4MB内存，笔者估计，短期内无法使用于电池运作的物联网装置上。事实上，现有的Microsoft介绍中，似乎都是暗示电冰箱、洗衣机等有插头的家电内使用Azure Sphere，或者Microsoft未来会再推行适合电池运作的Azure Sphere方案。

作者：陆向阳

审核编辑：符乾江