物聯(lián)網(wǎng)的第一波云輔助應(yīng)用程序已經(jīng)證明了這一概念的價(jià)值以及高級(jí)協(xié)作處理可以帶來(lái)的不同。這些應(yīng)用程序可以更輕松地檢測(cè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中的模式，并發(fā)現(xiàn)需要注意的問(wèn)題。通過(guò)這樣做，他們正在減少管理成本和停機(jī)時(shí)間，并改善用戶服務(wù)。

數(shù)據(jù)中心的低成本計(jì)算使得將物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)所需的大部分處理卸載到云中似乎很有吸引力，但這些基本成本考慮因素很容易被許多實(shí)際考慮因素所抵消。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一個(gè)主要的、通常是隱藏的成本可能是安裝成本，特別是對(duì)于需要放置在難以訪問(wèn)的位置的傳感器節(jié)點(diǎn)。這給嵌入式設(shè)備的設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多限制。

很多時(shí)候，它需要盡可能緊湊。另一個(gè)考慮因素是能耗?？赡軟](méi)有辦法提供主電源。相反，系統(tǒng)需要可能在其多年的整個(gè)生命周期內(nèi)運(yùn)行存儲(chǔ)在主電池中的電荷。從嵌入式設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，這兩個(gè)因素往往表明使用基于SoC的解決方案是最可行的方法。這會(huì)將節(jié)點(diǎn)的幾乎所有功能放入單個(gè)包中。使用 SoC 實(shí)現(xiàn)可最大限度地減少子系統(tǒng)相互通信所需的電能。此外，這些模塊可以設(shè)計(jì)為以最小化系統(tǒng)級(jí)功耗的方式進(jìn)行協(xié)作。

通信帶寬是另一個(gè)限制因素。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，可能需要高RF功率水平來(lái)確保數(shù)據(jù)能夠可靠地到達(dá)網(wǎng)關(guān)。這迫使設(shè)計(jì)人員不僅要選擇高效率的協(xié)議，還要考慮節(jié)點(diǎn)應(yīng)該傳輸多少數(shù)據(jù)。在許多情況下，節(jié)點(diǎn)接收到的傳感器數(shù)據(jù)將指示正常運(yùn)行。沒(méi)有必要繼續(xù)將報(bào)告此情況的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這樣做可以在早期階段耗盡電池電量。

重要的是檢測(cè)并報(bào)告性能的重大變化。在許多情況下，這些條件不是由一個(gè)變量的突然偏移來(lái)表示，而是由多種因素的組合來(lái)表示。這就是更高級(jí)的處理發(fā)揮作用的地方。但是，可以將此分析轉(zhuǎn)移到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)仔細(xì)注意平衡所需的計(jì)算資源及其對(duì)整體功耗的影響。在具有協(xié)處理支持的設(shè)備上運(yùn)行的簡(jiǎn)化軟件使得無(wú)需遠(yuǎn)程服務(wù)器參與即可執(zhí)行大部分分析。將處理轉(zhuǎn)移到邊緣的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果核心網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)生故障或遭受擁塞，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以自主地對(duì)問(wèn)題做出反應(yīng)。

每當(dāng)節(jié)點(diǎn)認(rèn)為更改足夠重要以通知網(wǎng)關(guān)或服務(wù)器時(shí)，它可以包括長(zhǎng)期行為的指示，以幫助更新可能在本地網(wǎng)關(guān)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中使用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。向需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包添加少量額外數(shù)據(jù)的增量成本遠(yuǎn)低于在數(shù)據(jù)可用時(shí)立即在其自己的數(shù)據(jù)包中發(fā)送數(shù)據(jù)。這只是許多重要的系統(tǒng)級(jí)決策之一，這些決策將對(duì)邊緣設(shè)備設(shè)計(jì)的功效產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。需要采取許多此類決定。這就是利用參與過(guò)許多邊緣設(shè)備設(shè)計(jì)的人員的專業(yè)知識(shí)的能力非常重要的地方。

盡管 SoC 通常是邊緣節(jié)點(diǎn)的正確選擇，但問(wèn)題是應(yīng)該如何獲取它。它不必是現(xiàn)成的部分。事實(shí)上，在許多情況下，采用現(xiàn)成的SoC并不能滿足最終應(yīng)用的要求，特別是當(dāng)考慮超出純功能的因素時(shí)。

當(dāng)今設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，特別是當(dāng)他們使用現(xiàn)成的SoC來(lái)構(gòu)成設(shè)計(jì)的核心時(shí)，解決方案可以相對(duì)容易地進(jìn)行逆向工程。由于制造商需要使SoC適合最廣泛的開(kāi)發(fā)人員選擇，因此他們的寄存器映射和指令集很容易獲得。使用現(xiàn)成的設(shè)備的另一個(gè)方面是，制造商需要專注于當(dāng)前一代的工藝節(jié)點(diǎn)，以便從SoC處理器內(nèi)核開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的NRE中獲利，因此沒(méi)有探索與較新但仍然功能強(qiáng)大的工藝幾何形狀相關(guān)的較低成本。即使存儲(chǔ)在芯片上的重要程序代碼是加密的，并且僅在執(zhí)行前立即解壓縮，通常也可以使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試端口來(lái)跟蹤程序行為并提取存儲(chǔ)在其中的軟件。另一種方法是考慮將設(shè)計(jì)基于自定義 SoC。它提供了使用硬件擴(kuò)展的機(jī)會(huì)，這將使對(duì)解決方案進(jìn)行逆向工程變得更加困難。此外，定制設(shè)計(jì)可以利用防篡改技術(shù)，這使得提取內(nèi)部固件或確定設(shè)備如何運(yùn)行以及哪些適合應(yīng)用變得極其困難。

對(duì)于現(xiàn)成 SoC 的用戶來(lái)說(shuō)，還有另一個(gè)問(wèn)題。即使設(shè)計(jì)完成并且系統(tǒng)正在交付，計(jì)劃也很容易被SoC供應(yīng)商破壞，他們決定終止對(duì)實(shí)現(xiàn)的支持并使部件過(guò)時(shí)。要解決這個(gè)問(wèn)題，就需要在報(bào)廢批量購(gòu)買中鎖定重要資本，冒著追逐灰色市場(chǎng)供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，或者將潛在昂貴的端口移植到不同的SoC，這些SoC可能沒(méi)有正確的功能組合，或者因?yàn)樗罅坎槐匾膬?nèi)核和接口而證明體積更昂貴。

自定義 SoC 為用戶提供了對(duì)電源的控制。代工廠很少停止使用工藝節(jié)點(diǎn)，尤其是現(xiàn)在用于物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的成熟且資源充足的節(jié)點(diǎn)。這些資源包括對(duì)模擬、數(shù)字和RF電路的廣泛支持，以支持I/O的集成，從而最大限度地減少最終部件的尺寸和成本。

通過(guò)定制 SoC，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以選擇軟件友好的硬件接口，而不是依賴于可能專注于不同應(yīng)用的工程師做出的設(shè)計(jì)決策。高效的軟硬件接口不僅縮短了上市時(shí)間，還提高了整體系統(tǒng)的可維護(hù)性。這可以通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)SoC來(lái)實(shí)現(xiàn)，該SoC具有精心規(guī)劃的內(nèi)存和寄存器映射，并提前與軟件開(kāi)發(fā)人員一起審查。

此外，在物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備中，能耗通常高度依賴于軟件與硬件級(jí)事件的交互方式。軟件開(kāi)發(fā)人員可以為外圍設(shè)備的管理提供有價(jià)值的輸入，從而幫助減少功耗。在休眠模式下管理外設(shè)的狀態(tài)機(jī)可以不強(qiáng)制 RTOS 頻繁輪詢數(shù)據(jù)，從而大大提高軟件效率。智能外設(shè)能夠在處理器內(nèi)核休眠時(shí)使用直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）等技術(shù)攔截I / O并臨時(shí)存儲(chǔ)它，從而提高物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的能效。如果輸入超過(guò)閾值，狀態(tài)機(jī)可以發(fā)現(xiàn)該閾值并喚醒處理器，以便它可以分析條件。

減少軟件開(kāi)銷的更高級(jí)的處理可以包括在硬件中實(shí)現(xiàn)加密操作。這不僅降低了加密和解密的能耗，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)安全來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要。它降低了設(shè)計(jì)受到損害的風(fēng)險(xiǎn)。使用專用硬件，可以更直接地設(shè)計(jì)針對(duì)側(cè)信道攻擊和類似問(wèn)題的對(duì)策。其他用于分析數(shù)據(jù)的協(xié)處理器可以與軟件團(tuán)隊(duì)一起設(shè)計(jì)，以確保以最佳設(shè)計(jì)方式實(shí)施節(jié)省功耗、時(shí)間和成本的操作。

例如，S3 半導(dǎo)體通過(guò)建立一種平臺(tái)方法來(lái)為 IoT/IioT 邊緣應(yīng)用設(shè)計(jì) SoC，從而進(jìn)一步推動(dòng)了自定義 SoC 開(kāi)發(fā)?！癝mart Edge”平臺(tái)將構(gòu)建模塊組件集成在一起，以提供高度優(yōu)化的單芯片定制 SoC.使用特定的模擬前端 （AFE） IP 模塊可輕松適應(yīng)不同的傳感器，這些 IP 模塊在給定任務(wù)下非常高效，可確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠最大限度地提高每個(gè)傳感器元件的性能。

這項(xiàng)工作的結(jié)果是 SoC 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)或系統(tǒng)供應(yīng)商在多個(gè)層面（功能、安全性、成本和能效）的需求進(jìn)行了優(yōu)化。SoC實(shí)施專家的支持可以就工藝、系統(tǒng)架構(gòu)、電路設(shè)計(jì)和軟件基礎(chǔ)設(shè)施考慮因素提供建議，這將確保項(xiàng)目的成功。

審核編輯：郭婷