正如我們所知，物聯(lián)網(wǎng)重新定義了嵌入式系統(tǒng)工程。它開創(chuàng)了一個時代，在這個時代，相同的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以同時獲得更快的上市時間和更長的生命周期支持。它迫使組織放棄傳統(tǒng)的開發(fā)工作流程和組織結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用能夠支持這些期望的敏捷實(shí)踐和DevOps。

由物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施推動的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的爆炸式增長只會加速這些轉(zhuǎn)變。

物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目對設(shè)計(jì)速度和靈活性的日益重視也重新增加了對硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案的需求。從概念上講，只要芯片制造商一直在定義和實(shí)現(xiàn)指令集架構(gòu)，硬件-軟件協(xié)同設(shè)計(jì)就一直是電子產(chǎn)品的一部分。直到現(xiàn)在，它才通過 Arm 整體物聯(lián)網(wǎng)解決方案等產(chǎn)品發(fā)展到系統(tǒng)級，這些產(chǎn)品支持加速應(yīng)用程序開發(fā)、復(fù)雜的 AI 模型創(chuàng)建和全面的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧。

邁向完全虛擬的開發(fā)體驗(yàn)

要了解 Arm 的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案路線圖的發(fā)展方向，您必須考慮我們從哪里開始。

如前所述，硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)原則已經(jīng)存在了幾十年。然而，由于使用的硬件解決方案的數(shù)量和多樣性，它們在嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域基本上不成功。為構(gòu)建相對簡單的嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標(biāo)，也需要大規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴關(guān)系和充滿模型的數(shù)據(jù)中心才能有效。即使這些資源合并到某種通用的虛擬模型庫中，當(dāng)面對需要集成的虛擬硬件目標(biāo)的異構(gòu)分布時，首次引入物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)的云原生開發(fā)人員軍團(tuán)也將完全丟失。

在 2021 年開發(fā)者峰會上，Arm 推出了物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，這是一個由工具和 IP 組成的生態(tài)系統(tǒng)，旨在減少物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的進(jìn)入壁壘。整體解決方案堆棧迭代的核心圍繞著Cortex-M55 CPU，Ethos-U55 microNPU以及其他系統(tǒng)和安全I(xiàn)P的Arm虛擬硬件（AVH）模型，這些IP在芯片可用之前支持軟件構(gòu)建和測試。

物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案還引入了一個基于上述內(nèi)核的預(yù)集成、預(yù)驗(yàn)證和預(yù)驗(yàn)證的 IP 子系統(tǒng)，稱為 Corstone-300。雖然從表面上看，Corstone-300是端點(diǎn)AI設(shè)計(jì)的示例子系統(tǒng)，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：

將基于RTOS的設(shè)備鏈接到云的Centauri API項(xiàng)目

現(xiàn)成的關(guān)鍵字識別機(jī)器學(xué)習(xí)模型

特定于應(yīng)用的參考代碼

應(yīng)用程序開發(fā)人員首次能夠訪問端到端的無硅環(huán)境，Arm 估計(jì)該環(huán)境將使開發(fā)生命周期縮短數(shù)年。

再往前走

當(dāng)Arm首次推出AVH時，沒有任何基于Cortex-M55 CPU，Ethos-U55 microNPU或Corstone-300子系統(tǒng)的生產(chǎn)芯片。軟件開發(fā)人員對 IP 的唯一訪問是通過托管在 AWS Marketplace 上基于云的虛擬機(jī)中的新創(chuàng)建的 AVH 模型。

雖然它是一個很小的IP集合，但它為Arm擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的整體解決方案奠定了基礎(chǔ)，同時為云原生開發(fā)人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應(yīng)用程序工程師提供了足夠的靈活性來實(shí)現(xiàn)他們的特定設(shè)計(jì)目標(biāo)。今年春天整體解決方案組合的擴(kuò)展證明了這一點(diǎn)。

新的和改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)整體解決方案現(xiàn)在包括七個額外的虛擬CPU模型，涵蓋Cortex-M0到Cortex-M33系列。它還增加了新Cortex-M85 CPU內(nèi)核的虛擬版本，該內(nèi)核的性能比第二快的Cortex-M級設(shè)備提高了30%。

由于這些現(xiàn)在成為AVH環(huán)境的一部分，還發(fā)布了兩個新的Corstone IP子系統(tǒng)。與Corstone-300類似，Corstone-310將Cortex-M55 CPU內(nèi)核換成新的-M85內(nèi)核，同時仍然支持可選的Ethos-U55 NPU。這使其成為智能揚(yáng)聲器、智能恒溫器和無人機(jī)等語音識別設(shè)計(jì)的絕佳起點(diǎn)。

圖1.Arm Corstone 系列集成 IP 子系統(tǒng)包含為語音識別、云原生邊緣設(shè)備和關(guān)鍵字發(fā)現(xiàn)等最終用例開發(fā) SoC 所需的所有構(gòu)建模塊。

在Corstone-1000子系統(tǒng)中可以找到更多突破性的進(jìn)步，該子系統(tǒng)旨在作為云原生邊緣設(shè)備的參考。它基于 Cortex-A53 應(yīng)用處理器、Cortex-M CPU 和安全飛地，并具有足夠的性能來支持 Linux 等豐富的操作系統(tǒng)。其集成的安全功能也非常強(qiáng)大，以至于 Arm 已將 IP 子系統(tǒng)預(yù)認(rèn)證為開箱即用的 PSA 2 級。

但是，至少對于那些對特定硬件功能感興趣的人而言，AVH產(chǎn)品組合最重要的增強(qiáng)功能之一來自縱向擴(kuò)展而不是橫向擴(kuò)展。這是通過在AVH庫中包含Raspberry Pi和NXP以及STMicroelectronics開發(fā)套件的虛擬模型來實(shí)現(xiàn)的。

來自 Arm 芯片合作伙伴的其他電路板的虛擬模型預(yù)計(jì)將很快添加到 AVH 中。所有這些虛擬硬件 - 從處理器和安全 IP 到 Corstone 子系統(tǒng)再到開發(fā)套件目標(biāo) - 都可以在 AWS Marketplace 上免費(fèi)獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關(guān)

當(dāng)然，AVH本身是不夠的。為了增強(qiáng)軟件工程師的持續(xù)集成和交付工作的能力，AVH 模型必須與他們?nèi)粘Ｊ褂玫淖詣踊烷_發(fā)工具兼容。

作為今年整體解決方案更新的一部分，Arm 增加了與 Keil Studio IDE、Jenkins 自動化服務(wù)器和 Github 的集成，以便直接訪問代碼存儲庫。使用AVH的程序員還可以利用對Project Centauri的改進(jìn)，使其成為真正的軟件重用和編程框架。其中包括對CMSIS硬件抽象層功能的擴(kuò)展支持，如Open-CMSIS-CDI和Open-CMSIS-Pack，這些功能分別有助于定義微控制器的通用接口并提高軟件可管理性。Open IoT-SDK是Open-CMSIS-CDI的參考實(shí)現(xiàn)，也是Project Centauri的一部分，它帶來了示例應(yīng)用程序，例如幫助快速跟蹤語音和關(guān)鍵字識別解決方案的開發(fā)。

“如果你考慮一下今天為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)軟件的方式，它與硬件非常緊密地耦合，每次你添加新的硬件時，你都必須重新開始并移植你的軟件，”物聯(lián)網(wǎng)副總裁Mohamed Awad說。 “投資回報率并沒有那么高，因?yàn)槊看螌④浖懭胼^少數(shù)量的設(shè)備時，您都會受到限制。

“通過將 Arm 虛擬硬件集成到他們的產(chǎn)品中，它成為軟件設(shè)計(jì)的自然組成部分，”他繼續(xù)說道?！瓣P(guān)鍵是我們要去開發(fā)人員所在的地方。

越來越多的人認(rèn)為，“開發(fā)人員所在的地方”是跳線和電纜不在工作站旁邊的任何地方。這使得人們很難懷疑這是否預(yù)示著一個不太遙遠(yuǎn)的未來，在這個未來，過去典型的嵌入式工程生命周期的整個階段將不復(fù)存在。

如果這個未來成為現(xiàn)實(shí)，只要保證你不會告訴同事你還記得硬件-軟件協(xié)同設(shè)計(jì)被稱為嵌入式工程的時候。

審核編輯：郭婷