世界充滿了創(chuàng)新和有用的產(chǎn)品的明亮和創(chuàng)造性的想法。才華橫溢的工程師和營(yíng)銷人員渴望為這些產(chǎn)品帶來(lái)客戶，他們將購(gòu)買這些產(chǎn)品并欣賞他們改善生活的方式。如今，這些產(chǎn)品越來(lái)越多地基于微處理器或微控制器（MCU），具有外設(shè)和獨(dú)特軟件的創(chuàng)造性組合。

那么，為什么這么多創(chuàng)新概念無(wú)法從一個(gè)令人興奮的會(huì)議室變成一個(gè)真正的盈利產(chǎn)品呢？事實(shí)證明，可以識(shí)別和避免這種情況以取得成功的原因。

首先，根據(jù)市場(chǎng)研究和用戶輸入來(lái)決定構(gòu)建“什么”似乎很簡(jiǎn)單，特別是對(duì)于與客戶關(guān)系密切并熟悉專業(yè)領(lǐng)域的小公司。

但是，“什么”（一個(gè)做x的小玩意）通常是一個(gè)過(guò)于籠統(tǒng)的概念，當(dāng)涉及到與現(xiàn)實(shí)世界交互并花費(fèi)實(shí)際美元的實(shí)際設(shè)備時(shí)。要了解“什么”確實(shí)涉及市場(chǎng)研究和投入，但它也依賴于一個(gè)了解技術(shù)上涉及什么的工程團(tuán)隊(duì)以及頑固的財(cái)務(wù)分析，以了解這種可能性路徑的成本。由于所有項(xiàng)目都包含某些未知因素，管理層必須靈活地處理計(jì)劃的變化和沿途的“陷阱”，并且有能力通過(guò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備所必需的功能和組件迷宮找到最佳方法，但不是其應(yīng)用的核心。

較小的公司可能會(huì)受到其資源和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的意愿的限制，并在擴(kuò)展產(chǎn)品時(shí)堅(jiān)持他們知道的領(lǐng)域——他們可以利用不太直接的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)支持其產(chǎn)品的開發(fā)和漸進(jìn)式改進(jìn)。然而，較大的公司通常會(huì)選擇原型設(shè)計(jì)，以便他們可以讓團(tuán)隊(duì)查看一個(gè)有效的早期模型來(lái)分析它并理解它以進(jìn)行更改并解決錯(cuò)誤。這兩種方法都可以成功，但由于對(duì)某些障礙的忽視和對(duì)實(shí)施的錯(cuò)誤假設(shè)，這兩種方法都可能失敗。

首先，過(guò)濾一系列想法可能很有用，方法是將它們置于稱為階段門的過(guò)程，以考慮市場(chǎng)研究、開發(fā)和財(cái)務(wù)限制，以產(chǎn)生最佳競(jìng)爭(zhēng)者。雖然它不經(jīng)常使用，但階段門控對(duì)于可能難以采用更嚴(yán)格方法的小公司非常有用。

一旦選擇了這樣的想法，就該開始真正的開發(fā)并避免沿途的陷阱了。

一種虛構(gòu)的智能設(shè)備及其開發(fā)需求

為了演示許多公司在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，請(qǐng)考慮一家假設(shè)的公司在他們已經(jīng)擁有一些經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域工作。

在進(jìn)入產(chǎn)品規(guī)格階段（根據(jù)針對(duì)特定最終用戶的產(chǎn)品規(guī)格選擇“什么”）時(shí)，“什么”有兩個(gè)方面。這些可以被描述為它應(yīng)該做什么的規(guī)范，以及它實(shí)際上將作為一個(gè)物理設(shè)備的“什么”——或者換句話說(shuō)，做什么以及如何到達(dá)那里。

該公司采用一種小型可穿戴設(shè)備，其中包括一組傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)身體和環(huán)境狀況，向用戶提供信息和/或警報(bào)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中。它被稱為首款批量銷售的設(shè)備，并將使用藍(lán)牙 5 無(wú)線電連接到包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)應(yīng)用程序的智能手機(jī)。反過(guò)來(lái)，智能手機(jī)與基于云的AI或數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序進(jìn)行通信，使可穿戴設(shè)備成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

可穿戴設(shè)備花費(fèi)大量時(shí)間與云斷開連接，感知、預(yù)處理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并提供即時(shí)響應(yīng)。其本地處理性能受到功耗限制以及對(duì)安全性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的限制（圖 3）。

目前為止，一切都好。此規(guī)范提出了許多要求，包括：

可同時(shí)支持嵌入式處理和藍(lán)牙 5 的硬件

一套久經(jīng)考驗(yàn)的可靠傳感器

傳感器融合算法能夠?qū)⒍鄠€(gè)傳感器輸出組合成一個(gè)結(jié)果（圖 4）

為設(shè)備軟件和固件提供足夠的程序內(nèi)存，以及用于在本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)直到可以傳輸數(shù)據(jù)的額外內(nèi)存

用于診斷、維護(hù)和服務(wù)的 USB 接口和固件無(wú)線 （FOTA） 更新功能

在最終設(shè)計(jì)可以容納的尺寸和重量范圍內(nèi)提供足夠容量和足夠充電能力的電池

成功道路上的坑洼

繼續(xù)我們的假設(shè)示例，開發(fā)人員可能會(huì)認(rèn)為 Wi-Fi 是比 USB 服務(wù)接口更好的選擇 - 除了 Wi-Fi 消耗如此多的功率，以至于設(shè)備需要更大的電池和更多的硬件支持，從而導(dǎo)致更大的尺寸、重量和更高的總成本。完全避免這個(gè)錯(cuò)誤比開始走這條路而不得不回頭要少得多，成本和時(shí)間要少得多。

在選擇其他硬件時(shí)也需要注意這一點(diǎn)，尤其是處理器。能夠處理器件有限編程和復(fù)雜性的低功耗微控制器比在尺寸和功耗方面可能過(guò)于矯枉過(guò)正的微處理器更可取。尋找具有集成功能的部件也可以大大降低成本、縮短上市時(shí)間和開發(fā)過(guò)程中的死胡同，因?yàn)榕c使用分立藍(lán)牙芯片相比，集成藍(lán)牙 5 的 MCU 可以節(jié)省空間和功耗。

并且，一定要選擇已知、經(jīng)過(guò)資格預(yù)審的部件，并在適當(dāng)時(shí)配備可靠的驅(qū)動(dòng)程序軟件（如傳感器）。

雖然原型設(shè)計(jì)當(dāng)然是開發(fā)過(guò)程的重要組成部分，但請(qǐng)嘗試選擇具有所選處理器的評(píng)估板，而不是一些嵌入式Linux板。前者可以讓您更輕松地實(shí)現(xiàn)工作、靈活的設(shè)計(jì)，但也可以讓您更好地了解組件在最終包裝中如何組合在一起。

是否有可以放入非常小的封裝中的MCU版本？電池和接口將位于可穿戴設(shè)備上的什么位置？在流程的早期考慮這些問(wèn)題有助于避免阻礙浪費(fèi)上市時(shí)間、增加巨大成本并最終扼殺產(chǎn)品的障礙。

為軟件尋找安全之路

設(shè)計(jì)中很少被預(yù)先理解的一個(gè)方面是所需軟件的范圍和數(shù)量。當(dāng)然，有將在設(shè)備上運(yùn)行的軟件（這本身就是一個(gè)主題），還有將在智能手機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序（是的，Android 和 iOS 版本），以及提高設(shè)備可用性所需的云軟件。需要就開發(fā)方法、外觀和感覺(jué)做出決定，以使所有這些軟件盡可能可靠和一致。

超級(jí)循環(huán)、意大利面條代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

如果不仔細(xì)繪制，為嵌入式處理器開發(fā)軟件可能是一條危險(xiǎn)的道路。從頭開始編寫所有代碼的誘惑可能是致命的。首先，這需要對(duì)外圍設(shè)備、安全性、文件系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等的所有支持進(jìn)行編碼。僅此一項(xiàng)就花費(fèi)了大量時(shí)間，并且意味著不可避免的錯(cuò)誤和調(diào)試。即便如此，軟件也可能存在部署后仍未檢測(cè)到的錯(cuò)誤。

“從頭開始編寫所有內(nèi)容”的一個(gè)常見(jiàn)推論是“超級(jí)循環(huán)”方法。在超級(jí)循環(huán)中，從頭開始寫入以單個(gè)控制循環(huán)的形式繼續(xù)，該控制循環(huán)連續(xù)輪詢不同外設(shè)以獲取數(shù)據(jù)和過(guò)程。這樣的循環(huán)以其最簡(jiǎn)單的形式很容易理解，但很快就會(huì)變成一堆意大利面條，并且隨著功能的增長(zhǎng)而變得無(wú)法理解或維護(hù)。走上這條路只會(huì)讓你走得更遠(yuǎn)，并導(dǎo)致發(fā)展和金融災(zāi)難。

雖然基于平臺(tái)的開發(fā)對(duì)于邊緣設(shè)備（即智能手機(jī)）和云來(lái)說(shuō)幾乎是理所當(dāng)然的，但必須為嵌入式設(shè)備積極尋找、評(píng)估和選擇。從一開始，這意味著使用專門針對(duì)項(xiàng)目中使用的 MCU 架構(gòu)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS）（圖 5）。使用RTOS提供了一個(gè)即時(shí)平臺(tái)，該平臺(tái)在MCU上運(yùn)行，并根據(jù)需要從外設(shè)服務(wù)中斷，提供現(xiàn)成的I / O和其他基本功能。僅此一項(xiàng)就提供了大量現(xiàn)成的、經(jīng)過(guò)測(cè)試的、通常經(jīng)過(guò)認(rèn)證的代碼，您可以在其中添加獨(dú)特的功能（增值）。它還縮短了上市時(shí)間，并確保了該級(jí)別的代碼正確性，可以認(rèn)為該級(jí)別是安全的、經(jīng)過(guò)測(cè)試的、已經(jīng)集成的、完整的和高效的，克服了超級(jí)循環(huán)方法的所有限制。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還可以使原型設(shè)計(jì)更加容易。在前面提到的傳感器融合示例中，原型設(shè)計(jì)將幫助開發(fā)人員了解需要哪些傳感器，哪種算法最適合將傳感器輸出組合成單個(gè)數(shù)量，以及所選處理器（可能具有快速乘法/累加 （MAC） 操作性能）能夠過(guò)濾來(lái)自傳感器的噪聲。RTOS 對(duì)基于一系列處理器的外設(shè)和原型開發(fā)板提供豐富的支持，為全面的原型設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了強(qiáng)大的平臺(tái)。精心挑選的 RTOS 可以提供預(yù)先測(cè)試的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;安全功能;文件系統(tǒng);并支持各種傳感器、攝像頭和無(wú)線電。

手機(jī)框架

當(dāng)涉及到邊緣設(shè)備（這里是智能手機(jī)，但在其他情況下可能是PC）時(shí)，還有眾所周知的操作系統(tǒng)，如Android和iOS，以及用于智能手機(jī)開發(fā)的強(qiáng)大編程語(yǔ)言和工具。一個(gè)可能的陷阱是兩種類型的手機(jī)上的功能和用戶體驗(yàn)（例如用戶界面等）之間存在差異。在這里，框架可用于幫助協(xié)調(diào)開發(fā)。

盡管如此，開發(fā)手機(jī)應(yīng)用程序的成本很容易被低估。鑒于大多數(shù)產(chǎn)品同時(shí)針對(duì)Android和iPhone，在手機(jī)上使用框架的決定可能是一個(gè)艱難的決定。如果單獨(dú)開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)幾乎相同的外觀和感覺(jué)，但開發(fā)成本和維護(hù)成本會(huì)更高。使用框架，兩個(gè)應(yīng)用程序可以一起維護(hù)，可能會(huì)降低成本，但創(chuàng)建不太靈活的用戶界面。

云平臺(tái)抽象挑戰(zhàn)，但不是全部挑戰(zhàn)

幸運(yùn)的是，IBM Watson IoT和Microsoft Azure等平臺(tái)為開發(fā)云應(yīng)用程序提供了堅(jiān)實(shí)的環(huán)境。它們提供云/邊緣/設(shè)備連接選項(xiàng)、數(shù)據(jù)管理工具和人工智能 （AI） 框架，可以分析大量數(shù)據(jù)并優(yōu)化在設(shè)備和邊緣系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序。

開發(fā)云軟件和云平臺(tái)本身也可能很昂貴。豐富的環(huán)境和高級(jí)云處理可能需要大量開發(fā)，尤其是在應(yīng)用程序需要復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法的情況下。

人工智能需要大量原始的真實(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要收集、預(yù)處理以消除噪聲和清理信號(hào)，由深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再次處理，最后要么在后端運(yùn)行，要么移動(dòng)到邊緣。這種AI處理可以極大地改善您的產(chǎn)品，但是如果您缺乏算法開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和/或不熟悉使用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)清理信號(hào)，則比您想象的要困難得多。所有這些在時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)和總工作量方面往往被低估了。從簡(jiǎn)單的分析開始，并增加您的成功。

節(jié)省的時(shí)間就是賺來(lái)的錢

毫無(wú)疑問(wèn)，產(chǎn)品開發(fā)中最昂貴的方面是時(shí)間——重新設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，測(cè)試本可以購(gòu)買的現(xiàn)成測(cè)試組件，以及修復(fù)錯(cuò)誤和錯(cuò)誤決策。

市場(chǎng)份額的價(jià)值是總開發(fā)成本的 10 到 1000 倍，因此上市時(shí)間、質(zhì)量和可靠性比內(nèi)部工程組件節(jié)省的相對(duì)較少的成本更重要。

盡快占領(lǐng)市場(chǎng)份額的一種途徑是選擇具有您所需外設(shè)支持和靈活性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以及可以使您的產(chǎn)品真正成功的處理器。

審核編輯：郭婷