在物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，嵌入式設(shè)備的設(shè)計(jì)相對簡單。隨著智能手機(jī)的推出，我們的設(shè)備更加智能化、可升級并可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問。安全不是可選的–如果不認(rèn)真對待安全，數(shù)據(jù)、品牌聲譽(yù)和收入流都將受到影響。此外，嵌入式系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，你不可能成為所有方面的專家!幸運(yùn)的是，您可以使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和堆棧庫及時(shí)、安全地完成項(xiàng)目。本文概述了嵌入式開發(fā)人員目前面臨的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以及一些有助于設(shè)計(jì)人員解決這些挑戰(zhàn)的新技術(shù)。
1. 豐富的用戶界面
第一款智能手機(jī)引入了豐富的用戶界面，具有高質(zhì)量的顯示屏和觸摸屏。高端嵌入式設(shè)備增加了LCD和OLED顯示器以及觸摸屏。這增加了處理需求，增加了對應(yīng)用處理器和豐富操作系統(tǒng)的需求。對于那些不需要應(yīng)用處理器的人來說，技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)將微控制器的時(shí)鐘速度從幾十兆赫推到幾百兆赫，內(nèi)存大小推到了幾兆字節(jié)。這使得設(shè)計(jì)師能夠繼續(xù)受益于熟悉的架構(gòu)，例如用于Arm
Cortex-M的架構(gòu)。
許多嵌入式系統(tǒng)只需要用戶界面進(jìn)行配置和偶爾的控制。消費(fèi)者和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備價(jià)格敏感，可通過網(wǎng)絡(luò)接口或智能手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行控制。例如，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控來自工業(yè)傳感器的數(shù)據(jù)，以管理性能和錯(cuò)誤，以及預(yù)防潛在故障。這對嵌入式開發(fā)人員提出了新的挑戰(zhàn)。他們現(xiàn)在必須了解射頻、協(xié)議棧、安全性、遠(yuǎn)程管理和固件更新。
2. 本地和遠(yuǎn)程控制
您可以通過以太網(wǎng)、WiFi、藍(lán)牙、Z-Wave、Zigbee或Thread實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制–在功耗、復(fù)雜性和成本方面，每種方式都有好處。一般來說，低功耗協(xié)議(如藍(lán)牙低能耗協(xié)議、Z-Wave協(xié)議和Zigbee協(xié)議)是電池應(yīng)用的良好解決方案。這些包括門鎖、環(huán)境傳感器和無線報(bào)警系統(tǒng)。需要更多帶寬的設(shè)備，如安全攝像頭和傳感器網(wǎng)關(guān)，將通過WiFi連接?；蛘?，遠(yuǎn)程位置的設(shè)備將使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)有趣的選擇是結(jié)合無線和藍(lán)牙低能耗。然后，藍(lán)牙用于調(diào)試和本地訪問以實(shí)現(xiàn)低延遲，WiFi用于通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。
嵌入式開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)不僅是如何為其產(chǎn)品選擇正確的解決方案，還包括在不增加成本的情況下集成無線電、通信堆棧和電源管理的復(fù)雜性。
3. 低功耗和低功耗
低功耗在電池供電的應(yīng)用中至關(guān)重要。例如，智能水表需要在其使用壽命(可能長達(dá)20年)內(nèi)使用單電池。另一方面，在門鎖中，電池可能每年更換一次，這需要仔細(xì)設(shè)計(jì)。節(jié)能技術(shù)之一是設(shè)計(jì)一個(gè)非常低功耗的微控制器，在很短的時(shí)間內(nèi)開啟，以感知用戶交互。然后它會睡更長的時(shí)間。
4. 設(shè)備變得越來越智能
設(shè)計(jì)師們正在尋找通過添加智能功能使其產(chǎn)品與眾不同的方法。智能功能通常意味著設(shè)備可以更多地了解用戶、環(huán)境和系統(tǒng)，并且可以調(diào)整功能。
機(jī)器學(xué)習(xí)是使用能夠?qū)W習(xí)和適應(yīng)的算法添加智能特征的一種方法。我們今天在我們周圍看到了機(jī)器學(xué)習(xí)：從指紋解鎖(匹配一小組指紋圖像)或Facebook自動(dòng)標(biāo)記功能。然而，在嵌入式、成本受限的系統(tǒng)中，這是一個(gè)相當(dāng)新的解決方案。
嵌入式開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)是開始使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并能夠根據(jù)應(yīng)用程序的需要調(diào)整算法。
嵌入式機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)很好的例子是智能恒溫器。恒溫器將根據(jù)用戶的生活方式了解用戶的行為，然后隨著時(shí)間的推移，將自動(dòng)將溫度調(diào)整到最舒適的設(shè)置。對于工業(yè)市場而言，一個(gè)例子可能是電機(jī)的振動(dòng)傳感器。傳感器可以了解電機(jī)的正常振動(dòng)特征，然后在機(jī)組需要維護(hù)或即將出現(xiàn)故障時(shí)向人員發(fā)出警告。
5. 產(chǎn)品需要更新
今天的產(chǎn)品很少附帶最終功能集。通過“空中傳送”(OTA)更新，可以下載新固件以添加功能、修復(fù)bug或修補(bǔ)安全漏洞，從而顯著延長產(chǎn)品的使用壽命。產(chǎn)品還必須設(shè)計(jì)有足夠的內(nèi)存空間和處理能力，以增加代碼大小和功能。
一個(gè)挑戰(zhàn)是確保固件更新和所有通信安全。修補(bǔ)固件漏洞時(shí)，系統(tǒng)不應(yīng)允許固件回滾。如果確實(shí)如此，該漏洞將被暴露。
這些因素都給開發(fā)人員帶來了重大挑戰(zhàn)。但是，好消息是，業(yè)界正在通過IP、軟件、工具和培訓(xùn)資源來支持這一點(diǎn)，以幫助嵌入式開發(fā)人員突破可能的界限。
