全球嵌入式技術和物(wù)聯網發展趨勢

回顧已經過去(qù)的2016年，嵌入式技術和物(wù)聯網發展迅速，嵌入式技術在鞏固傳統應用的基礎上，探索新興市場， 物(wù)聯網（IoT）是其中(zhōng)最具有廣泛性的應用市場。在以創新推動的新技術革命中(zhōng)，物(wù)聯網無疑将帶給産業更大(dà)的變革性與破壞性，它使我(wǒ)們能夠将數字世界與物(wù)理世界緊密連接，對企業接觸客戶的方式，創造新的服務帶來深遠的影響。2017年已經到來，作爲國内唯一(yī)關注嵌入式領域的專業展-深圳國際嵌入式系統展，特邀業界資(zī)深專家何小(xiǎo)慶老師，就嵌入式和物(wù)聯網技術将是一(yī)個怎樣的發展趨勢，做一(yī)個簡要的分(fēn)析和總結。

第一(yī)：并購對嵌入式處理器發展産生(shēng)深遠影響

過去(qù)一(yī)年和未來一(yī)段時間，芯片供應商(shāng)仍然渴望通過并購削減成本進一(yī)步增加利潤。芯片供應商(shāng)需要在當前産品上留出足夠的利潤爲下(xià)一(yī)代産品研發提供資(zī)金，并且随着成本的增加，他們需要找出如何提高回報率的方法。最近我(wǒ)們看到的這些并購包括Quallcomm 與NXP、Microchip與Atmel和Renesas和Intersil，這些并購需要1-2年的時間的整合和消化，所以從短期看并購會影響嵌入式處理器技術和市場的發展，但是從長遠看并購将有益于物(wù)聯網技術和系統的推廣和普及。因爲物(wù)聯網應用要求處理器設計要提供面向最終用戶和應用程序的解決方案，物(wù)聯網應用的芯片設計強調功率效率，安全性，開(kāi)發工(gōng)具易用型和成本降低，這些都需要芯片供應商(shāng)在研發上投入資(zī)金，研發出集成度更好、軟件支撐更好的嵌入式處理器（包括微控制器）解決方案，相信在2018年業界可以看到更多創新性的嵌入式物(wù)聯網芯片解決方案。

并購将引導嵌入式處理器向物(wù)聯網應用垂直市場發展，芯片市場領導者将他們的重點轉向高增長的市場機會，比如汽車(chē)輔助駕駛（ADAS）、自動駕駛、機器視覺、人工(gōng)智能（AI）和5G。針對這些垂直市場，領先的芯片供應商(shāng)也已經采取收購戰略，比如最近三星收購哈曼進入汽車(chē)市場、Intel收購Movidius 打入機器視覺市場，Movidius 是一(yī)家創業公司，機器視覺芯片已經應用在大(dà)疆無人機和谷歌Tango AR 手機上，熾手可熱。雖然這些垂直市場規模目前還很小(xiǎo)，但是未來有極大(dà)的商(shāng)業機會，芯片公司不願意放(fàng)棄這些機會，芯片更是在垂直市場的并購還将會持續下(xià)去(qù)。

物(wù)聯網将側重于低成本，低功耗和功率效率， 現有嵌入式處理器和微控制器（MCU）産品的性能足以滿足大(dà)多數物(wù)聯網應用。大(dà)多數嵌入式應用不需要最高的性能，他們需要最佳的功率效率和最低的功耗。領先的嵌入式處理器供應商(shāng)将繼續針對目标應用，提供最佳集成度和功率效率，并具有合适的尺寸芯片産品。

曾經借助8位單片機成功上位的微控制器（MCU），經過多年的磨練，迎來物(wù)聯網發展浪潮。32位微控制器在低功耗和永遠在線的物(wù)聯網系統中(zhōng)都将占據重要的版圖，針對物(wù)聯網市場的MCU發展勢頭不會降低，微控制器集成度越來越高，軟件平台将越來越豐富，處理器與傳感器和雲端的結合将越來越緊密。

嵌入式處理器和微控制器是嵌入式和物(wù)聯網系統的核心部件，目前ARM是這個市場的領導者，基于ARM 處理器核的微控制器和處理器占據絕大(dà)多數嵌入式和物(wù)聯網市場份額， 随着機器視覺、虛拟現實和人工(gōng)智能等創新技術的興起，GPU的作用和影響力越來越大(dà)，不容小(xiǎo)視。物(wù)聯網的普及帶動了低功耗計算和無線網絡的發展，未來在這個領域将會出現全新的處理器技術和商(shāng)業模式，人工(gōng)智能（AI）将計算需要進一(yī)步提升，嵌入式邊緣計算對于優化計算能力，實時性的提高發揮巨大(dà)的作用，亞馬遜的Alexa就是一(yī)個例子，物(wù)聯網和人工(gōng)智能将推動新型處理器架構的研發和應用，開(kāi)源硬件（包括開(kāi)源芯片）将是一(yī)種發展趨勢。

第二：物(wù)聯網雲平台進入成熟期

雲計算有三種方式：軟件即服務（SaaS），平台即服務（PaaS）和基礎設施即服務（IaaS）， 物(wù)聯網雲平台是雲計算PaaS的一(yī)種應用。物(wù)聯網雲平台（IoT Platform）的架構如下(xià)圖1所示。物(wù)聯網設備（Device），通過藍(lán)牙（Bluetooth） 和Zigbee無線通信鏈路與設備網管（Device Gateway）或者智能手機通信，然後再通過WiFi和 4G/LTE 通信網絡與物(wù)聯網雲平台連接，它借助公有雲IaaS的基礎雲服務，爲物(wù)聯網設備提供接入到運營管理全生(shēng)命周期服務的能力。

圖1 物(wù)聯網雲平台

目前國外(wài)知(zhī)名的物(wù)聯網雲平台有亞馬遜AWS IoT ，

微軟的Azure IoT、通用電氣的PredixIoT（見圖2）、IBM Watson IoT和PTC IoT（ThingsWork）平台。 國内的物(wù)聯網雲平台有中(zhōng)國移動OneNet、廣州機智雲和阿裏智能雲，開(kāi)源物(wù)聯網雲平台有Kaa和 Eclipekura項目。

圖2 通用電氣的Predix IoT平台

傳統的企業軟件公司比如Oracle 、SAP 和Redhad 也在研發針對企業應用的物(wù)聯網雲平台，他們的觸角已經進入物(wù)聯網傳感器領域，國外(wài)也稱爲Enterprise IoT ，針對企業應用的IoT市場在今後1-2年會快速發展，比如企業的聯網汽車(chē)、智慧城市和智能工(gōng)業項目，傳統的企業軟件公司會通過構建生(shēng)态環境率先在1-2個垂直市場打開(kāi)局面，然後再逐漸拓展應用領域。

第三：物(wù)聯網操作系統異軍突起

随着開(kāi)源軟件越來很成熟，嵌入式系統已經大(dà)量采用開(kāi)源軟件，比如Linux操作系統。除了汽車(chē)電子、航天和國防等安全和可靠性要求的領域繼續保持較快的發展速度，傳統的嵌入式操作系統增長緩慢(màn)，缺少可以盈利的商(shāng)業模式。随着物(wù)聯網雲平台的發展，嵌入在設備端的操作系統也正在和雲平台結合，形成一(yī)個全新的物(wù)聯網操作系統（國外(wài)也稱爲 OperaTIng Systemfor Internetof Things）。目前已經有的物(wù)聯網操作系統有ARM mbed OS（見圖3）、谷歌的Android Things、微軟的Windows 10 IoT Core、華爲的LiteOS 和慶科Mico OS。

圖3 ARM mbed OS 應用示意圖

盡管科技巨頭們在力推物(wù)聯網操作系統，開(kāi)源軟件在未來還将活躍較長一(yī)段時間。如FreeRTOS（智能手表鼻祖Pebble和許多物(wù)聯網設備都使用了FreeRTOS）、TInyOS等等。這是因爲物(wù)聯網系統需求不明确、，商(shāng)業模式不成熟，加上物(wù)聯網操作系統技術在發展之中(zhōng)，還待在産品中(zhōng)驗證，部分(fēn)用戶會傾向于選擇開(kāi)源軟件去(qù)定制适合自己的物(wù)聯網操作系統。

第四：物(wù)聯網安全任重道遠

2016年10月21日美國境内包括亞馬遜，推特在内的大(dà)規律網絡癱瘓，起因是DNS服務商(shāng)Dys 遭到DDos攻擊，Dys 發布聲明稱幕後可能是10萬個感染了Miral 惡意軟件的IoT設備，這讓廣受關注的IoT安全推上風口浪尖。10月26日美國安全研究團隊Shellphish 在極客大(dà)會表演破解華爲P9 lite 手機指紋解鎖的功能， 以及2015年杭州某視頻(pín)監控設備企業安全門事件，物(wù)聯網設備安全問題越來越受到關注。

此前，智能産品制造商(shāng)隻是考慮保護他們的設備的功能安全和它們所産生(shēng)數據的安全，即使是這個要求，設備制造商(shāng)，特别是消費(fèi)類電子産品，許多是完不成這個任務的。現在他們被要求幫助保護設備和網絡，甚至不屬于他們自己的客戶的安全性，更加困難的是，物(wù)聯網安全設計目前還處在正在探索階段，目前還沒有很成熟的設計和實現方法。

嵌入式系統安全的另外(wài)一(yī)個層面的含義是嵌入式設備的功能安全（FuncTIonal safety），汽車(chē)電子、工(gōng)廠自動化、工(gōng)業儀控、軌道交通信号、智能電網等工(gōng)業物(wù)聯網（IIoT）相關領域對功能安全的需求最爲迫切，這個方面的設計和實施方法也比較規範，商(shāng)業公司也有成熟的軟件和工(gōng)具，可以提供項目咨詢和服務。

2017年将是嵌入式和物(wù)聯網技術在調整中(zhōng)發展的一(yī)年，随着芯片公司并購後的整合逐漸完成，部分(fēn)物(wù)聯網應用将落地開(kāi)花并成形成規模。2017年窄帶物(wù)聯網技術（LPWAN）發展迅速，LoRa、Sigfox和NB-IoT幾個标準的芯片、平台和網絡齊頭并進。中(zhōng)國剛剛宣布了已經在北(běi)京懷柔建設了全球最大(dà)的5G試驗外(wài)場，可提供端到端的測試環境，将有助于促進5G标準的形成和産業發展。5G标準的物(wù)聯網關鍵技術之一(yī)， 5G中(zhōng)低功耗大(dà)連接和低時延高可靠場景主要面向物(wù)聯網業務，是 5G 新拓展的新方向。

2018年将迎來嵌入式和物(wù)聯網技術有突破性發展的一(yī)年，操作系統技術、網絡安全技術針對物(wù)聯網應用的研發和優化将日趨成熟，處理器技術在虛拟現實和人工(gōng)智能快速發展帶動下(xià)将會有耳目一(yī)新的發展，在新一(yī)代網絡技術支撐下(xià)，物(wù)聯網發展将迎來高速發展新時代。