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)團隊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)工作流程和組織結構，轉而采用能夠支持這些期望的敏捷實踐和DevOps。

由物聯(lián)網(wǎng)基礎設施推動的人工智能和機器學習技術的爆炸式增長只會加速這些轉變。

物聯(lián)網(wǎng)項目對設計速度和靈活性的日益重視也重新增加了對硬件/軟件協(xié)同設計解決方案的需求。從概念上講，只要芯片制造商一直在定義和實現(xiàn)指令集架構，硬件-軟件協(xié)同設計就一直是電子產(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)品支持加速應用程序開發(fā)、復雜的 AI 模型創(chuàng)建和全面的物聯(lián)網(wǎng)技術堆棧。

邁向完全虛擬的開發(fā)體驗

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)同設計原則已經(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)領域基本上不成功。為構建相對簡單的嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標，也需要大規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴關系和充滿模型的數(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，當面對需要集成的虛擬硬件目標的異構分布時，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IP的Arm虛擬硬件（AVH）模型，這些IP在芯片可用之前支持軟件構建和測試。

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

將基于RTOS的設備鏈接到云的Centauri API項目

現(xiàn)成的關鍵字識別機器學習模型

特定于應用的參考代碼

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

再往前走

當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擴展物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的整體解決方案奠定了基礎，同時為云原生開發(fā)人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應用程序工程師提供了足夠的靈活性來實現(xiàn)他們的特定設計目標。今年春天整體解決方案組合的擴展證明了這一點。

新的和改進的物聯(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。這使其成為智能揚聲器、智能恒溫器和無人機等語音識別設計的絕佳起點。

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

在Corstone-1000子系統(tǒng)中可以找到更多突破性的進步，該子系統(tǒng)旨在作為云原生邊緣設備的參考。它基于 Cortex-A53 應用處理器、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大，以至于 Arm 已將 IP 子系統(tǒng)預認證為開箱即用的 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功能之一來自縱向擴展而不是橫向擴展。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現(xiàn)的。

來自 Arm 芯片合作伙伴的其他電路板的虛擬模型預計將很快添加到 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 - 都可以在 AWS Marketplace 上免費獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關

當然，AVH本身是不夠的。為了增強軟件工程師的持續(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，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的參考實現(xiàn)，也是Project Centauri的一部分，它帶來了示例應用程序，例如幫助快速跟蹤語音和關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，因為每次將軟件寫入較少數(shù)量的設備時，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，它成為軟件設計的自然組成部分，”他繼續(xù)說道。“關鍵是我們要去開發(fā)人員所在的地方。

越來越多的人認為，“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示著一個不太遙遠的未來，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存在。

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

審核編輯：郭婷