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)了一個新時代，在這個時代，人們期望同樣的產(chǎn)品開發(fā)團隊同時提供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)的嵌入式開發(fā)工作流程和組織結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而支持敏捷實踐和能夠支持這些期望的開發(fā)工作流程。由物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施推動的人工智能和機器學習技術(shù)的爆炸只是加速了這些轉(zhuǎn)變。
物聯(lián)網(wǎng)項目對設(shè)計速度和靈活性的日益重視也重新激發(fā)了對硬件/軟件協(xié)同設(shè)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施指令集架構(gòu)，軟硬件協(xié)同設(shè)計就一直是電子學的一部分。直到現(xiàn)在，它才通過Arm Total Solutions for IoT等產(chǎn)品發(fā)展到系統(tǒng)級別，這些產(chǎn)品支持加速的應(yīng)用開發(fā)、復(fù)雜的人工智能模型創(chuàng)建和全面的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧。
走向完全虛擬的開發(fā)體驗
要了解Arm的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案路線圖將走向何方，您必須考慮我們從哪里開始。
如上所述，硬件/軟件協(xié)同設(shè)計原則已經(jīng)存在了幾十年。然而，由于所使用的硬件解決方案的數(shù)量和多樣性，他們在嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域很大程度上并不成功。為構(gòu)建一個相對簡單的嵌入式開發(fā)或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標，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虛擬模型庫中，當面對需要集成的異構(gòu)虛擬硬件目標時，第一次被介紹到物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)的大量云原生開發(fā)人員也會完全失去。
在2021年DevSummit上，Arm推出了物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，這是一個工具和知識產(chǎn)權(quán)生態(tài)系統(tǒng)，旨在降低物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的準入門檻。整體解決方案堆棧迭代核心圍繞Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU和其他系統(tǒng)和安全IP的Arm虛擬硬件(AVH)模型，這些系統(tǒng)和安全IP支持在芯片可用之前進行軟件構(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)驗證和預(yù)驗證的IP子系統(tǒng)，名為Corstone-300。雖然表面上Corstone-300是端點AI設(shè)計的一個示例子系統(tǒng)，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：
l 將基于RTOS的設(shè)備連接到云的項目Centauri APIs
l 現(xiàn)成的關(guān)鍵詞識別機器學習模型
l 特定應(yīng)用參考代碼
應(yīng)用程序開發(fā)人員第一次可以訪問端到端的無硅環(huán)境，Arm估計這將縮短嵌入式開發(fā)生命周期數(shù)年。
沿著這條路走下去
當Arm首次推出AVH時，還沒有任何基于Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU或Corstone-300子系統(tǒng)的量產(chǎn)硅。軟件開發(fā)人員獲得知識產(chǎn)權(quán)的唯一途徑是通過AWS市場上托管在基于云的虛擬機中的新制造的AVH模型。
雖然它只是一個小的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(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)用工程師提供了足夠的靈活性來實現(xiàn)他們的特定設(shè)計目標。這一點在今年春天整體解決方案組合的擴張中得到了證明。
在嵌入式開發(fā)中，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7個額外的虛擬CPU型號，涵蓋Cortex-M0到Cortex-M33系列。它還添加了新Cortex-M85 CPU內(nèi)核的虛擬版本，與第二快的Cortex-M級設(shè)備相比，性能提高了30%。
隨著這些現(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)核替換為新的-M85內(nèi)核，同時仍然支持可選的Ethos-U55 NPU。這使得它成為智能揚聲器、智能恒溫器和無人機等語音識別設(shè)計的良好起點。
圖一。Arm Corstone系列集成IP子系統(tǒng)包含開發(fā)面向語音識別、云原生邊緣設(shè)備和關(guān)鍵字識別等終端用例的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展，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secure enclave，性能足以支持Linux等豐富的操作系統(tǒng)。它的集成安全功能也非常強大，Arm已經(jīng)預(yù)先認證IP子系統(tǒng)為PSA級。
但AVH產(chǎn)品組合最重要的改進之一，至少對于那些對特定硬件功能感興趣的嵌入式開發(fā)人員來說，來自于縱向擴展而不是橫向擴展。這是通過在AVH圖書館納入Raspberry Pi和恩智浦以及意法半導體開發(fā)套件的虛擬模型實現(xiàn)的。
來自Arm芯片合作伙伴的其他主板的虛擬模型預(yù)計將很快被添加到AVH。所有這些虛擬硬件——從處理器和安全IP到Corstone子系統(tǒng)到開發(fā)套件目標——都可以在AWS市場上免費獲得。
虛擬硬件：一切都與軟件有關(guān)
當然，光靠AVH是不夠的。為了使軟件工程師能夠持續(xù)集成和交付，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 automation servers和Github的集成，以便直接訪問代碼庫。與AVH合作的嵌入式開發(fā)程序員也可以利用對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硬件抽象層特性的擴展支持，如Open-CMSIS-CDI和Open-CMSIS-Pack，它們分別有助于定義微控制器的通用接口和提高軟件可管理性。Open IoT-SDK是Open-CMSIS-CDI的參考實現(xiàn)，也是Project Centauri的一部分，它將示例應(yīng)用程序帶到桌面上，幫助快速跟蹤語音和關(guān)鍵字識別解決方案的開發(fā)。
越來越多的情況表明，“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。這讓人不禁懷疑，這是否預(yù)示著在不久的將來，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。
如果那個未來成為現(xiàn)實，只要保證你不會告訴同事你還記得軟硬件協(xié)同設(shè)計被稱為嵌入式開發(fā)工程的時候。
