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基于ArmCortex-M架構(gòu)的芯片出貨量迄今已超過700億顆，并仍在持續(xù)增長中。根據(jù)MordorIntelligence的數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)芯片的平均復合年增長率（CAGR）將在2026年達到近15%。為順應這一增長機遇，Arm專注于確保生態(tài)系統(tǒng)能不斷地處于加速物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的前沿。
如果說華為鴻蒙系統(tǒng)和谷歌的FuchsiaOS代表了操作系統(tǒng)從手機時代進入到了IOT時代。那么Arm近日推出的物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT），包括ArmCorstone、Arm虛擬硬件目標、ProjectCentauri?三大重點部分，則讓嵌入式開發(fā)發(fā)生了革命性變化，帶來了物聯(lián)網(wǎng)時代的軟硬件開發(fā)方式。
?物聯(lián)網(wǎng)時代的軟硬件開發(fā)面臨哪些挑戰(zhàn)？
物聯(lián)網(wǎng)時代的軟硬件開發(fā)具有什么特點呢？首先是成本更加敏感。物聯(lián)網(wǎng)市場潛力巨大，但萬物互聯(lián)意味著應用場景的多樣化與碎片化，從而導致每一款芯片的應用場景也就相對有限，芯片的批量生產(chǎn)被嚴重碎片化。這就使得芯片定制的成本成為影響其可行性與普及度的重要因素。物聯(lián)網(wǎng)的嚴重碎片化導致了極高的成本敏感性，包括芯片流片的成本敏感以及應用市場的成本敏感，除此之外，芯片的快速開發(fā)迭代與上市也成為客戶關(guān)注的焦點?？蛻粝Ｍ焖賹a(chǎn)品推向市場，然而普遍面臨成本壓力和物聯(lián)網(wǎng)人才缺口。市場上缺乏足夠的物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)人員，即使有少數(shù)開發(fā)人員，也要面對很多自己不擅長的領(lǐng)域，諸如物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的安全問題、連接問題、機器學習的能力、嵌入式設計、應用設計和針對云服務的開發(fā)等問題。
其次是可定制化。物聯(lián)網(wǎng)應用場景多樣化和差異化導致了芯片產(chǎn)品的定制化需求。物聯(lián)網(wǎng)應用場景的多樣化和差異化使得不同應用領(lǐng)域?qū)π酒桨傅募毠?jié)要求有所不同。由于物聯(lián)網(wǎng)下游應用領(lǐng)域極度碎片化，芯片設計也更加多元，定制化需求旺盛。
物聯(lián)網(wǎng)市場也催生出了更多的設計需求，導致市場進入門檻降低，芯片設計公司的數(shù)量大幅增長，很多與以往傳統(tǒng)的芯片廠商不同的非典型客戶（如互聯(lián)網(wǎng)公司）開始涌現(xiàn)，這種類型的客戶往往缺乏足夠的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗。
Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁MohamedAwad回顧了物聯(lián)網(wǎng)的演進歷史，并將其分為三個階段。他認為目前物聯(lián)網(wǎng)正進入智能化時代，盡管物聯(lián)網(wǎng)的智能化具有巨大潛能，但從產(chǎn)業(yè)觀點來看，發(fā)展的速度仍然不夠快。那么，是什么阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展呢？
MohamedAwad認為主要有三大原因：1.緩慢的產(chǎn)品設計，由于開發(fā)的連續(xù)性，要將最新的技術(shù)設計到產(chǎn)品中需要花費五年甚至更久。
2.效率低下的軟件開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)需要基于實體硬件進行開發(fā)與測試，嵌入式開發(fā)也依循著一樣的方式。
3.缺乏規(guī)模化，這導致軟件與服務無法輕易地跨平臺使用。?
如今市面上大約有數(shù)百萬個手機app、數(shù)千種手機型號，如果每一位手機app開發(fā)者需要購買所有的手機來適配APP，那么APP開發(fā)者一定大大減少。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也是一樣，如果開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)的軟件也需要適配各種不同的硬件終端，那么物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)將變得困難重重。事實上，很多非典型的開發(fā)者，雖然他們不是嵌入式開發(fā)者，但是同樣在進行物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新，他們迫切需要Arm解決這些開發(fā)中面臨的痛點或挑戰(zhàn)。
這也是Arm為什么要發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT），也只有Arm有可能解決這些難題。原因有幾點：第一，目前有超過700?億顆基于Cortex-M的芯片出貨到市場，可以說大部分的物聯(lián)網(wǎng)終端基于Arm架構(gòu)來運行；第二，Arm一直致力于加速產(chǎn)品設計中的軟硬件開發(fā)，并且已經(jīng)引入了持續(xù)集成和可擴展的基于云的測試；第三，Arm擁有與生態(tài)伙伴攜手解決這些挑戰(zhàn)的經(jīng)驗。
?虛擬硬件目標
據(jù)介紹，Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案是一套專為特定用例而設計的完整解決方案，讓開發(fā)者可以專注在真正重要的部分，也就是跨不同應用和設備的創(chuàng)新與差異化。它具備簡化設計流程與產(chǎn)品開發(fā)所需的一切，包括硬件IP、軟件、機器學習模型、先進的工具（例如全新虛擬硬件目標）、應用程序特定的參考代碼，以及來自全球最大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的支持。
Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁Mohamed Awad表示，Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions forIoT）將采用更加現(xiàn)代的軟件開發(fā)方法，并輕松地為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的多樣化硬件進行創(chuàng)新。他特別強調(diào)，Arm將從底層徹底地變革物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的方式，同時將變革物聯(lián)網(wǎng)市場。實現(xiàn)這一切將不需要他們轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)者就可以達成。Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案將加速產(chǎn)品設計周期，最多可縮減兩年。
Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT）主要由幾部分構(gòu)成，其中一部分是Arm虛擬硬件目標。
Arm虛擬硬件是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，它使得軟件開發(fā)可以在云端完成，這徹底改變了物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的方式。該基于云的新服務可提供Corstone子系統(tǒng)的虛擬模型，使得軟件開發(fā)無需基于實體芯片進行。Arm虛擬硬件為物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式平臺帶來現(xiàn)代化敏捷的軟件開發(fā)方法，包括持續(xù)集成/持續(xù)開發(fā)（CI/CD）、DevOps與MLOps，免去投資復雜的硬件農(nóng)場。這也意味著數(shù)百萬軟件開發(fā)者不需要轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)人員，就能為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)創(chuàng)新助力。。
MohamedAwad也表示，Arm虛擬硬件的概念就是要把現(xiàn)有簡化的移動應用的開發(fā)模式、加上基于云端的形式，讓軟件開發(fā)產(chǎn)商和開發(fā)人員能更好地進行物聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)，也是這套解決方案強大的地方，這是FPGA所做不到的。FPGA解決方案通常是用于初級的嵌入式開發(fā)，開發(fā)一個專用該設備，要大規(guī)模進行測試有難度，而且成本高昂。反觀Arm虛擬硬件目標，它是基于云端、并提供給第三方軟件廠商或者軟件開發(fā)者進行使用，他們過去可能是做智能手機應用或是云服務應用的開發(fā)，有了Arm虛擬硬件可以幫助他們擴展到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用開發(fā)。
通過基于Arm架構(gòu)SoC的準確模型提供了模擬內(nèi)存與外設等機制，軟件的開發(fā)與測試現(xiàn)可在芯片完備之前就著手進行，如此一來，典型的產(chǎn)品設計周期可以從平均的五年，最多縮短為三年。通過這些新的工具，機器學習的開發(fā)者不再需要轉(zhuǎn)型為嵌入式開發(fā)者，他們可以使用虛擬硬件，在云端進行模組優(yōu)化。他們能運行持續(xù)集成的工作流，并在虛擬硬件上驗證他們的算法。
這讓Arm芯片伙伴能在芯片流片前，取得客戶對芯片的反饋，同時協(xié)助整個物聯(lián)網(wǎng)價值鏈，能在芯片推出之前，輕松地開發(fā)并測試基于最新IP的代碼。在左邊，有一個機器學習開發(fā)的工作流程，其中為邊緣進行的神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化會在云端、通過虛擬硬件運行。往右邊，在中間的部分是軟件開發(fā)集成。而實際的開發(fā)將在虛擬硬件中進行，你無需擔憂你的設備群或是硬件設備農(nóng)場。直到你已經(jīng)準備就緒，可以部署到真實的硬件上，那時你就可以全面部署。這種跨工作流的優(yōu)化級別不僅增加了生產(chǎn)力，也允許更多新的玩家可以進入這個市場，加速創(chuàng)新。
MohamedAwad同時也表示，從軟件的角度來看，Arm虛擬硬件的關(guān)注點和初期用例大部分都聚焦在DevOps，也就是針對軟件進行持續(xù)集成/持續(xù)開發(fā)（CI/CD）。而機器學習DevOps也就是優(yōu)化機器學習模型，部署于終端設備。如今市場上，除了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，其他領(lǐng)域的機器學習開發(fā)基本都是基于云端進行，而機器學習的開發(fā)需要特別的專業(yè)知識儲備。當Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案把基于云端開發(fā)的方式引入到物聯(lián)網(wǎng)，可以預期在物聯(lián)網(wǎng)上將看到更多更智能化的應用。他以亞馬遜為例，亞馬遜就應用到了Arm虛擬硬件來做Alexa喚醒詞的測試。和亞馬遜以往的方式相比，可以更快速地把Alexa喚醒測試用于150種不同的設備。另一個案例是Himax，他們正在利用Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案，加速他們新的人工智能開發(fā)時程，他們?yōu)樾碌?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8/">處理器配置的專用Arm?虛擬硬件搶先在芯片完成前，提供給開發(fā)者使用。
這一切將始于Arm Corstone，ArmCorstone子系統(tǒng)是預先設計、預先集成、并且預先驗證的硬件子系統(tǒng)。Corstone是根據(jù)特定用例而打造，Arm直接向芯片設計伙伴提供這項技術(shù)。Corstone專門為芯片設計伙伴與OEM?廠商而設計，使其能專注于差異化。方法是通過將CPU、NPU、系統(tǒng)IP以及其他關(guān)鍵技術(shù)整合到一個預先集成、預先驗證且可隨時運行的子系統(tǒng)中。據(jù)了解，Corstone已為Arm芯片伙伴超過150個設計項目加速產(chǎn)品上市進程。Arm虛擬硬件現(xiàn)可在AWSMarketplace獲取，并計劃于2022年在中國推出。
?Cortex-M?的生態(tài)系統(tǒng)計劃Project Centauri
Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案（ArmTotal Solutions for IoT）的另一部分是針對Cortex-M的生態(tài)系統(tǒng)計劃?ProjectCentauri。該項目旨在通過針對設備開機、安全與云集成提供一套設備與平臺的標準和參考實作，為廣泛的ArmCortex-M軟件生態(tài)系統(tǒng)，達成類似ProjectCassini為Cortex-A生態(tài)系統(tǒng)作出的貢獻。ProjectCentauri的API包括對PSA認證與Open-CMSIS-CDI的支持，這是一套標準的云到設備規(guī)范，能最大限度地減少啟動不同的云解決方案和實時操作系統(tǒng)所需的開發(fā)工作量。ProjectCentauri將降低工程開發(fā)成本、加速上市進程、實現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署，并強化Cortex-M生態(tài)系統(tǒng)的安全性。
這是Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案的產(chǎn)品路線圖，目前第一個物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案已經(jīng)推出。它針對的是包括關(guān)鍵字辨識在內(nèi)的機器學習用例，基于Corstone-300、采用了Cortex-M55?和Ethos-U55。
通過Arm?物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案，Arm的愿景是為每個人加速產(chǎn)品開發(fā)以及提高投資回報率，包括OEM?廠商、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品與服務提供商、以及結(jié)合傳統(tǒng)和現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)實踐的新一代物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者。MohamedAwad表示，傳統(tǒng)的開發(fā)流程，包括IP選取、芯片設計，再到硬件制造，而軟件開發(fā)只能在驅(qū)動程序開發(fā)、板級支持包和應用程序開發(fā)之后才能啟動，整個流程耗時多達五年。而通過Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案賦能開發(fā)者后，可以在硬件開發(fā)的同時啟動軟件開發(fā)，可以將產(chǎn)品推新周期從五年縮減為三年。
?總結(jié)
Arm智能手機的業(yè)務是基于Arm的嵌入式技術(shù)開展的，目前物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務也是源于嵌入式技術(shù)。Arm在智能手機時代受益匪淺，也積累了大量的經(jīng)驗。Arm智能手機的騰飛是基于生態(tài)系統(tǒng)能夠通過一個共同的方式進行軟件開發(fā)，從而推動了硬件的創(chuàng)新。
現(xiàn)在，這一狀況正在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重新發(fā)生。MohamedAwad認為，Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案最重要的一點就是把移動領(lǐng)域所驅(qū)動的創(chuàng)新同水平地移植到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過降低軟件的投資，擴大可服務的市場，從而促進廣大的軟件資源投入到物聯(lián)網(wǎng)市場。MohamedAwad相信，新型的物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟將被驅(qū)動，而它的規(guī)模與蓬勃一定會超過智能手機市場。
Arm物聯(lián)網(wǎng)兼嵌入事業(yè)部副總裁MohamedAwad表示：“通過徹底改變系統(tǒng)的設計方法，Arm的獨特定位可以推動新的物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟，其形態(tài)、速度與規(guī)模等方面都足以與智能手機應用市場經(jīng)濟相媲美。Arm物聯(lián)網(wǎng)全面解決方案改變了我們?yōu)檎麄€生態(tài)系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)的方法，并展現(xiàn)了我們在軟件方面重大且持續(xù)的投資，進而賦能開發(fā)者開展創(chuàng)新，擴展全球影響力。”
筆者認為，Arm在面對物聯(lián)網(wǎng)時代的軟硬件開發(fā)特殊性，對自身產(chǎn)品進行的重構(gòu)。Arm希望將自己在移動領(lǐng)域的開發(fā)方式復制到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，幫助更多的客戶將產(chǎn)品設計周期最多縮短兩年，同時更好的應對RISC-V這樣的開源架構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)。最后，筆者認為，有了這套全面解決方案作為設計，Arm的生態(tài)伙伴可以更好地聚焦創(chuàng)新，提升自己的投資回報率。通過標準化，讓合作伙伴能夠更好的實現(xiàn)自己在細分領(lǐng)域的差異化，他們可以充分利用自己的投資去解決市場上新的挑戰(zhàn)，而無需浪費在重復已經(jīng)做過的工作上。
