物聯(lián)網(wǎng)承載著ARM統(tǒng)一軟硬件的野心

　　雖然此次ARM 2014 智能嵌入式開(kāi)發(fā)應(yīng)用研討會(huì)的主題是物聯(lián)網(wǎng)，但是給記者印象最深刻的既不是物聯(lián)網(wǎng)，也不是ARM引以為傲的Cortex-M核，而是ARM的軟件平臺(tái)。為什么呢?還是要先從物聯(lián)網(wǎng)的盈利模式說(shuō)起。

　　探索硬件在物聯(lián)網(wǎng)中的價(jià)值

　　從1999年MIT提出IoT(物聯(lián)網(wǎng))到現(xiàn)在，IoT發(fā)展到什么程度?到底誰(shuí)從中獲利了呢?飛思卡爾亞區(qū)市場(chǎng)及業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)Edward Tsau的一席話，讓我對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的盈利模式有些清晰了，也更加為處理器廠商擔(dān)憂。Edward說(shuō)他在之前與一些行業(yè)大佬們的交流中了解到，未來(lái)硬件產(chǎn)品是送的或者以成本價(jià)格賣(mài)給用戶。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的收入有兩大方面：數(shù)據(jù)和服務(wù)。硬件只是一個(gè)媒介，通過(guò)把服務(wù)給用戶而得到數(shù)據(jù)。我們現(xiàn)在也已經(jīng)能夠從國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭的行業(yè)動(dòng)作中看出端倪。

　　那么硬件的“價(jià)值”是什么?1~2塊對(duì)客戶沒(méi)有幫助，決定因素不再是低成本和低功耗，而是給客戶一個(gè)完整的平臺(tái)來(lái)獲得服務(wù)和數(shù)據(jù)。物理網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)成員都應(yīng)該思考如何讓客戶以最低成本增加服務(wù)。

　　野心：統(tǒng)一軟件讓差異化何去何從?

　　在微控制器領(lǐng)域，ARM核已經(jīng)基本上“統(tǒng)一江山”了，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為ARM會(huì)繼續(xù)保持它的內(nèi)核統(tǒng)一戰(zhàn)略，并且進(jìn)一步向高端應(yīng)用挺進(jìn)。讓記者沒(méi)有想到的是，ARM的野心不再局限于在內(nèi)核領(lǐng)域“指點(diǎn)江山”，而是想借助CMSIS把“統(tǒng)一”目標(biāo)擴(kuò)大到軟件領(lǐng)域，恐怕這也是那些與ARM有緊密合作的處理器廠商始料未及的。

　　在內(nèi)核逐漸統(tǒng)一以后，很多處理器廠商的賣(mài)點(diǎn)從內(nèi)核轉(zhuǎn)到了軟件，他們希望用軟件幫助用戶做出差異化產(chǎn)品并提高效率。因此，處理器廠商們對(duì)于軟件的投資也是越來(lái)越大，并且卓有成效。就在他們還滿足于ARM核配合其獨(dú)特的軟件所帶來(lái)的效益時(shí)，危機(jī)已經(jīng)到來(lái)了。商場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng)，雖然現(xiàn)在一直保持“合作”的形式，但是處理器廠商們也曾經(jīng)以ARM為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，后來(lái)不得不妥協(xié)。如果最后連軟件也被ARM牽著鼻子走，他們?nèi)绾稳プ霾町惢?我想留給處理器廠商們思考和作出決定的時(shí)間并不多。

　　當(dāng)然到底CMSIS有沒(méi)有實(shí)力呢?肯定有人會(huì)質(zhì)疑它，我想就跟當(dāng)時(shí)Cortex-M核一樣，在質(zhì)疑聲中占領(lǐng)市場(chǎng)可能是ARM的強(qiáng)項(xiàng)。

　　用CMSIS擴(kuò)大用戶群

　　要提升硬件價(jià)值，特別是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的價(jià)值，擴(kuò)大用戶群是必須的。目前，智能手環(huán)、手表、智能插座等物聯(lián)網(wǎng)初期終端產(chǎn)品眾多，但功能相對(duì)單一，不知道如何拓展。ARM中國(guó)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師章政表示：如果這種現(xiàn)象一直維持下去，那么終端用戶群太窄，APP也少。在MCU領(lǐng)域，市場(chǎng)千變?nèi)f化，MCU廠商為不同客戶提供不同的板級(jí)支持包(BSP)，缺乏把一個(gè)OS做得非常完善的軟件。例如，飛思卡爾、TI有不同的開(kāi)發(fā)工具，但是考慮到廠商開(kāi)發(fā)軟件和維護(hù)成本高，軟件學(xué)習(xí)昂貴，大廠商可能還可以得到定制化的軟件服務(wù)，對(duì)于小廠商而言，開(kāi)發(fā)環(huán)境就不那么樂(lè)觀了。ARM提出的Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn) (CMSIS) 彌補(bǔ)了不同操作系統(tǒng)的差異性，因?yàn)镃MSIS上層API是一樣的，讓人們?cè)诓煌僮飨到y(tǒng)之間調(diào)用、遷徙?？梢杂肒eil、DS-5工具來(lái)承載CMSIS標(biāo)準(zhǔn)?？傊?，ARM的目的就是用CMSIS擴(kuò)大芯片、應(yīng)用和中間件的用戶群。

　　ARM CMSIS是 Cortex-M 處理器系列的與供應(yīng)商無(wú)關(guān)的硬件抽象層。CMSIS 可實(shí)現(xiàn)與處理器和外設(shè)之間的一致且簡(jiǎn)單的軟件接口，從而簡(jiǎn)化軟件的重用，縮短微控制器開(kāi)發(fā)人員新手的學(xué)習(xí)過(guò)程，并縮短新設(shè)備的上市時(shí)間。軟件的創(chuàng)建是嵌入式產(chǎn)品行業(yè)的一個(gè)主要成本因素。通過(guò)跨所有 Cortex-M 芯片供應(yīng)商產(chǎn)品將軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化(尤其是在創(chuàng)建新項(xiàng)目或?qū)F(xiàn)有軟件遷移到新設(shè)備時(shí))，可以大大降低成本。CMSIS 已與多個(gè)主要芯片和軟件供應(yīng)商建立了密切關(guān)系。值得一提的是，ARM還提供FPGA級(jí) Cortex-M Prototyping System (原型系統(tǒng))，早期RTL設(shè)計(jì)時(shí)就能調(diào)試。

圖1 CMSIS與MCU及上層API關(guān)系架構(gòu)圖

　　CMSIS 包含以下組件：

　　CMSIS-CORE：提供與 Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4、SC000 和 SC300 處理器與外圍寄存器之間的接口;

　　CMSIS-DSP：包含以定點(diǎn)(分?jǐn)?shù) q7、q15、q31)和單精度浮點(diǎn)(32 位)實(shí)現(xiàn)的 60 多種函數(shù)的 DSP 庫(kù);

　　CMSIS-RTOS API：用于線程控制、資源和時(shí)間管理的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化編程接口;

　　CMSIS-SVD：包含完整微控制器系統(tǒng)(包括外設(shè))的程序員視圖的系統(tǒng)視圖描述 XML 文件。

　　低功耗大管家

　　物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品最大的訴求莫過(guò)于低功耗。ARM高級(jí)嵌入式技術(shù)專(zhuān)家Joseph Yiu 從各個(gè)層面解釋了Cortex-M核低功耗原理。低功耗取決于物理IP的選擇、智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)及處理器選擇(程序執(zhí)行效率、程序密度、智能電源管理)。而處理器功耗最大的消耗來(lái)自模擬和接口部分、通信以及存儲(chǔ)系統(tǒng)。Cortex-M處理器低功耗秘訣是：小的芯片面積、Artisan物理IP、睡眠模式的低功耗特征、喚醒中斷控制器、程序執(zhí)行的高效、高代碼密度和存取優(yōu)化。

　　搶食物聯(lián)網(wǎng)的“大餅”

　　去年，ARM收購(gòu)了芬蘭物聯(lián)網(wǎng)軟件開(kāi)發(fā)商Sensinode，這也是ARM公司歷史第二筆收購(gòu)，同時(shí)，ARM也新成立了IoT事業(yè)部門(mén)，正式揭開(kāi)了ARM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域啟航的序幕。 ARM在物聯(lián)網(wǎng)中的定位是ARM核橫跨在傳感器和服務(wù)器之間，從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到IoT節(jié)點(diǎn)，從連接設(shè)備到云端。ARM MBED平臺(tái)(一個(gè)開(kāi)放的在線工具)、Sensinode NanoMesh和Sensinode NanoService(一個(gè)端到端的解決方案)是物聯(lián)網(wǎng)體系中理想的模塊，如圖2所示。

圖2 ARM產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)方案

　　每個(gè)產(chǎn)業(yè)都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)牽涉的東西太多，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)不太實(shí)際，大家應(yīng)該共同開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，包括ARM在內(nèi)的很多公司都在推動(dòng)這件事情。物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)餅太大了，不是一家能吃得下的。應(yīng)該有人做先鋒，不管是不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，都可以來(lái)做開(kāi)放平臺(tái)。例如飛思卡爾和Nest(谷歌花了32億收購(gòu)Nest)一起推動(dòng)的Thread，它是一種基于簡(jiǎn)化版IPv6的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，旨在實(shí)現(xiàn)家庭中各種產(chǎn)品間的互聯(lián)，以及與互聯(lián)網(wǎng)和云的連接。

　　過(guò)去說(shuō)RFID、無(wú)線傳感網(wǎng)、M2M，各自在小領(lǐng)域應(yīng)用，今天物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有大眾化，因?yàn)榇蠹叶荚谧霭咐?，沒(méi)有做產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)要達(dá)到500億節(jié)點(diǎn)，必須大眾化、產(chǎn)品化，這是任重道遠(yuǎn)的事情。