物聯(lián)網(wǎng)承載著ARM統(tǒng)一軟硬件的野心

　　雖然此次ARM 2014 智能嵌入式開發(fā)應(yīng)用研討會的主題是物聯(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。為什么呢?還是要先從物聯(lián)網(wǎng)的盈利模式說起。

　　探索硬件在物聯(lián)網(wǎng)中的價值

　　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?到底誰從中獲利了呢?飛思卡爾亞區(qū)市場及業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)Edward Tsau的一席話，讓我對于物聯(lián)網(wǎng)的盈利模式有些清晰了，也更加為處理器廠商擔憂。Edward說他在之前與一些行業(yè)大佬們的交流中了解到，未來硬件產(chǎn)品是送的或者以成本價格賣給用戶。未來物聯(lián)網(wǎng)的收入有兩大方面：數(shù)據(jù)和服務(wù)。硬件只是一個媒介，通過把服務(wù)給用戶而得到數(shù)據(jù)。我們現(xiàn)在也已經(jīng)能夠從國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)巨頭的行業(yè)動作中看出端倪。

　　那么硬件的“價值”是什么?1~2塊對客戶沒有幫助，決定因素不再是低成本和低功耗，而是給客戶一個完整的平臺來獲得服務(wù)和數(shù)據(jù)。物理網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的各個成員都應(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)普遍認為ARM會繼續(xù)保持它的內(nèi)核統(tǒng)一戰(zhàn)略，并且進一步向高端應(yīng)用挺進。讓記者沒有想到的是，ARM的野心不再局限于在內(nèi)核領(lǐng)域“指點江山”，而是想借助CMSIS把“統(tǒng)一”目標擴大到軟件領(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點從內(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，處理器廠商們對于軟件的投資也是越來越大，并且卓有成效。就在他們還滿足于ARM核配合其獨特的軟件所帶來的效益時，危機已經(jīng)到來了。商場如戰(zhàn)場，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為競爭對手，后來不得不妥協(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間并不多。

　　當然到底CMSIS有沒有實力呢?肯定有人會質(zhì)疑它，我想就跟當時Cortex-M核一樣，在質(zhì)疑聲中占領(lǐng)市場可能是ARM的強項。

　　用CMSIS擴大用戶群

　　要提升硬件價值，特別是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的價值，擴大用戶群是必須的。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，但功能相對單一，不知道如何拓展。ARM中國區(qū)現(xiàn)場應(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，市場千變?nèi)f化，MCU廠商為不同客戶提供不同的板級支持包(BSP)，缺乏把一個OS做得非常完善的軟件。例如，飛思卡爾、TI有不同的開發(fā)工具，但是考慮到廠商開發(fā)軟件和維護成本高，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)，對于小廠商而言，開發(fā)環(huán)境就不那么樂觀了。ARM提出的Cortex微控制器軟件接口標準 (CMSIS) 彌補了不同操作系統(tǒng)的差異性，因為CMSIS上層API是一樣的，讓人們在不同操作系統(tǒng)之間調(diào)用、遷徙?？梢杂肒eil、DS-5工具來承載CMSIS標準?？傊?，ARM的目的就是用CMSIS擴大芯片、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)商無關(guān)的硬件抽象層。CMSIS 可實現(xiàn)與處理器和外設(shè)之間的一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用，縮短微控制器開發(fā)人員新手的學(xué)習(xí)過程，并縮短新設(shè)備的上市時間。軟件的創(chuàng)建是嵌入式產(chǎn)品行業(yè)的一個主要成本因素。通過跨所有 Cortex-M 芯片供應(yīng)商產(chǎn)品將軟件接口標準化(尤其是在創(chuàng)建新項目或?qū)F(xiàn)有軟件遷移到新設(shè)備時)，可以大大降低成本。CMSIS 已與多個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 Cortex-M Prototyping System (原型系統(tǒng))，早期RTL設(shè)計時就能調(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(分數(shù) q7、q15、q31)和單精度浮點(32 位)實現(xiàn)的 60 多種函數(shù)的 DSP 庫;

　　CMSIS-RTOS API：用于線程控制、資源和時間管理的實時操作系統(tǒng)的標準化編程接口;

　　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)品最大的訴求莫過于低功耗。ARM高級嵌入式技術(shù)專家Joseph Yiu 從各個層面解釋了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自模擬和接口部分、通信以及存儲系統(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收購了芬蘭物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)商Sensinode，這也是ARM公司歷史第二筆收購，同時，ARM也新成立了IoT事業(yè)部門，正式揭開了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，從連接設(shè)備到云端。ARM MBED平臺(一個開放的在線工具)、Sensinode NanoMesh和Sensinode NanoService(一個端到端的解決方案)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

　　每個產(chǎn)業(yè)都有自己的標準，物聯(lián)網(wǎng)牽涉的東西太多，統(tǒng)一標準不太實際，大家應(yīng)該共同開發(fā)一個開源平臺，包括ARM在內(nèi)的很多公司都在推動這件事情。物聯(lián)網(wǎng)這個餅太大了，不是一家能吃得下的。應(yīng)該有人做先鋒，不管是不是競爭對手，都可以來做開放平臺。例如飛思卡爾和Nest(谷歌花了32億收購Nest)一起推動的Thread，它是一種基于簡化版IPv6的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，旨在實現(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。

　　過去說RFID、無線傳感網(wǎng)、M2M，各自在小領(lǐng)域應(yīng)用，今天物聯(lián)網(wǎng)沒有大眾化，因為大家都在做案例，沒有做產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)要達到500億節(jié)點，必須大眾化、產(chǎn)品化，這是任重道遠的事情。