正如我們所知，物聯網重新定義了嵌入式系統工程，它開創了一個新時代，在這個時代，人們期望同樣的產品開發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的嵌入式開發工作流程和組織結構，轉而支持敏捷實踐和能夠支持這些期望的開發工作流程。由物聯網基礎設施推動的人工智能和機器學習技術的爆炸只是加速了這些轉變。

 

物聯網項目對設計速度和靈活性的日益重視也重新激發了對硬件/軟件協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施指令集架構，軟硬件協同設計就一直是電子學的一部分。直到現在，它才通過Arm Total Solutions for IoT等產品發展到系統級別，這些產品支持加速的應用開發、復雜的人工智能模型創建和全面的物聯網技術堆棧。

 

走向完全虛擬的開發體驗

要了解Arm的物聯網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/軟件協同設計原則已經存在了幾十年。然而，由于所使用的硬件解決方案的數量和多樣性，他們在嵌入式和物聯網領域很大程度上并不成功。為構建一個相對簡單的嵌入式開發或物聯網設備所需的所有組件創建虛擬目標，需要大規模的生態系統合作伙伴關系和充滿模型的數據中心才能有效。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虛擬硬件目標時，第一次被介紹到物聯網邊緣系統的大量云原生開發人員也會完全失去。

 

在2021年DevSummit上，Arm推出了物聯網整體解決方案，這是一個工具和知識產權生態系統，旨在降低物聯網開發的準入門檻。整體解決方案堆棧迭代核心圍繞Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU和其他系統和安全IP的Arm虛擬硬件(AVH)模型，這些系統和安全IP支持在芯片可用之前進行軟件構建和測試。

物聯網整體解決方案還引入了一個基于上述內核的預集成、預驗證和預驗證的IP子系統，名為Corstone-300。雖然表面上Corstone-300是端點AI設計的一個示例子系統，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：

l 將基于RTOS的設備連接到云的項目Centauri APIs

l 現成的關鍵詞識別機器學習模型

l 特定應用參考代碼

應用程序開發人員第一次可以訪問端到端的無硅環境，Arm估計這將縮短嵌入式開發生命周期數年。

 

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子系統的量產硅。軟件開發人員獲得知識產權的唯一途徑是通過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擴展物聯網生態系統的整體解決方案奠定了基礎，同時為云原生開發人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應用工程師提供了足夠的靈活性來實現他們的特定設計目標。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。

 

在嵌入式開發中，新的和改進的物聯網生態系統整體解決方案現在包括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內核的虛擬版本，與第二快的Cortex-M級設備相比，性能提高了30%。

 

隨著這些現在成為AVH環境的一部分，還發布了兩個新的Corstone IP子系統。與Corstone-300類似，Corstone-310將Cortex-M55 CPU內核替換為新的-M85內核，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計的良好起點。

圖一。Arm Corstone系列集成IP子系統包含開發面向語音識別、云原生邊緣設備和關鍵字識別等終端用例的SoC所需的所有構建模塊。

 

在Corstone-1000子系統中可以找到更多突破性的進展，該子系統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secure enclave，性能足以支持Linux等豐富的操作系統。它的集成安全功能也非常強大，Arm已經預先認證IP子系統為PSA級。

 

但AVH產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套件的虛擬模型實現的。

 

來自Arm芯片合作伙伴的其他主板的虛擬模型預計將很快被添加到AVH。所有這些虛擬硬件——從處理器和安全IP到Corstone子系統到開發套件目標——都可以在AWS市場上免費獲得。

 

虛擬硬件：一切都與軟件有關

當然，光靠AVH是不夠的。為了使軟件工程師能夠持續集成和交付，AVH模型必須與他們日常使用的自動化和開發工具兼容。

 

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，也是Project Centauri的一部分，它將示例應用程序帶到桌面上，幫助快速跟蹤語音和關鍵字識別解決方案的開發。

 

越來越多的情況表明，“開發人員所在的地方”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存在。

 

如果那個未來成為現實，只要保證你不會告訴同事你還記得軟硬件協同設計被稱為嵌入式開發工程的時候。