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NXP邊緣處理業(yè)務(wù)線(xiàn)軟件工程研發(fā)副總裁 Robert Oshana 日前撰文，圍繞邊緣計(jì)算常見(jiàn)的十一個(gè)誤區(qū)給予了解答。

1. 物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檫吘壴O(shè)備只能承載基本的安全措施。

安全是邊緣設(shè)備的基本要求，可以實(shí)施一系列數(shù)字安全措施來(lái)確保完整性、機(jī)密性、真實(shí)性和不可否認(rèn)性等基本安全特性?，F(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案越來(lái)越多地基于信任根 (RoT) 技術(shù)，其中托管加密安全算法并在強(qiáng)化環(huán)境中保護(hù)免受物理攻擊。

在某些情況下，這些安全功能的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)被卸載到嵌入式專(zhuān)用安全芯片或可信平臺(tái)模塊 (TPM)。在其他情況下，該功能可以托管在多核 MPU 的專(zhuān)用核心中。

這種硬件和軟件安全子系統(tǒng)的組合可確保在應(yīng)用程序的整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)惡意攻擊提供強(qiáng)大的防御。

2. 由于廣域網(wǎng)固有的延遲，邊緣處理無(wú)法支持實(shí)時(shí)應(yīng)用。

新興的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如自動(dòng)駕駛汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人和遠(yuǎn)程手術(shù)，需要實(shí)時(shí)級(jí)別的響應(yīng)能力。由于互聯(lián)網(wǎng)和其他廣域網(wǎng)的典型延遲，傳統(tǒng)的云計(jì)算模型無(wú)法支持這些類(lèi)型的用例。

因此，這些應(yīng)用程序推動(dòng)了嵌入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和軟件的計(jì)算能力顯著提高，這些設(shè)備和軟件曾經(jīng)屬于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，現(xiàn)在可以托管在邊緣。這種增強(qiáng)的智能可以實(shí)現(xiàn)更多的本地決策，從而實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的響應(yīng)水平，為全新一代的高級(jí)應(yīng)用提供支持。

3. 機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)僅限于數(shù)據(jù)中心，因?yàn)樗鼈兊奶幚硇枨蟪隽诉吘売?jì)算的能力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)硬件的發(fā)展，軟件的進(jìn)步一直是邊緣處理能力增長(zhǎng)的關(guān)鍵。機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了使 ML 模型能夠部署在云中的工具，并將相關(guān)的推理任務(wù)下載到邊緣設(shè)備。

邊緣設(shè)備上的 ML 軟件堆棧受益于高級(jí)硬件單元，例如圖形處理單元 (GPU)、中央處理單元 (CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 和神經(jīng)處理單元 (NPU) 加速器，以執(zhí)行本地實(shí)時(shí) ML 推理，并偶爾使用云連接。

邊緣智能水平的提高支持了依賴(lài)實(shí)時(shí)響應(yīng)率的更復(fù)雜應(yīng)用程序的出現(xiàn)。

4. 邊緣計(jì)算耗電，不適合低功耗應(yīng)用。

功耗是邊緣設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵特性。許多應(yīng)用，例如可穿戴設(shè)備或遠(yuǎn)程傳感器，必須通過(guò)一次電池充電才能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，或者由替代能源供電。

嵌入式 MCU 采用了一系列功率優(yōu)化技術(shù)，包括使用低功率硅材料和根據(jù)使用情況劃分功能。一項(xiàng)關(guān)鍵的功耗優(yōu)化技術(shù)是對(duì)片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)進(jìn)行分區(qū)，以便不同的分區(qū)控制特定域——例如，實(shí)時(shí)域、應(yīng)用程序域和彈性域。

電源優(yōu)化軟件通過(guò)只為任何給定時(shí)間需要的 SoC 部分供電，確保系統(tǒng)級(jí)的最低功耗。圖 1 說(shuō)明了如何應(yīng)用該技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)智能手表等設(shè)備的電池壽命。

1. 智能手表應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)功率域控制。 （來(lái)源：NXP 邊緣計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)）

5. 越來(lái)越多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將淹沒(méi)互聯(lián)網(wǎng)

聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的不斷增加是近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)的主要因素，一些分析師預(yù)測(cè)，2021 年全球?qū)?chuàng)建 74 澤（ZB）字節(jié)的數(shù)據(jù)。

隨著嵌入在邊緣設(shè)備中的計(jì)算能力不斷提高，更多的數(shù)據(jù)處理發(fā)生在邊緣而不是云端。這種本地?cái)?shù)據(jù)處理將顯著減少必須在云中處理的數(shù)據(jù)量。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量與互聯(lián)網(wǎng)流量之間的線(xiàn)性關(guān)系將從根本上改變，相應(yīng)地減少通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

6. 物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備完全依賴(lài)蜂窩連接才能發(fā)揮作用。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接是可穿戴設(shè)備、家庭自動(dòng)化、智能建筑、工業(yè)等領(lǐng)域廣泛多樣的物聯(lián)網(wǎng)用例的基本推動(dòng)力。各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用連接要求差異很大；智能照明系統(tǒng)依賴(lài)于Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的遠(yuǎn)程傳感器需要低功耗網(wǎng)絡(luò)，工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用依賴(lài)于實(shí)時(shí)響應(yīng)，聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)需要廣域覆蓋。

四種主要的無(wú)線(xiàn)協(xié)議目前在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中很突出（圖 2）。 Wi-Fi 6 在室內(nèi)空間提供高速、低延遲連接，Zigbee、Thread 和藍(lán)牙低功耗 (BLE) 在智能建筑和家庭中很受歡迎，例如需要低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的地方。超寬帶 (UWB) 為跟蹤應(yīng)用提供準(zhǔn)確定位，近場(chǎng)通信 (NFC) 提供安全的數(shù)據(jù)交換和訪(fǎng)問(wèn)。

2、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常用的四種無(wú)線(xiàn)協(xié)議（來(lái)源：恩智浦邊緣計(jì)算基礎(chǔ)）

5G 增強(qiáng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)功能正在通過(guò)跨多個(gè)部門(mén)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)其接受度，支持室內(nèi)和室外連接。

因此，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)應(yīng)用程序的特定需求，從一種或多種已建立的無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行選擇，以確保其設(shè)備的安全互操作性。

7. 將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序連接到云端很復(fù)雜，需要高技能的網(wǎng)絡(luò)工程資源和多方（WAN 提供商和云服務(wù)提供商）的管理才能使其工作。

與此同時(shí)，云連接正迅速成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的默認(rèn)要求，從而支持包括遠(yuǎn)程診斷、OTA 升級(jí)、遠(yuǎn)程設(shè)備管理和增強(qiáng)邊緣計(jì)算能力等優(yōu)勢(shì)。

然而，對(duì)于面臨不斷縮短開(kāi)發(fā)周期的設(shè)計(jì)人員而言，利用多協(xié)議設(shè)備的額外靈活性同時(shí)應(yīng)對(duì)云連接的復(fù)雜性可能會(huì)增加本已捉襟見(jiàn)肘的項(xiàng)目的成本和時(shí)間。

幸運(yùn)的是，在這些硬件和軟件開(kāi)發(fā)的同時(shí)，可以使用越來(lái)越多的工具集來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)任務(wù)。例如，Matter 是一種統(tǒng)一的、基于 IP 的連接協(xié)議，可簡(jiǎn)化多協(xié)議系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。作為一種開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)，Matter 使開(kāi)發(fā)人員能夠連接和構(gòu)建可靠、安全的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，并提高智能家居設(shè)備之間的兼容性。

此外，包括 Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure 和 Google Cloud 在內(nèi)的許多云提供商都在提供 IoT 軟件開(kāi)發(fā)工具包 (SDK)，以便更輕松地從 IoT 設(shè)備連接到云。

8. 部署在現(xiàn)場(chǎng)的邊緣設(shè)備將很快被下一代無(wú)線(xiàn)協(xié)議淘汰。

物聯(lián)網(wǎng)中使用的各種無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議由已建立的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（如 IEEE 和 3GPP）管理。這些組織管理各自標(biāo)準(zhǔn)的演變，以確?？绨姹镜南蚝蠹嫒菪?。

此外，隨著在軟件堆棧中實(shí)現(xiàn)的功能比例越來(lái)越高，版本之間的升級(jí)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn) (OTA) 來(lái)完成。開(kāi)發(fā)人員也越來(lái)越能夠利用多模設(shè)備來(lái)增加通信協(xié)議的靈活性和選擇。

9. 用戶(hù)將失去干預(yù)邊緣設(shè)備運(yùn)行的能力。

許多邊緣設(shè)備 SoC 集成了強(qiáng)大的圖形處理器，使數(shù)據(jù)能夠安全地呈現(xiàn)在邊緣設(shè)備本身上，而不是通過(guò)云。此外，設(shè)備強(qiáng)大的本地處理能力可用于以各種用戶(hù)友好的可視化排列方式解釋和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，例如圖表或地圖。

在所有用例中都可以看到此功能的示例。工廠(chǎng)車(chē)間的信息面板使操作員能夠監(jiān)控過(guò)程效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并隨后采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。

現(xiàn)代聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的駕駛艙包含數(shù)字儀表板，可為駕駛員提供汽車(chē)狀態(tài)、導(dǎo)航和路線(xiàn)信息等信息。在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生和實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員不斷參考由人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字助理屏幕、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。在消費(fèi)者層面，可穿戴設(shè)備、電器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都會(huì)收集經(jīng)過(guò)處理并在屏幕上呈現(xiàn)給用戶(hù)的數(shù)據(jù)。

本地處理和高級(jí)圖形功能的強(qiáng)大組合實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)和邊緣設(shè)備之間可定制的高水平交互。

10. 開(kāi)發(fā)邊緣應(yīng)用程序復(fù)雜且耗時(shí)，并且需要大量高技能且昂貴的資源。

由于硬件復(fù)雜性增加、固件中需要更多功能以及開(kāi)發(fā)人員的變化，開(kāi)發(fā)邊緣計(jì)算設(shè)備肯定具有挑戰(zhàn)性開(kāi)發(fā)流程以達(dá)到更高的生產(chǎn)力。

不過(guò)，市場(chǎng)上有大量工具集可供使用，它們可以幫助開(kāi)發(fā)人員克服在開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高效率的障礙。這些工具有助于快速構(gòu)建和自動(dòng)化構(gòu)建，并且它們支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析功能的測(cè)試和交付。

項(xiàng)目的復(fù)雜性將決定所需的確切工具。然而，一個(gè)基本軟件項(xiàng)目的典型集合（圖 3）將包括一個(gè)可視化編輯器、一個(gè) GNU 編譯器集合 (GCC) 和相關(guān)的構(gòu)建工具，例如用于調(diào)試和完成二進(jìn)制文件的 GNU 調(diào)試器 (GDB)，以及安全復(fù)制協(xié)議(SCP) 用于將文件復(fù)制到聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備。

3. 軟件項(xiàng)目的典型工具集包括對(duì)編輯、構(gòu)建、調(diào)試和部署階段的支持。 （來(lái)源：NXP 邊緣計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)）

選擇正確的流程和正確的工具將確保在預(yù)算和時(shí)間限制內(nèi)持續(xù)開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的應(yīng)用程序。

11. 邊緣計(jì)算應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)，會(huì)影響上市時(shí)間。

在當(dāng)今快節(jié)奏的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，快速上市至關(guān)重要，生態(tài)系統(tǒng)中的所有參與者都在使用旨在壓縮時(shí)間尺度和預(yù)算的工具來(lái)支持他們的產(chǎn)品。 SoC 制造商提供開(kāi)發(fā)套件和模塊以實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)和評(píng)估，嵌入式 Linux 等操作系統(tǒng)變體簡(jiǎn)化了實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)，云提供商提供 AWS 和 Azure 等工具來(lái)支持快速云連接。

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，這些工具使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用的細(xì)節(jié)，將安全性和連接性等功能的技術(shù)細(xì)節(jié)抽象為可以輕松集成到最終產(chǎn)品中的打包解決方案。