泛在計算時代的嵌入式系統(tǒng)

　　編者按：據(jù)Forrester預(yù)計，2016年全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達6200億美元規(guī)模。2020年市場上將有500億個聯(lián)網(wǎng)裝置。我國物聯(lián)網(wǎng)也正從概念向落到實處發(fā)展。看清物聯(lián)網(wǎng)趨勢，早日定位，下一個阿里巴巴、騰訊、盛大也許就是您!

　　清醒認識物聯(lián)網(wǎng)

　　問：為何說物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在還沒有成熟?

　　答：回顧計算與應(yīng)用的三次發(fā)展浪潮，第一次浪潮始于大型機時代，產(chǎn)生于上世紀80年代。第二階段以PC機為主，始于上世紀90年代初，由于PC互聯(lián)，誕生了互聯(lián)網(wǎng)。第三個階段是無處不在的泛在計算，產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)。

　　但物聯(lián)網(wǎng)的成熟還要有個過程，估計需要一二十年才會有相應(yīng)的應(yīng)用模式。首先，90年代末，我們談?wù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式系統(tǒng)(后PC)，2009年提出了智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)。預(yù)計應(yīng)該再過七八年才會出現(xiàn)今天互聯(lián)網(wǎng)一樣的成功商業(yè)模式。

　　我們可以回顧第二次浪潮是怎么走過來的：PC機出現(xiàn)十年后才有了互聯(lián)網(wǎng);Yahoo開創(chuàng)了互聯(lián)網(wǎng)運營的成功商業(yè)模式，后來Google和阿里巴巴等成功運行了這種商業(yè)模式，前后歷時十左右。因此要誕生一種成功的商業(yè)模式需要時間。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，首先要發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的雅虎，找到成功的商業(yè)模式。

　　問：物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式系統(tǒng)帶來哪些機會?

　　答：物聯(lián)網(wǎng)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。實際上，最下面的感知層在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈里只占8%，感知層包括RFID、傳感器等物理設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層，即系統(tǒng)集成的費用、價值只占20%～30%。因此，物聯(lián)網(wǎng)里硬設(shè)備/看得到的東西在產(chǎn)業(yè)鏈里只占30%~40%，真正的產(chǎn)業(yè)效應(yīng)是在應(yīng)用和服務(wù)，即軟件產(chǎn)業(yè)上?？梢?，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不是生產(chǎn)型的產(chǎn)業(yè)，而是信息服務(wù)的產(chǎn)業(yè)，這是物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。例如，提出智慧地球的公司不是芯片公司，而是做信息服務(wù)的IBM公司。

　　問：物聯(lián)網(wǎng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)?

　　答：物聯(lián)網(wǎng)是信息和物理的融合。美國把CPS(信息融合物理系統(tǒng), Cyber-Physical Systems)作為計算機的一個顛覆性的革命而提出來。因為現(xiàn)在有了計算機，它的處理對象是數(shù)字的。而物聯(lián)網(wǎng)/CPS要處理的對象是連續(xù)的，跟時間有關(guān)，原有的計算體系實際上已不適合物聯(lián)網(wǎng)/ CPS。

　　問：CPS有何特征?

　　答：CPS融合了3C：計算、通信和控制。尤其控制很重要，因為所有的設(shè)備都要控制，因此需要嵌入式系統(tǒng)。

　　但是難點有幾個：⒈對象現(xiàn)在不是靜態(tài)的，而是動態(tài)的。⒉嵌入式設(shè)備要連起來，這不是一件簡單的事情。很多人一定還記得，比爾蓋茨在90年代末曾提出了維納斯計劃，要實現(xiàn)智能家庭/智能冰箱/智能洗衣機等聯(lián)網(wǎng)，最后以失敗告終。這其中有兩個原因，第一是不合時機;第二，一些設(shè)備本身不具備聯(lián)網(wǎng)、瀏覽器等功能。這怎么辦?人們在總結(jié)了這些功能之后，就提出了信息平臺的中間件OSGi(Open Service Gateway Initiative)架構(gòu)，由眾多公司和機構(gòu)組成了開源組織——OSGi聯(lián)盟，針對汽車電子、家庭網(wǎng)絡(luò)、移動設(shè)備和工業(yè)環(huán)境等特定領(lǐng)域的與互聯(lián)網(wǎng)連接的中間件。

　　問：成功的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是什么樣?

　　答：必定有一朵“云計算”;否則將會是一堆廢銅爛鐵。同時，云計算要有地上具體應(yīng)用的對象;否則將是一朵浮云。

　　目前云計算已在日本落地。汽車已成信息終端：通過云計算平臺GAE(Google App Engine) 實現(xiàn)汽車遠程信息服務(wù);還有新型急救醫(yī)療系統(tǒng)、電力銀行和電影院的實況轉(zhuǎn)播等。如果物聯(lián)網(wǎng)沒有后面的云計算，也就沒有后面的60%、70%的真正的應(yīng)用，同樣道理，如果云計算不落地，永遠只是一個流云。日本自認為有三朵云落地—車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、混合云。所以物聯(lián)網(wǎng)和云是分不開的。

　　嵌入式系統(tǒng)新理念——Smart System

　　問：有的公司的戰(zhàn)略叫Smart System，有的叫Intelligent System，它們有區(qū)別嗎?

　　答：都是一樣的。2011年4月， Intel、微軟、通用汽車、高通、飛思卡爾、ARM、TI和三星等公司在舊金山聯(lián)合成立了“Smart技術(shù)世界”。Smart system(智能系統(tǒng)或智慧系統(tǒng))的特點是：⒈處理器不是我們以前用的最簡單的8位處理器了，而是32位處理器或SoC。⒉內(nèi)含高層次的嵌入式操作系統(tǒng)。⒊有聯(lián)網(wǎng)功能，徹底解決原先嵌入式系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象。

　　新理念帶來新技術(shù)

　　問：這會對嵌入式系統(tǒng)帶來哪些新的技術(shù)革命?

　　答：嵌入式設(shè)計要從面相對象到面相角色轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)的計算是跟時間有關(guān)的。第二，需要軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)。第三，需要嵌入式軟件建模、自動分析和驗證技術(shù)。

　　問：難點是哪些?

　　答：嵌入式系統(tǒng)是面向特定應(yīng)用的專用系統(tǒng)。因此，可用軟硬件協(xié)同設(shè)計把該特定應(yīng)用的多余的軟硬件裁減掉，其中也包括OS。

　　另外，從動車事故等看出，可靠性是嵌入式系統(tǒng)最大的問題，但嵌入式系統(tǒng)的很多設(shè)計是在開源上完成的，需要把開放的嵌入式系統(tǒng)改造成封閉的專用系統(tǒng)。甚至于你可以到把OS裁到不像OS，甚至沒有OS的這一歷史，那么為什么嵌入式系統(tǒng)還要有OS呢?我的對象目標都已經(jīng)定了，還要有文件調(diào)度，所以這個方式已經(jīng)失去了意義，應(yīng)該向無操作系統(tǒng)(演變?yōu)镋vent驅(qū)動)的嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。

　　第三，要有一些新的建模、自動分析和驗證技術(shù)。特點是具有形式化描述和圖形化建模;自動生成TML級代碼，進行相應(yīng)系統(tǒng)的仿真;自動分析、評估和測試;Cofluent(匯合的)建模和驗證工具，涵蓋多核、實時嵌入式系統(tǒng)等。

　　新的建模、自動分析和驗證工具優(yōu)勢明顯。據(jù)Arthur D. Little公司的調(diào)研項目顯示，使用基于模型的設(shè)計，開發(fā)成本大大低于傳統(tǒng)的開發(fā)方式。例如英國BAE Systems公司的兩個小組，分別使用兩種模式開發(fā)同一個軟件無線電(SDR)項目，結(jié)果基于模型的設(shè)計流程比傳統(tǒng)的流程節(jié)省了約80%的時間。