人工智能与边缘计算架构将推动嵌入式物联网发展

人工智能与边缘计算架构将推动嵌入式物联网发展

云和边缘的人工智能支持进一步推动了嵌入式物联网的发展。已经出现了一种平台方法来跨越各种开发人员的技能集。

本文的主要内容：

● 虽然云和嵌入式开发风格在今天有所不同，但将来可能会发生变化。

● 云和边缘的现场可编程门阵列现在是嵌入式物联网讨论的一部分。

● 面向云的嵌入式物联网开发平台正在重塑行业产品。

云系统已经进入人工智能和机器学习领域，改变了嵌入式物联网开发的本质，而嵌入式物联网开发已经需要大量的技能组合。

随着人工智能工作在许多物联网部署中走到边缘，这一趋势可能会加快，为平台多样性的更大发展奠定基础。

尽管如此，所有的道路都继续通过嵌入式开发。今天，在庞大的全球系统边缘为嵌入式设备编程仍然是一门艺术。功耗和内存限制仍然存在，延迟要求非常严格—以毫秒为单位。

为了克服这些障碍，嵌入式物联网开发人员从主线云提供商或专家处雇佣模拟器、模拟器、测试台、软件开发工具包和云平台。他们的嵌入式开发人员队伍中还包括精通电烙铁的人。

C语言仍然是嵌入式微控制器、微处理器、片上系统、片上模块和板级系统的主流。但在云中，计算和存储几乎是无限的，Python的高级语言在机器学习开发方面取得了成功。

一、当世界发生碰撞

如今，云和嵌入式开发风格有所不同。但全球半导体知识产权领导者Arm的产品营销总监克里斯•肖尔（chrisshore）表示，这种情况可能会改变。Shore在嵌入式开发领域有30多年的从业经验，是最早将Linux移植到Arm的公司之一。

有两个世界在碰撞。它包括专业知识的改变和工作实践的改变。如果在云端使用微服务运行分析机器学习作业，就不必关心它消耗了多少能量，或者你需要多少内存。但是，如果将此类分析放在嵌入式小部件上，则确实需要担心。

边缘和云之间的通信也是开发人员关心的问题。在收集点分析的数据可以更快地进行操作；系统不需要等待数据往返云端。因此，物联网设备模块上的人工智能处理引起了人们的关注，

几家半导体公司正在迅速将人工智能和机器学习设计与嵌入式系统联系起来。例如，今年早些时候，Arm推出了一个etos-U55神经处理单元，用于边缘机器学习处理。

二、物联网快速发展

许多属于物联网开发的东西对于嵌入式开发人员来说是很熟悉的；需要进行设备测量，需要判断级别-这些和类似的系统事件会启动其他进程，等等。

把这些嵌入式系统连接到网络上也很常见。这就是为什么很多资深的嵌入式开发人员对物联网的宣传感到不安。杰克·甘萨尔（jackgansalle）就是其中之一，他是独立嵌入式系统工程师，嵌入式Muse时事通讯的作者和编辑。

“从我开始的那一天起，设备就连接到了网络上。IoT出现时，我们已经做了20年了，”Gansalle说。

然而，嵌入式物联网领域正在迅速发展，很少有工程师知道全球联网分布式传感器数据处理和分析所需的细微差别。白手起家不是一个选择。

因此，工程师们以软件和硬件的形式购买连接，重要的是，专注于操作的嵌入式开发人员现在发现自己与IT团队的合作更加紧密。Gansalle指出，这些团队包括精通机器学习和其他高级分析的云开发人员。此外，实时操作系统是嵌入式开发的基本要素，正在增加云计算能力。

云平台提供商强调嵌入式操作系统对物联网的重要性。例如，考虑一下Amazon Web Services与Amazon FreeRTOS之间日益增长的活动。对于AWS来说，减轻嵌入式系统开发的任务是将其云服务转移到物联网的关键一步。

微软最近发布了Azure RTOS嵌入式物联网开发包，以简化开发。Azure RTOS是在微软2019年收购Express Logic之后发展起来的。这些新套件由Microchip Technology、NXP、Qualcomm、Renesas和STMicroelectronics的开发硬件支持。它们构成了云计算和嵌入式计算之间的重要互连。

三、平台展现了希望

随着人工智能和机器学习已经成为嵌入式物联网讨论的一部分，用于云和边缘的现场可编程门阵列已经进入混合。嵌入式开发人员可以配置和重新配置FPGAs，它高度灵活地支持各种机器学习模型，包括卷积神经网络。

为嵌入式系统编写这些芯片的开发技能范围可能很广，因此工具也必须如此。FPGA制造商Xilinx的视觉、医疗和科学服务主管Chetan Khona表示，虽然专用嵌入式系统开发人员需要软件开发工具包，但数据科学家需要机器学习开发框架。

Chetan Khona曾经在这个领域工作了10年之久的嵌入式系统——他以复印机为典型例子——现在可能会像数字企业中的其他一切一样定期更新。

据Khona估计，这使得开发平台向基于标准的开发平台迈进了一大步，以处理不同层次的电子、控制、连接、安全和人工智能。平台的目标是最终将不同层次的嵌入式开发人员的工作统一起来。

我们发现，现在没有一个人来做关键的发展决策。有不同的角色参与其中，有硬件开发人员、FPGA开发人员、系统架构师、应用程序开发人员和数据科学家。你需要为每一个不同的人提供服务。

Xilinx一直致力于通过PYNQ让Python语言开发人员（通常是数据科学团队的关键成员）参与FPGA开发，PYNQ是该公司为允许使用Python语言和库而创建的一个开源项目。

四、物联网的发展机遇和制约因素

面向云的嵌入式物联网开发平台正在重塑行业产品。以电子元器件分销商Avnet为例。2018年，该公司收购了Azure云连接和数据分析服务提供商Softweb Solutions，随后于2019年收购了嵌入式物联网开发平台制造商Witekio。Witekio的创始人兼总裁Yannick Chammings表示，目标是刺激嵌入式物联网的发展，Witekio现在是一家Avnet公司。

Chammings说，今天的嵌入式物联网开发是一个“狂野的西部”，需要更多的工具集成。

今天，他看到不同的利益相关者开始走到一起，追求比过去更紧密联系的设计。嵌入式社区习惯于在一个充满限制的世界里工作——另一方面，你有一个关于新可能性的物联网世界——如果你把你的数据带到云端，你就可以建立新的能力。

管理者必须为今天物联网的发展做好机遇和制约因素的准备。他们必须意识到，他们可能会在等式的任何一方失败，并推荐早期的创新研讨会，让系统架构师和其他团队成员一起对选项进行分类。

五、容器来了

除了人工智能和机器学习，影响物联网发展的主要趋势包括敏捷方法和开源软件，工业互联网联盟内OpenFog财团的首席技术官查克•拜尔斯（Chuck Byers）表示。

他指出，敏捷方法将复杂的程序提炼成可管理的代码块，而开源软件加快了设计速度——提供了与一般定义的协议栈相关的API和库。还有一些嵌入式的参考架构，比如那些Fog和Edge计算的参考架构，Byers在Cisco时帮助打造的，作为OpenFog联盟的一部分。

拜尔斯认为云的架构趋势会影响物联网设备的开发。其中最主要的是微服务和基于容器的技术，它们将代码片段与可运行在云端、边缘、智能传感器或其他设备中的资源集相结合。

云正在迅速转向基于容器的工作负载。这使得开发者可以将代码从云端移植到安全摄像头、无人机——边缘的不同节点上。这些工作负载可以快速启动，并且在一秒钟之内就可以部署到互联网上的任何地方。

这种技术很可能代表着嵌入式物联网开发的下一步。

六、像1995年那样编程？

Moor Insights and Strategy的物联网分析师、Tread Group的创始人比尔·柯蒂斯（Bill Curtis）表示，随着时间的推移，人们将看到人们转向能够降低物联网开发整体复杂性的平台，该组织追求基于低功耗互联网协议（IP）计算的标准。

今天，我们仍在为物联网开发软件，就像1995年一样。我们的内存占用很小，设备非常受限，人们仍在编写低级的C和汇编代码。”。“而且，没有真正的平台，你就得不到安全保障。

这些平台跨越了从边缘的物联网设备到云数据中心的开发，将成为标准平台，使开发经理能够“将他们的云编程模型引入物联网世界。这意味着在云上工作的开发人员可以每天在物联网上工作，而不需要改变工具。

计算这种变化发生的速度是困难的部分。嵌入式物联网发展的巨大变化可能不会来得太快，但也不会太晚。

套用了微软创始人比尔·盖茨的话：

人们总是高估两三年内的技术变化，但低估了10年后的变化。

文章翻译自：

https://urgentcomm.com/2020/07/02/ai-edge-computing-architecture-drive-embedded-iot-development/