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NXP邊緣處理業(yè)務(wù)線軟件工程研發(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。現(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)銷被卸載到嵌入式專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、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)備完全依賴蜂窩連接才能發(fā)揮作用。
無(wú)線網(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)，工廠自動(dòng)化應(yīng)用依賴于實(shí)時(shí)響應(yīng)，聯(lián)網(wǎng)汽車需要廣域覆蓋。
四種主要的無(wú)線協(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)交換和訪問(wèn)。
2、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常用的四種無(wú)線協(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)線協(xié)議淘汰。
物聯(lián)網(wǎng)中使用的各種無(wú)線通信協(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，以確保跨版本的向后兼容性。
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 (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。工廠車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)汽車的駕駛艙包含數(shù)字儀表板，可為駕駛員提供汽車狀態(tài)、導(dǎo)航和路線信息等信息。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。
