硬件計(jì)算架構(gòu)變得越來越復(fù)雜，軟件開發(fā)也越來越具有挑戰(zhàn)性。

　　隨著邊緣智能變得越來越普遍，以及嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中部署更復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)，硬件計(jì)算架構(gòu)變得越來越復(fù)雜，反過來，軟件開發(fā)也變得更具挑戰(zhàn)性。

　　這些嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是小型、受限的系統(tǒng)，代碼開發(fā)需要跟上硬件的持續(xù)和現(xiàn)在更快的進(jìn)步。

　　克服其中一些挑戰(zhàn)的方法是軟件可移植性。正如MicroEJ首席執(zhí)行官Fred Rivard最近在接受EE Times采訪時(shí)所說，“要快速利用硬件創(chuàng)新，你需要利用你的軟件資產(chǎn)。

　　MicroEJ首席執(zhí)行官Fred Rivard在CES 2023上(來源：MicroEJ)

　　使用“容器”是利用這些資產(chǎn)的一種方式。如”為什么嵌入式軟件的未來在于容器“，它解釋說容器可以將程序及其所有依賴項(xiàng)包裝到單個(gè)隔離的可執(zhí)行環(huán)境中。事實(shí)上，容器也被描述為輕量級(jí)虛擬機(jī)。

　　谷歌云 此外，容器可以輕松地在操作系統(tǒng) (OS) 級(jí)別共享 CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，并提供一種邏輯打包機(jī)制，允許將應(yīng)用程序從實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境中抽象出來。

　　它引用了容器的三個(gè)好處：

　　? 它們提供了明確的責(zé)任分離，使開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用程序邏輯和依賴關(guān)系。

　　? 它們幾乎可以在任何地方運(yùn)行，大大簡(jiǎn)化了在 Linux 以及虛擬機(jī)、物理服務(wù)器和開發(fā)人員機(jī)器上的開發(fā)和部署。

　　? 它們通過在操作系統(tǒng)級(jí)別虛擬化 CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序隔離，為開發(fā)人員提供邏輯上與其他應(yīng)用程序隔離的操作系統(tǒng)視圖。

　　因此，容器可以提供Rivard建議的可移植性。容器允許應(yīng)用程序獨(dú)立于主機(jī)環(huán)境運(yùn)行，從而在各種環(huán)境中實(shí)現(xiàn)一致的執(zhí)行。

　　如 概述 嵌入式軟件顧問 Jacob Beningo 表示：“容器有助于確?？缍鄠€(gè)環(huán)境的一致性，減少由不同配置引起的問題。例如，您是否曾經(jīng)嘗試過讓新開發(fā)人員啟動(dòng)并運(yùn)行您正在使用的構(gòu)建系統(tǒng)?確保每個(gè)人都擁有相同版本的工具、庫等通常是一個(gè)巨大的痛苦。容器化開發(fā)環(huán)境允許將同一環(huán)境部署到任意數(shù)量的開發(fā)人員，無論其本地系統(tǒng)的配置如何。

　　微服務(wù)還支持即插即用的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)

　　除了容器之外，微服務(wù)是為嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備啟用軟件即插即用功能的另一種方式。

　　它們將應(yīng)用程序分解為一組小型自治服務(wù)，每個(gè)微服務(wù)可獨(dú)立部署并與應(yīng)用程序中的其他微服務(wù)耦合。

　　“定義明確的接口用于允許微服務(wù)之間的通信，以便它們可以協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的總體目標(biāo)，”Beningo說?！拔⒎?wù)架構(gòu)比傳統(tǒng)的單體架構(gòu)更靈活、更具可擴(kuò)展性。”

　　Luos的工作原理是將嵌入式功能容器化到設(shè)備上的服務(wù)中，使微控制器能夠托管一系列服務(wù)。這些功能可以部署在Luos網(wǎng)絡(luò)中的任何位置，并可以直接訪問，無論它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的哪個(gè)位置。(來源：羅斯)

　　其中一種方法是 羅斯，一個(gè)開源的輕量級(jí)容器化平臺(tái)，支持嵌入式系統(tǒng)的微服務(wù)架構(gòu)。

　　Luos的工作原理是將嵌入式功能容器化到設(shè)備上的服務(wù)中，使微控制器(MCU)能夠托管一系列服務(wù)，例如從傳感器、執(zhí)行器或設(shè)備的特定行為部分獲取數(shù)據(jù)。這些功能放置在服務(wù)中，然后可以部署在Luos網(wǎng)絡(luò)中的任何位置并直接訪問 - 無論它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的哪個(gè)位置。服務(wù)還可以動(dòng)態(tài)連接和斷開連接，并且可以由應(yīng)用程序檢測(cè)和查找。

　　Luos 引擎是一個(gè)嵌入式輕量級(jí)實(shí)時(shí) C 代碼庫，可以包含在固件中并使用。該庫提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的 API 來創(chuàng)建、管理和與服務(wù)交互。該引擎在Apache 2.0許可證下是開源的，可在 GitHub.

　　支持分布式智能和軟件定義產(chǎn)品

　　低成本、低功耗設(shè)備的虛擬化和軟件容器的出現(xiàn)支持了智能邊緣物聯(lián)網(wǎng)的普及。它還支持分布式智能的概念，能夠創(chuàng)建具有可升級(jí)功能的可編程設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)軟件定義的產(chǎn)品。

　　這種“軟件定義”功能在電信等領(lǐng)域已經(jīng)廣為人知多年。最近，汽車行業(yè)正在適應(yīng)這種能力，隨著 軟件定義車輛.

　　軟件定義的產(chǎn)品和服務(wù)是通過硬件可編程性和添加或更改功能的能力相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的 無線 (OTA) 更新.從底層硬件虛擬化和抽象工作負(fù)載可以實(shí)現(xiàn)更靈活、更敏捷的硬件平臺(tái)，并交付軟件定義或軟件支持的服務(wù)。

　　在軟件定義的產(chǎn)品中，功能變得更加獨(dú)立于其硬件規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)更廣泛的功能集和更快的演進(jìn)，因?yàn)楣δ芨菀咨?jí)。根據(jù)定義，主要產(chǎn)品功能是軟件驅(qū)動(dòng)的和可移植的，能夠利用新硬件，并且易于移動(dòng)到不同的硬件變體。

　　MicroEJ的軟件容器支持智能電表應(yīng)用的定制和個(gè)性化，以滿足消費(fèi)者不斷發(fā)展的新需求，為未來開發(fā)提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的平臺(tái)。(來源：MicroEJ/Landis+Gyr)

　　對(duì)于開發(fā)組織而言，軟件定義的方法可降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。它允許 硬件和軟件的并行化 開發(fā)，轉(zhuǎn)化為更大的新產(chǎn)品產(chǎn)量和更短的上市時(shí)間。它簡(jiǎn)化了升級(jí)和維護(hù)，能夠快速滿足市場(chǎng)需求，延長(zhǎng)產(chǎn)品覆蓋范圍和使用壽命。通常，軟件定義的產(chǎn)品在發(fā)貨后能夠更改，因?yàn)榭梢允占嗟氖褂脭?shù)據(jù)和定義更多的用例。

　　這種與硬件的自然解耦也增加了硅芯片的可移植性并降低了供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

　　以汽車環(huán)境為例，汽車制造商一直在改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)，以便標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)可用于各種車型。通過由可配置設(shè)備組成的硬件，他們能夠使用 奧塔 更新以提供用戶可以按即用即付方式購買的服務(wù)。

　　業(yè)界稱之為 軟件定義汽車.汽車制造商和分析師表示，由于汽車的多用途、多環(huán)境部署，這種能力將使該行業(yè)從車輛“所有權(quán)”轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕v“用戶”之一。去年夏天在倫敦舉行的關(guān)于汽車未來的會(huì)議上，幾位首席執(zhí)行官 所述軟件 提供了區(qū)分汽車制造商品牌的機(jī)會(huì)。

　　它不僅在汽車領(lǐng)域;幾乎所有行業(yè)的制造商都希望能夠?yàn)橄M(fèi)者或企業(yè)定制服務(wù)，無論是汽車、收音機(jī)還是網(wǎng)絡(luò)。

　　所有行業(yè)都了解軟件定義原則的優(yōu)勢(shì)，從軟件開始，從產(chǎn)品開發(fā)到發(fā)布后升級(jí)，一切都變得敏捷和靈活。云、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)應(yīng)用和 IT 軟件開發(fā)發(fā)展的骨干要素包括：

　　? 敏捷、持續(xù)集成和開發(fā)運(yùn)營流程

　　? 虛擬化，充分利用硬件平臺(tái)

　　? 采用Linux、Android和Microsoft等標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)進(jìn)行云原生開發(fā)

　　? 微服務(wù)、Docker 容器和 Kubernetes 編排

　　根據(jù)MicroEJ的說法，這種方法最初是在考慮云的情況下定義的，不能“按原樣”重新用于更小的目標(biāo)，例如邊緣設(shè)備。人們需要能夠?yàn)檫吘墭?gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，將虛擬化帶到最小的目標(biāo)，為容器和容器化應(yīng)用程序提供應(yīng)用程序編排，并為設(shè)備帶來微服務(wù)。

　　MicroEJ VEE虛擬執(zhí)行環(huán)境是一個(gè)嵌入式軟件平臺(tái)，能夠在任何處理器上運(yùn)行，包括小型虛擬處理器MEJ32(32位虛擬內(nèi)核)以及各種免費(fèi)庫。(來源：MicroEJ)

　　MicroEJ采用的方法基于其MicroEJ VEE虛擬執(zhí)行環(huán)境，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式軟件平臺(tái)，能夠在任何處理器上運(yùn)行，包括MCU，微處理器和片上系統(tǒng)。

　　VEE充當(dāng)軟件容器，運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)(FreeRTOS，QP/C，ucOS，ThreadX，mBed OS，Mbed OS，VxWorks，PikeOS，Integrity，Linux)中常用的任何操作系統(tǒng)/RTOS上，以及在沒有RTOS(裸機(jī))或?qū)Ｓ蠷TOS的情況下運(yùn)行。

　　創(chuàng)造商業(yè)機(jī)會(huì)

　　設(shè)備公司已經(jīng)嘗試了各種商業(yè)模式，以便在產(chǎn)品進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后增加經(jīng)常性收入 - 例如維護(hù)或服務(wù)費(fèi)。

　　在這些設(shè)備上添加軟件定義服務(wù)的能力將其提升到另一個(gè)層次，支持訂閱和“即服務(wù)”業(yè)務(wù)模式。

　　現(xiàn)在，隨著服務(wù)的發(fā)展，硬件公司可以試驗(yàn)并提供基于結(jié)果或按使用付費(fèi)的模式。甚至芯片制造商已經(jīng)在談?wù)撎峁┣度胧轿锫?lián)網(wǎng)硬件設(shè)備即服務(wù)。

　　云和軟件公司可以使用軟件定義的設(shè)備將其服務(wù)模型推送到客戶接觸點(diǎn)，并以云、邊緣和設(shè)備計(jì)算的組合形式創(chuàng)建服務(wù)。借助支持軟件可移植性的更好工具，包括容器和微服務(wù)等功能，即插即用嵌入式物聯(lián)網(wǎng)變得更容易部署。

　　本文最初發(fā)表于 電子電氣時(shí)報(bào).

　　尼廷·達(dá)哈德(Nitin Dahad)是《embedded.com》的主編，也是EE Times的記者。他畢業(yè)于城市大學(xué)電子工程專業(yè)，曾是一名工程師、記者和企業(yè)家。他是ARC International創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的一員，并將其上市，并在2000年代初共同創(chuàng)立了一家名為The Chilli的出版物。Nitin還曾與National Semiconductor，GEC Plessey Semiconductors，Dialog Semiconductor，Marconi Instruments，Coresonic，Center for Integrated Photonics，IDENT Technology和Jennic合作。Nitin還曾在政府任職，在美國，巴西，中東和非洲以及印度在全球范圍內(nèi)推廣英國技術(shù)。?