正如我们所知，物联网重新定义了嵌入式系统工程，它开创了一个新时代，在这个时代，人们期望同样的产品开发团队同时提供更快的上市时间和更长的生命周期支持。它迫使组织放弃传统的嵌入式开发工作流程和组织结构，转而支持敏捷实践和能够支持这些期望的开发工作流程。由物联网基础设施推动的人工智能和机器学习技术的爆炸只是加速了这些转变。

 

物联网项目对设计速度和灵活性的日益重视也重新激发了对硬件/软件协同设计解决方案的需求。从概念上讲，只要芯片制造商一直在定义和实施指令集架构，软硬件协同设计就一直是电子学的一部分。直到现在，它才通过Arm Total Solutions for IoT等产品发展到系统级别，这些产品支持加速的应用开发、复杂的人工智能模型创建和全面的物联网技术堆栈。

 

走向完全虚拟的开发体验

要了解Arm的物联网整体解决方案路线图将走向何方，您必须考虑我们从哪里开始。

 

如上所述，硬件/软件协同设计原则已经存在了几十年。然而，由于所使用的硬件解决方案的数量和多样性，他们在嵌入式和物联网领域很大程度上并不成功。为构建一个相对简单的嵌入式开发或物联网设备所需的所有组件创建虚拟目标，需要大规模的生态系统合作伙伴关系和充满模型的数据中心才能有效。即使这些资源合并到某种通用虚拟模型库中，当面对需要集成的异构虚拟硬件目标时，第一次被介绍到物联网边缘系统的大量云原生开发人员也会完全失去。

 

在2021年DevSummit上，Arm推出了物联网整体解决方案，这是一个工具和知识产权生态系统，旨在降低物联网开发的准入门槛。整体解决方案堆栈迭代核心围绕Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU和其他系统和安全IP的Arm虚拟硬件(AVH)模型，这些系统和安全IP支持在芯片可用之前进行软件构建和测试。

物联网整体解决方案还引入了一个基于上述内核的预集成、预验证和预验证的IP子系统，名为Corstone-300。虽然表面上Corstone-300是端点AI设计的一个示例子系统，但围绕它提供的工具意味着更多。其中包括：

l 将基于RTOS的设备连接到云的项目Centauri APIs

l 现成的关键词识别机器学习模型

l 特定应用参考代码

应用程序开发人员第一次可以访问端到端的无硅环境，Arm估计这将缩短嵌入式开发生命周期数年。

 

沿着这条路走下去

当Arm首次推出AVH时，还没有任何基于Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU或Corstone-300子系统的量产硅。软件开发人员获得知识产权的唯一途径是通过AWS市场上托管在基于云的虚拟机中的新制造的AVH模型。

 

虽然它只是一个小的IP集合，但它为Arm扩展物联网生态系统的整体解决方案奠定了基础，同时为云原生开发人员提供了他们可以消化的东西，并为嵌入式应用工程师提供了足够的灵活性来实现他们的特定设计目标。这一点在今年春天整体解决方案组合的扩张中得到了证明。

 

在嵌入式开发中，新的和改进的物联网生态系统整体解决方案现在包括7个额外的虚拟CPU型号，涵盖Cortex-M0到Cortex-M33系列。它还添加了新Cortex-M85 CPU内核的虚拟版本，与第二快的Cortex-M级设备相比，性能提高了30%。

 

随着这些现在成为AVH环境的一部分，还发布了两个新的Corstone IP子系统。与Corstone-300类似，Corstone-310将Cortex-M55 CPU内核替换为新的-M85内核，同时仍然支持可选的Ethos-U55 NPU。这使得它成为智能扬声器、智能恒温器和无人机等语音识别设计的良好起点。

图一。Arm Corstone系列集成IP子系统包含开发面向语音识别、云原生边缘设备和关键字识别等终端用例的SoC所需的所有构建模块。

 

在Corstone-1000子系统中可以找到更多突破性的进展，该子系统旨在作为云原生边缘设备的参考。它基于Cortex-A53应用处理器、Cortex-M CPU和secure enclave，性能足以支持Linux等丰富的操作系统。它的集成安全功能也非常强大，Arm已经预先认证IP子系统为PSA级。

 

但AVH产品组合最重要的改进之一，至少对于那些对特定硬件功能感兴趣的嵌入式开发人员来说，来自于纵向扩展而不是横向扩展。这是通过在AVH图书馆纳入Raspberry Pi和恩智浦以及意法半导体开发套件的虚拟模型实现的。

 

来自Arm芯片合作伙伴的其他主板的虚拟模型预计将很快被添加到AVH。所有这些虚拟硬件——从处理器和安全IP到Corstone子系统到开发套件目标——都可以在AWS市场上免费获得。

 

虚拟硬件：一切都与软件有关

当然，光靠AVH是不够的。为了使软件工程师能够持续集成和交付，AVH模型必须与他们日常使用的自动化和开发工具兼容。

 

作为今年整体解决方案更新的一部分，Arm增加了与Keil Studio IDE、Jenkins automation servers和Github的集成，以便直接访问代码库。与AVH合作的嵌入式开发程序员也可以利用对Project Centauri的改进，使其成为真正的软件重用和编程框架。其中包括对CMSIS硬件抽象层特性的扩展支持，如Open-CMSIS-CDI和Open-CMSIS-Pack，它们分别有助于定义微控制器的通用接口和提高软件可管理性。Open IoT-SDK是Open-CMSIS-CDI的参考实现，也是Project Centauri的一部分，它将示例应用程序带到桌面上，帮助快速跟踪语音和关键字识别解决方案的开发。

 

越来越多的情况表明，“开发人员所在的地方”是跳线和电缆不在工作站旁边的任何地方。这让人不禁怀疑，这是否预示着在不久的将来，过去典型的嵌入式工程生命周期的整个阶段将不复存在。

 

如果那个未来成为现实，只要保证你不会告诉同事你还记得软硬件协同设计被称为嵌入式开发工程的时候。