在物聯(lián)網(wǎng)之前，嵌入式設備曾經(jīng)相對簡單易用。設備，工業(yè)控制器或環(huán)境傳感器的設計者只需要連接輸入信號，與微控制器一起處理并提供輸出控制。系統(tǒng)是獨立的; 除了逆向工程之外，黑客沒有動力訪問系統(tǒng)。

隨著智能手機的推出，我們現(xiàn)在希望我們的設備智能化，可升級并可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問。安全性不是可選的，如果不認真對待安全性，數(shù)據(jù)，品牌聲譽和收入流都會受到影響。此外，嵌入式系統(tǒng)變得越來越復雜，你不可能成為一切的專家！幸運的是，您可以使用現(xiàn)有標準和堆棧庫以及時，安全的方式完成項目。

本文概述了嵌入式開發(fā)人員當前面臨的主要設計挑戰(zhàn)，以及一些有助于設計人員應對這些挑戰(zhàn)的新技術。

關鍵設計挑戰(zhàn)和市場預期

1、豐富的用戶界面

第一款智能手機引入了豐富的用戶界面，配有高品質(zhì)的顯示屏和觸摸屏。高端嵌入式設備增加了LCD和OLED顯示器以及觸摸屏。這增加了處理要求以及對應用處理器和豐富操作系統(tǒng)的需求。對于那些不需要應用處理器的人來說，技術進步已經(jīng)將微控制器的時鐘速度從數(shù)十兆赫茲推升到幾百兆赫茲，內(nèi)存大小推動到幾兆字節(jié)。這使設計人員能夠繼續(xù)從熟悉的架構中受益，例如用于Arm Cortex-M的架構。

許多嵌入式系統(tǒng)僅需要用戶界面進行配置和偶爾控制。消費者和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備對價格非常敏感，并且可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接獲益，以便通過網(wǎng)絡界面或智能手機應用進行控制。例如，可以遠程監(jiān)控來自工業(yè)傳感器的數(shù)據(jù)，以管理性能和錯誤，以及預防潛在的故障。這為嵌入式工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。他們現(xiàn)在必須了解RF，協(xié)議棧，安全性，遠程管理和固件更新。

2、本地和遠程控制

您可以通過以太網(wǎng)，WiFi，藍牙，Z-Wave，Zigbee或線程實現(xiàn)本地和遠程控制在功耗，復雜性和成本方面都有優(yōu)勢。通常，低功耗協(xié)議，如藍牙低功耗，Z-Wave和Zigbee，是電池應用的理想解決方案。這些包括門鎖，環(huán)境傳感器和無線報警系統(tǒng)。需要更多帶寬的設備（如安全攝像頭和傳感器網(wǎng)關）將通過WiFi連接。或者，遠程位置的設備將使用蜂窩網(wǎng)絡。一個有趣的選擇是結合WiFi和藍牙低能耗。然后，藍牙用于調(diào)試和本地訪問以實現(xiàn)低延遲，并且WiFi用于通過因特網(wǎng)進行遠程訪問。

嵌入式設計開發(fā)人員面臨的挑戰(zhàn)不僅僅是如何為他們的產(chǎn)品選擇合適的解決方案，還包括集成無線電，通信堆棧和管理電源的復雜性，所有這些都不會增加成本。

3、功率越來越低

在電池供電的應用中，低功耗至關重要。例如，智能水表需要在儀表的使用壽命內(nèi)使用單個電池，最長可達20年。另一方面，在門鎖中，電池可以每年更換一次，這需要仔細設計。用于省電的技術之一是設計一個功率非常低的微控制器，以便在非常短的時間內(nèi)開啟以感測用戶交互。然后它將睡眠更長時間。

4、設備變得更加智能

設計師正在尋找通過添加智能功能來區(qū)分其產(chǎn)品的方法。智能功能通常意味著設備可以更多地了解用戶，環(huán)境和系統(tǒng)，并且可以調(diào)整功能。

機器學習是使用可以學習和適應的算法添加智能功能的一種方法。我們今天看到了機器學習：從指紋解鎖（匹配到一小組指紋圖像）或Facebook自動標記功能。但是，它是嵌入式，成本受限系統(tǒng)中的一種相當新的解決方案。

嵌入式機器學習的一個很好的例子是智能恒溫器。恒溫器將根據(jù)用戶的生活方式了解用戶的行為，然后隨著時間的推移，將自動將溫度調(diào)節(jié)到最舒適的設置。對于工業(yè)市場，一個例子可以是用于電動機的振動傳感器。傳感器可以了解電機的正常振動特征，然后在設備需要維護或即將發(fā)生故障時向人員發(fā)出警告。

嵌入式設計人員面臨的挑戰(zhàn)是開始使用機器學習算法，并能夠根據(jù)應用需求調(diào)整算法。

5、產(chǎn)品需要更新

今天的產(chǎn)品很少附帶最終功能集。通過無線（OTA）更新，可以下載新固件以添加功能，修復錯誤或修補安全漏洞，從而顯著延長產(chǎn)品的使用壽命。產(chǎn)品還必須具有足夠的內(nèi)存空間和處理能力，以增加代碼大小和功能。

一個挑戰(zhàn)是確保固件更新和所有通信都是安全的。修補固件漏洞時，系統(tǒng)不應允許回滾固件。如果是，則會暴露漏洞。

幫助設計人員應對這些挑戰(zhàn)的新技術

我概述了嵌入式設計人員面臨的挑戰(zhàn)以及推動他們的行業(yè)趨勢，但潛在的解決方案又如何呢？我認為有三種基本設計技術會影響上面定義的所有領域：實現(xiàn)信號處理，保護設備并通過機器學習添加智能。

如何簡化信號處理并節(jié)省成本？

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都有模擬接口 這些可以簡單到通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取溫度，到更復雜的系統(tǒng)，例如處理來自多個麥克風（波束成形）和語音識別的聲音。

較舊的設計用于在模擬域中執(zhí)行大部分應用和濾波，但是使用專用數(shù)字信號處理器（DSP），處理已經(jīng)轉(zhuǎn)移到數(shù)字域。這是因為DSP在制造過程中更準確，可重復，并且可以隨時調(diào)整。

隨著數(shù)字信號控制器（DSC）或具有DSP擴展的微控制器的引入，設計人員現(xiàn)在可以擁有兩全其美的優(yōu)勢。可以執(zhí)行DSP和控制功能的單個控制器可以降低成本，電路板空間和功耗。

數(shù)字信號處理可能很復雜，但設計人員不必是專家就可以使用高級處理。例如，Arm為嵌入式應用程序CMSIS-DSP庫提供了一個免費的軟件框架。

我為什么要關心安全問題？

安全性不足的產(chǎn)品可能導致數(shù)據(jù)丟失，尷尬的宣傳，財務成本和客戶受挫。安全攻擊可以跨越所有部門并具有不同程度的影響，包括訪問家庭自動化系統(tǒng)，打開和關閉燈光，工業(yè)間諜活動以及通過物聯(lián)網(wǎng)設備訪問網(wǎng)絡。

外部威脅可以分為四種攻擊類型：通信，生命周期，軟件和物理。但是，您如何知道需要防范哪些威脅以及如何使用適合您設備的安全級別進行設計？去年，我們?yōu)槿魏卧O計連接設備的平臺安全架構（PSA）推出了安全框架。這是一個三階段流程，為設計人員和開發(fā)人員提供他們所需的一切，以確定他們應該選擇的安全級別和威脅緩解。在PSA的文檔和源代碼開放（可信固件-M），使開發(fā)人員更容易上手。

來源：朗銳智科