Arm應(yīng)對硬件/軟件協(xié)同設(shè)計挑戰(zhàn)的解決方案

每個人都曾與那位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師或技術(shù)人員中的終身成員進(jìn)行過交談，他們說：“物聯(lián)網(wǎng)并不是什么新鮮事。我已經(jīng)這樣做了 ［插入幾十年］，我們只是將其稱為 ［插入連接的嵌入式/M2M/其他暗示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的術(shù)語］。” 讓人翻白眼。這是錯誤的。

正如我們所知，物聯(lián)網(wǎng)重新定義了嵌入式系統(tǒng)工程。它開創(chuàng)了一個時代，即期望相同的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊同時提供更快的上市時間和更長的生命周期支持。它迫使組織放棄傳統(tǒng)的開發(fā)工作流程和組織結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而支持可以支持這些期望的敏捷實(shí)踐和 DevOps。

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施支持的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的爆炸式增長只會加速這些轉(zhuǎn)變。

物聯(lián)網(wǎng)項目推動的對設(shè)計速度和靈活性的日益重視也重新激發(fā)了對硬件/軟件協(xié)同設(shè)計解決方案的需求。從概念上講，只要芯片制造商一直在定義和實(shí)施指令集架構(gòu)，硬件-軟件協(xié)同設(shè)計就已經(jīng)成為電子產(chǎn)品的一部分。直到現(xiàn)在，它才通過 Arm Total Solutions for IoT 等產(chǎn)品發(fā)展到系統(tǒng)級，這些產(chǎn)品支持加速應(yīng)用程序開發(fā)、復(fù)雜的 AI 模型創(chuàng)建和全面的 IoT 技術(shù)堆棧。

在通往完全虛擬開發(fā)體驗(yàn)的道路上

要了解 Arm 的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案路線圖的發(fā)展方向，您必須考慮我們從哪里開始。

如前所述，硬件/軟件協(xié)同設(shè)計原則已經(jīng)存在了幾十年。然而，由于使用的硬件解決方案的數(shù)量和多樣性，它們在嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域基本上沒有成功。為構(gòu)建相對簡單的嵌入式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的所有組件創(chuàng)建虛擬目標(biāo)，需要大規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴關(guān)系和充滿模型的數(shù)據(jù)中心才能有效。即使這些資源在某種通用虛擬模型庫中合并，當(dāng)需要虛擬硬件目標(biāo)的異構(gòu)分布時，首次引入物聯(lián)網(wǎng)邊緣系統(tǒng)的大量云原生開發(fā)人員也將完全消失的整合。

在 2021 年 DevSummit 上，Arm 推出了物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案，這是一個工具和 IP 生態(tài)系統(tǒng)，旨在減少物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的進(jìn)入壁壘。全面解決方案堆棧迭代的核心圍繞著 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 和其他系統(tǒng)和安全 IP 的 Arm 虛擬硬件 （AVH） 模型，這些 IP 在硅可用之前支持軟件構(gòu)建和測試。

物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案還引入了一個基于上述內(nèi)核的預(yù)集成、預(yù)驗(yàn)證和預(yù)驗(yàn)證 IP 子系統(tǒng)，稱為 Corstone-300。雖然表面上 Corstone-300 是端點(diǎn) AI 設(shè)計的示例子系統(tǒng)，但圍繞它提供的工具意味著更多。其中包括：

將基于 RTOS 的設(shè)備鏈接到云的項目 Centauri API

現(xiàn)成的關(guān)鍵詞識別機(jī)器學(xué)習(xí)模型

特定于應(yīng)用程序的參考代碼

應(yīng)用程序開發(fā)人員第一次可以訪問端到端的無硅環(huán)境，Arm 估計這將使開發(fā)生命周期縮短數(shù)年。

再往前走

當(dāng) Arm 首次推出 AVH 時，任何地方都沒有任何基于 Cortex-M55 CPU、Ethos-U55 microNPU 或 Corstone-300 子系統(tǒng)的生產(chǎn)芯片。軟件開發(fā)人員對 IP 的唯一訪問權(quán)限是通過 AWS Marketplace 上基于云的虛擬機(jī)中托管的新創(chuàng)建的 AVH 模型。

雖然它只是一個小的 IP 集合，但它為 Arm 擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的整體解決方案奠定了基礎(chǔ)，同時為云原生開發(fā)人員提供了他們可以消化的東西，并為嵌入式應(yīng)用程序工程師提供了足夠的靈活性來實(shí)現(xiàn)他們的特定設(shè)計目標(biāo)。這在今年春天全面解決方案組合的擴(kuò)展中得到了證明。

新的和改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)整體解決方案現(xiàn)在包括七個額外的虛擬 CPU 模型，涵蓋 Cortex-M0 到 Cortex-M33 系列。它還添加了新的 Cortex-M85 CPU 內(nèi)核的虛擬版本，與次快的 Cortex-M 級設(shè)備相比，它的性能提高了 30%。

隨著這些現(xiàn)在成為 AVH 環(huán)境的一部分，還發(fā)布了兩個新的 Corstone IP 子系統(tǒng)。與 Corstone-300 類似，Corstone-310 將 Cortex-M55 CPU 內(nèi)核換成了新的 -M85 內(nèi)核，同時仍支持可選的 Ethos-U55 NPU。這使其成為智能揚(yáng)聲器、智能恒溫器和無人機(jī)等語音識別設(shè)計的一個很好的起點(diǎn)。

圖 1. Arm Corstone 系列集成 IP 子系統(tǒng)包含為最終用例（如語音識別、云原生邊緣設(shè)備和關(guān)鍵字定位）開發(fā) SoC 所需的所有構(gòu)建塊。

在 Corstone-1000 子系統(tǒng)中可以找到更多突破性的進(jìn)步，該子系統(tǒng)旨在作為云原生邊緣設(shè)備的參考。它基于 Cortex-A53 應(yīng)用處理器、Cortex-M CPU 和安全飛地，并具有足夠的性能來支持 Linux 等豐富的操作系統(tǒng)。其集成的安全功能也非常強(qiáng)大，Arm 已將 IP 子系統(tǒng)預(yù)認(rèn)證為開箱即用的 PSA 2 級。

但是，至少對于那些對特定硬件功能感興趣的人來說，AVH 產(chǎn)品組合最重要的增強(qiáng)之一來自于擴(kuò)展而不是擴(kuò)展。這是通過在 AVH 庫中包含 Raspberry Pi 和 NXP 以及 STMicroelectronics 開發(fā)套件的虛擬模型來實(shí)現(xiàn)的。

來自 Arm 芯片合作伙伴的其他板的虛擬模型預(yù)計將很快添加到 AVH。所有這些虛擬硬件——從處理器和安全 IP 到 Corstone 子系統(tǒng)再到開發(fā)工具包目標(biāo)——都可以在 AWS Marketplace 上免費(fèi)獲得。

虛擬硬件：一切都與軟件有關(guān)

當(dāng)然，僅靠 AVH 是不夠的。為了使軟件工程師能夠進(jìn)行持續(xù)集成和交付工作，AVH 模型必須與他們每天使用的自動化和開發(fā)工具兼容。

作為今年全面解決方案更新的一部分，Arm 添加了與 Keil Studio IDE、Jenkins 自動化服務(wù)器和 Github 的集成，以便直接訪問代碼存儲庫。使用 AVH 的程序員還可以利用對 Project Centauri 的改進(jìn)，使其成為真正的軟件重用和編程框架。其中包括對 CMSIS 硬件抽象層功能（如 Open-CMSIS-CDI 和 Open-CMSIS-Pack）的擴(kuò)展支持，它們分別有助于為微控制器定義通用接口并提高軟件可管理性。Open IoT-SDK 是 Open-CMSIS-CDI 的參考實(shí)現(xiàn)，也是 Centauri 項目的一部分，它提供了示例應(yīng)用程序，有助于快速跟蹤語音和關(guān)鍵字識別解決方案的開發(fā)。

“如果您考慮當(dāng)今為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)軟件的方式，它與硬件的耦合非常緊密，每次添加新硬件時，您都必須重新開始并移植您的軟件，”Mohamed Awad 說， Arm 的物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式副總裁?！巴顿Y回報率幾乎沒有那么高，因?yàn)槊看螌④浖帉懙捷^少數(shù)量的設(shè)備時都會受到限制。

“通過將 Arm 虛擬硬件集成到他們的產(chǎn)品中，它自然而然地成為了軟件設(shè)計的一部分，”他繼續(xù)說道?！瓣P(guān)鍵是我們要去開發(fā)者所在的地方?！?/p>

越來越多的“開發(fā)人員所在的地方”似乎是跳線和電纜不在工作站旁邊的任何地方。這讓人很難想知道這是否預(yù)示著一個不遠(yuǎn)的未來，過去典型的嵌入式工程生命周期的整個階段將不復(fù)存在。

如果這個未來成為現(xiàn)實(shí)，只要保證你不會告訴同事你記得硬件-軟件協(xié)同設(shè)計被稱為嵌入式工程的時候。

審核編輯：郭婷