探討工業(yè)領域嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者面臨的常見挑戰(zhàn)

2020年，思科對2000余家公司做了一次關于物聯(lián)網方案設計的調查，發(fā)現(xiàn)超過60%的公司在項目開始時便低估了物聯(lián)網方案的復雜性，并且75%的項目最終被認為是失敗的。在所有提到的失敗原因里，排在前幾位的分別是進度延遲、預算超支、集成工作的復雜度和經驗缺乏。無獨有偶，近期微軟的調查也揭示了類似的結果，集成工作的復雜度和技術障礙是最大的挑戰(zhàn)。今天，我們一起來探討工業(yè)領域嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者所面臨的常見的挑戰(zhàn)。 日益增長的系統(tǒng)復雜度、集成無線連接、確保產品安全、滿足多樣化的應用需求、產品設計不過時，以上是開發(fā)者所面對的最常見的五大挑戰(zhàn)，下面我們將針對這些挑戰(zhàn)進行一一分析，并分享Digi為客戶所提供的對應解決方案。 ?

日益增長的系統(tǒng)復雜度

? ? 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設計非常簡單直接，系統(tǒng)通?；趩魏说?a target="_blank">處理器/單片機，編寫一個主程序，功能在程序的循環(huán)體中實現(xiàn)；也有基于輕量級的RTOS系統(tǒng)，實現(xiàn)簡單的多任務處理功能。處理器主頻通常為幾十兆赫茲或者一兩百兆赫茲，系統(tǒng)集成了基礎的外圍接口包括串口、ADC采樣、GPIO等。 ? 在過去，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設計方式能很好地完成任務，但在今天，眾多應用對于運算能力、強大豐富的外圍接口支持和高端的人機交互界面方面的需求在逐步提高。為了滿足這些需求，系統(tǒng)不得不考慮采用多核系統(tǒng)，使用更強大的RTOS、Linux或者兩者同時使用。越來越多的協(xié)議棧或庫需要被調用，比如無線協(xié)議棧、云連接、安全庫以及其他第三方的庫文件。除此之外，開發(fā)者還需要處理越來越復雜的驅動程序、匹配高主頻處理器的設計、低功耗設計等其他方面設計。 ? 為了應對日益增加的系統(tǒng)復雜性，Digi提供了更高級別的硬件和軟件集成。從硬件開始，下面是典型的Digi ConnectCore SOM主控模塊的樣子。

我們以NXP i.MX/ST應用程序處理器為基礎，添加了一個Cortex-M0微控制器作為協(xié)處理器，從而實現(xiàn)電源管理、系統(tǒng)可靠性和篡改偵測等高級操作。此外，我們還添加了一個專用的安全芯片，以實現(xiàn)額外的安全層。電源管理IC、高速存儲器和預認證的雙頻Wi-Fi和BT連接都被添加到SOM里，并配有RF屏蔽罩。

? 當翻轉SOM時，您會看到Digi創(chuàng)新的SMTplus外形。對于簡單的應用，可以使用外邊緣周圍的槽形襯墊。對于更復雜的應用程序，完整的LGA引腳可用于獲得處理器所有功能的完全訪問。 ? ?

在軟件方面，我們基于Yocto項目提供了一個完整的開源Linux解決方案。首先從上游項目（如U-boot和Linux內核）引入最新版本，并集成NXP/ST的BSP。除此之外，我們還為Digi SOM平臺以及開箱即用的軟件擴展添加了定制功能，以幫助用戶加快軟件開發(fā)。一些示例包括Digi的TrustFence安全框架、無線驅動程序、安全固件更新、第三方云集成和低功耗優(yōu)化，以實現(xiàn)從低功耗暫停到RAM模式的超快喚醒。我們提供預編譯的SDK和工具鏈、流行的IDE插件和全面的在線文檔。最重要的是，我們對SOM執(zhí)行全面的系統(tǒng)驗證，并隨著時間的推移不間斷的維護軟件，以納入重要的更新和安全補丁，并且在Android上應用相同級別的集成。 ? 除了高度集成的硬件和軟件外，還有一套開發(fā)工具，可以進一步簡化常見的設計工作。我們與NXP、Azure和AWS等行業(yè)領導者合作，為市場帶來更完整的解決方案。實力雄厚客戶支持團隊和內部設計服務部門，能及時響應全球各地的客戶需求，第一時間為他們提供幫助。 ? ?

集成無線連接

? 為產品添加無線功能需要特定的射頻專業(yè)知識和設備，在無線協(xié)議、全球監(jiān)管和行業(yè)認證的快速變化的大環(huán)境下，要想實現(xiàn)這一功能并不容易。用戶需要持續(xù)投資，以保持最新技術，在組件過時后還要進行重新設計，并更新認證。當然，您可以通過學習來增加這些專業(yè)知識，但重要的是要考慮機會成本，以及這是否是您真正希望集中研發(fā)資源的地方。 關于這個挑戰(zhàn)，Digi在三個方面為您提供幫助： ? 首先，Digi-ConnectCore SOM完全集成了Wi-Fi和藍牙等典型無線通信協(xié)議，并增加了對高級功能的支持，如快速漫游和Cisco擴展，這些功能對許多企業(yè)應用程序都很重要。 ? 其次，Digi-XBee生態(tài)系統(tǒng)更具靈活性，支持領先的物聯(lián)網標準，如LTE蜂窩網協(xié)議、網狀網協(xié)議和以及遠距離通信的Sub GHz的產品。XBee優(yōu)點是易于使用且引腳兼容，在新技術出現(xiàn)時，更新產品或在一系列產品中支持多種協(xié)議都很簡單。 ? 最后，Digi的無線設計服務團隊擁有從射頻硬件和軟件設計、認證和制造支持的完整能力，能夠為您提供全面的支持和服務。 ? ?

確保產品安全

? ?構建安全的產品很難，但保持產品安全更難。由于規(guī)模和任務的關鍵性，工業(yè)應用往往容易成為網絡攻擊的目標，維護嵌入式的工業(yè)和醫(yī)療設備安全的挑戰(zhàn)越來越大。許多嵌入式設備部署在遠端，在傳統(tǒng)的IT網絡和安全工具保護體系之外。在產品的漫長生命周期里，黑客有很多時間來研究設備，尋找漏洞。此外，許多系統(tǒng)都是電池供電的，并不總是在線，這使得監(jiān)控和更新更具挑戰(zhàn)性。 ? 對此，Digi提供了內置主動安全防范的TrustFence框架。TrustFence是一個設備安全框架，它簡化了保護連接設備的過程，您無需成為安全專家即可實現(xiàn)安全引導、固件更新、加密文件系統(tǒng)或證書管理等功能。TrustFence的核心是基于NXP i.MX/ST的基本安全功能，結合基于硬件的安全元素和u-boot、內核以及用戶空間中的軟件擴展。 ? 此外，我們深知設計安全的產品只是第一步，為了支持長生命周期，TrustFence是可擴展和可升級的，Digi的安全中心解決了常見的漏洞和風險，包括持續(xù)監(jiān)控、警報和通知。 ? ?

滿足多樣化的應用需求?

? 客戶越來越多地為大量的應用程序和性能需求進行設計。我們常常看到一些客戶希望同時推出整個系列的產品，這些產品共享開發(fā)團隊，研發(fā)資源非常有限，所以需要能以最小的代價實現(xiàn)性能和成本的自由伸縮，以便開發(fā)出滿足不同價格和性能的一系列產品。 ? Digi提供了在相同封裝下，集成不同主處理器和配套資源，從而提供不同性能和成本的解決方案，最大化地減少硬件的重復設計。相同的開發(fā)環(huán)境保證了客戶開發(fā)軟件的重復使用性，客戶為舊的SOM設計的應用程序幾乎不用太大的更改就可以運行在新的SOM上。這大大降低了客戶開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期，讓產品可以更快地推向市場。

產品設計不過時

? 工業(yè)領域許多嵌入式系統(tǒng)的預期使用壽命為10-15年，在此期間會發(fā)生很多變化，如供應鏈的變化、需求的變化、再升級的需求等等。 ? Digi的SOM至少10-15年的供貨承諾，可以完美適用諸如醫(yī)療、電信、工業(yè)自動化等工業(yè)領域，充分匹配主芯片廠商的長期供貨承諾。部分元器件的停產、替換的工作由Digi完全負責，無需客戶額外投入研發(fā)資源，從而保證了客戶產品的生命周期。

? 針對客戶后續(xù)產品的迭代升級，Digi提供相同封裝和開發(fā)環(huán)境的性價比高低不同的新一代SOM，極大地減少客戶開發(fā)的重復工作，節(jié)約開發(fā)成本和時間。 ? Digi ConnectCore具有一系列基于NXP i.MX和ST的SOM模塊和單板計算機可擴展系統(tǒng)。到目前為止，我們的解決方案覆蓋了從單核的A7到多核的A7、A35、A53、A55處理器，具有廣泛的多媒體和連接選項。通過利用我們的通用平臺和軟件環(huán)境，您可以將ConnectCore快速集成到具有不同性能、功能和價格水平的全系列工業(yè)產品中。 ? ?

編輯：黃飛

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