物聯(lián)網(wǎng)的第一波云輔助應(yīng)用程序已經(jīng)證明了這一概念的價值以及高級協(xié)作處理可以帶來的不同。這些應(yīng)用程序可以更輕松地檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中的模式，并發(fā)現(xiàn)需要注意的問題。通過這樣做，他們正在減少管理成本和停機時間，并改善用戶服務(wù)。

數(shù)據(jù)中心的低成本計算使得將物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)所需的大部分處理卸載到云中似乎很有吸引力，但這些基本成本考慮因素很容易被許多實際考慮因素所抵消。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中一個主要的、通常是隱藏的成本可能是安裝成本，特別是對于需要放置在難以訪問的位置的傳感器節(jié)點。這給嵌入式設(shè)備的設(shè)計帶來了許多限制。

很多時候，它需要盡可能緊湊。另一個考慮因素是能耗。可能沒有辦法提供主電源。相反，系統(tǒng)需要可能在其多年的整個生命周期內(nèi)運行存儲在主電池中的電荷。從嵌入式設(shè)計的角度來看，這兩個因素往往表明使用基于SoC的解決方案是最可行的方法。這會將節(jié)點的幾乎所有功能放入單個包中。使用 SoC 實現(xiàn)可最大限度地減少子系統(tǒng)相互通信所需的電能。此外，這些模塊可以設(shè)計為以最小化系統(tǒng)級功耗的方式進行協(xié)作。

通信帶寬是另一個限制因素。在偏遠地區(qū)，可能需要高RF功率水平來確保數(shù)據(jù)能夠可靠地到達網(wǎng)關(guān)。這迫使設(shè)計人員不僅要選擇高效率的協(xié)議，還要考慮節(jié)點應(yīng)該傳輸多少數(shù)據(jù)。在許多情況下，節(jié)點接收到的傳感器數(shù)據(jù)將指示正常運行。沒有必要繼續(xù)將報告此情況的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這樣做可以在早期階段耗盡電池電量。

重要的是檢測并報告性能的重大變化。在許多情況下，這些條件不是由一個變量的突然偏移來表示，而是由多種因素的組合來表示。這就是更高級的處理發(fā)揮作用的地方。但是，可以將此分析轉(zhuǎn)移到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，同時仔細注意平衡所需的計算資源及其對整體功耗的影響。在具有協(xié)處理支持的設(shè)備上運行的簡化軟件使得無需遠程服務(wù)器參與即可執(zhí)行大部分分析。將處理轉(zhuǎn)移到邊緣的另一個優(yōu)點是，如果核心網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)生故障或遭受擁塞，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點可以自主地對問題做出反應(yīng)。

每當(dāng)節(jié)點認(rèn)為更改足夠重要以通知網(wǎng)關(guān)或服務(wù)器時，它可以包括長期行為的指示，以幫助更新可能在本地網(wǎng)關(guān)或遠程服務(wù)器中使用的機器學(xué)習(xí)算法。向需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包添加少量額外數(shù)據(jù)的增量成本遠低于在數(shù)據(jù)可用時立即在其自己的數(shù)據(jù)包中發(fā)送數(shù)據(jù)。這只是許多重要的系統(tǒng)級決策之一，這些決策將對邊緣設(shè)備設(shè)計的功效產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。需要采取許多此類決定。這就是利用參與過許多邊緣設(shè)備設(shè)計的人員的專業(yè)知識的能力非常重要的地方。

盡管 SoC 通常是邊緣節(jié)點的正確選擇，但問題是應(yīng)該如何獲取它。它不必是現(xiàn)成的部分。事實上，在許多情況下，采用現(xiàn)成的SoC并不能滿足最終應(yīng)用的要求，特別是當(dāng)考慮超出純功能的因素時。

當(dāng)今設(shè)計人員面臨的一個關(guān)鍵問題是，特別是當(dāng)他們使用現(xiàn)成的SoC來構(gòu)成設(shè)計的核心時，解決方案可以相對容易地進行逆向工程。由于制造商需要使SoC適合最廣泛的開發(fā)人員選擇，因此他們的寄存器映射和指令集很容易獲得。使用現(xiàn)成的設(shè)備的另一個方面是，制造商需要專注于當(dāng)前一代的工藝節(jié)點，以便從SoC處理器內(nèi)核開發(fā)過程中產(chǎn)生的NRE中獲利，因此沒有探索與較新但仍然功能強大的工藝幾何形狀相關(guān)的較低成本。即使存儲在芯片上的重要程序代碼是加密的，并且僅在執(zhí)行前立即解壓縮，通常也可以使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試端口來跟蹤程序行為并提取存儲在其中的軟件。另一種方法是考慮將設(shè)計基于自定義 SoC。它提供了使用硬件擴展的機會，這將使對解決方案進行逆向工程變得更加困難。此外，定制設(shè)計可以利用防篡改技術(shù)，這使得提取內(nèi)部固件或確定設(shè)備如何運行以及哪些適合應(yīng)用變得極其困難。

對于現(xiàn)成 SoC 的用戶來說，還有另一個問題。即使設(shè)計完成并且系統(tǒng)正在交付，計劃也很容易被SoC供應(yīng)商破壞，他們決定終止對實現(xiàn)的支持并使部件過時。要解決這個問題，就需要在報廢批量購買中鎖定重要資本，冒著追逐灰色市場供應(yīng)的風(fēng)險，或者將潛在昂貴的端口移植到不同的SoC，這些SoC可能沒有正確的功能組合，或者因為它包含大量不必要的內(nèi)核和接口而證明體積更昂貴。

自定義 SoC 為用戶提供了對電源的控制。代工廠很少停止使用工藝節(jié)點，尤其是現(xiàn)在用于物聯(lián)網(wǎng)項目的成熟且資源充足的節(jié)點。這些資源包括對模擬、數(shù)字和RF電路的廣泛支持，以支持I/O的集成，從而最大限度地減少最終部件的尺寸和成本。

通過定制 SoC，設(shè)計團隊可以選擇軟件友好的硬件接口，而不是依賴于可能專注于不同應(yīng)用的工程師做出的設(shè)計決策。高效的軟硬件接口不僅縮短了上市時間，還提高了整體系統(tǒng)的可維護性。這可以通過開發(fā)一個SoC來實現(xiàn)，該SoC具有精心規(guī)劃的內(nèi)存和寄存器映射，并提前與軟件開發(fā)人員一起審查。

此外，在物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備中，能耗通常高度依賴于軟件與硬件級事件的交互方式。軟件開發(fā)人員可以為外圍設(shè)備的管理提供有價值的輸入，從而幫助減少功耗。在休眠模式下管理外設(shè)的狀態(tài)機可以不強制 RTOS 頻繁輪詢數(shù)據(jù)，從而大大提高軟件效率。智能外設(shè)能夠在處理器內(nèi)核休眠時使用直接內(nèi)存訪問（DMA）等技術(shù)攔截I / O并臨時存儲它，從而提高物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的能效。如果輸入超過閾值，狀態(tài)機可以發(fā)現(xiàn)該閾值并喚醒處理器，以便它可以分析條件。

減少軟件開銷的更高級的處理可以包括在硬件中實現(xiàn)加密操作。這不僅降低了加密和解密的能耗，這對物聯(lián)網(wǎng)安全來說越來越重要。它降低了設(shè)計受到損害的風(fēng)險。使用專用硬件，可以更直接地設(shè)計針對側(cè)信道攻擊和類似問題的對策。其他用于分析數(shù)據(jù)的協(xié)處理器可以與軟件團隊一起設(shè)計，以確保以最佳設(shè)計方式實施節(jié)省功耗、時間和成本的操作。

例如，S3 半導(dǎo)體通過建立一種平臺方法來為 IoT/IioT 邊緣應(yīng)用設(shè)計 SoC，從而進一步推動了自定義 SoC 開發(fā)?！癝mart Edge”平臺將構(gòu)建模塊組件集成在一起，以提供高度優(yōu)化的單芯片定制 SoC.使用特定的模擬前端 （AFE） IP 模塊可輕松適應(yīng)不同的傳感器，這些 IP 模塊在給定任務(wù)下非常高效，可確保系統(tǒng)設(shè)計人員能夠最大限度地提高每個傳感器元件的性能。

這項工作的結(jié)果是 SoC 針對物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點或系統(tǒng)供應(yīng)商在多個層面（功能、安全性、成本和能效）的需求進行了優(yōu)化。SoC實施專家的支持可以就工藝、系統(tǒng)架構(gòu)、電路設(shè)計和軟件基礎(chǔ)設(shè)施考慮因素提供建議，這將確保項目的成功。

審核編輯：郭婷