世界上充滿了創(chuàng)新和有用產(chǎn)品的明亮和創(chuàng)造性的想法。杰出的工程師和營銷人員渴望為這些產(chǎn)品帶來客戶，他們將購買它們并欣賞它們改善生活的方式。如今，這些產(chǎn)品越來越多地基于微處理器或微控制器（MCU），具有外設(shè)和獨特軟件的創(chuàng)造性組合。

那么，為什么這么多的創(chuàng)新概念無法從一個令人興奮的會議室變成一個實際的盈利產(chǎn)品呢？事實證明，有一些原因可以確定并避免以取得成功。

首先，根據(jù)市場研究和用戶輸入來決定“構(gòu)建什么”似乎很簡單，特別是對于與客戶有密切關(guān)系并熟悉專業(yè)領(lǐng)域的小型公司。

但是，當(dāng)涉及到與現(xiàn)實世界交互并花費實際美元的實際設(shè)備時，“什么”（做x的小玩意兒）通常是一個過于籠統(tǒng)的概念。要了解“什么”確實需要市場研究和投入，但它也依賴于一個工程團(tuán)隊，他們知道技術(shù)上涉及什么以及硬性的財務(wù)分析，以了解這種可能性的路徑將花費什么。由于所有項目都包含某些未知因素，管理層必須靈活地應(yīng)對計劃中的變化和“陷阱”，并有能力通過實現(xiàn)設(shè)備所必需的功能和組件的迷宮來找到最佳方法，但這些功能和組件不是其應(yīng)用的核心。

較小的公司可能會受到其資源和承擔(dān)風(fēng)險的意愿的限制，并且在擴展產(chǎn)品時堅持他們所知道的領(lǐng)域 - 他們可以利用較少的直接競爭來支持其產(chǎn)品的開發(fā)和增量改進(jìn)。然而，較大的公司經(jīng)常選擇原型設(shè)計，以便他們可以讓團(tuán)隊查看工作的早期模型來分析它并理解它以進(jìn)行更改并解決錯誤。這兩種方法都可以成功，但由于對某些障礙的忽視和對實施的錯誤假設(shè)，兩種方法都可能會失敗。

首先，通過對一系列想法進(jìn)行過濾，方法是將它們置于一個稱為階段門的過程中，以考慮市場研究，開發(fā)和財務(wù)限制，以提出最佳競爭者（圖1）。雖然它不經(jīng)常使用，但對于可能難以采用更嚴(yán)格方法的小型公司來說，階段門控可能非常有用。

一旦選擇了這樣的想法，就該開始真正的開發(fā)并避免在此過程中存在的陷阱了。

虛構(gòu)的智能設(shè)備及其開發(fā)要求

為了證明許多公司在產(chǎn)品開發(fā)過程中遇到的問題，請考慮一家假設(shè)的公司，該公司在他們已經(jīng)有一些經(jīng)驗的領(lǐng)域工作。

在進(jìn)入產(chǎn)品規(guī)格階段（根據(jù)針對一組特定最終用戶的產(chǎn)品規(guī)格選擇了“什么”），“什么”有兩個方面。這些可以被描述為它應(yīng)該做什么和“什么”它實際上將作為物理設(shè)備的規(guī)范 - 或者換句話說，做什么以及如何到達(dá)那里。

該公司最終選擇了一種小型可穿戴設(shè)備，該設(shè)備包括一組傳感器，用于監(jiān)控身體和環(huán)境條件，向用戶提供信息和/或警報，并將數(shù)據(jù)存儲在云中。它被標(biāo)榜為首款批量銷售的同類設(shè)備，并將使用藍(lán)牙5收音機連接到包含一個或多個相關(guān)應(yīng)用程序的智能手機。反過來，智能手機與基于云的AI或數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序進(jìn)行通信，使可穿戴設(shè)備成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

可穿戴設(shè)備花費大量時間與云斷開連接，感知，預(yù)處理，存儲數(shù)據(jù)并提供即時響應(yīng)。其本地處理性能受到功耗限制以及對安全性和數(shù)據(jù)存儲的需求的限制。

目前為止，一切都好。從該規(guī)范中產(chǎn)生了許多要求，包括：

可同時支持嵌入式處理和藍(lán)牙 5 的硬件

一套久經(jīng)考驗的可靠傳感器

能夠?qū)⒍鄠€傳感器輸出組合成單個結(jié)果的傳感器融合算法

足夠的程序存儲器用于設(shè)備軟件和固件，以及用于在本地存儲數(shù)據(jù)直到可以傳輸?shù)母郊哟鎯ζ?/p>

USB 接口和固件無線 （FOTA） 更新功能，用于診斷、維護(hù)和服務(wù)

在最終設(shè)計可以容納的尺寸和重量范圍內(nèi)提供足夠的容量和足夠的充電能力的電池

滿足這些要求需要仔細(xì)考慮，而失敗往往就是從這里開始的。

成功道路上的坑洼

繼續(xù)我們假設(shè)的例子，開發(fā)人員可能會認(rèn)為Wi-Fi是比USB服務(wù)接口更好的選擇 - 除了Wi-Fi消耗如此多的功率，以至于設(shè)備需要更大的電池和更多的硬件支持，從而導(dǎo)致更大的尺寸，重量和更高的總體成本。完全避免這種錯誤的成本和時間要低得多，而不是開始沿著這條路走下去，不得不回頭。

在選擇其他硬件（尤其是處理器）時也需要謹(jǐn)慎。能夠處理器件有限編程和復(fù)雜性的低功耗微控制器比在尺寸和功耗方面可能過于小用的微處理器更可取。尋找具有集成功能的器件還可以大大有助于降低成本、縮短上市時間，并在開發(fā)過程中縮短死胡同，因為與使用分立式藍(lán)牙芯片相比，集成了藍(lán)牙 5 的 MCU 可節(jié)省空間和功耗。

而且，無論如何，選擇已知、預(yù)認(rèn)證的部件，并在適當(dāng)時附帶可靠的驅(qū)動程序軟件（如傳感器）。

雖然原型設(shè)計當(dāng)然是開發(fā)過程的重要組成部分，但請嘗試選擇具有所選處理器的評估板，而不是一些嵌入式Linux板。前者可以讓您更輕松地獲得工作，靈活的設(shè)計，還可以讓您更好地了解組件如何在最終包裝中組合在一起。

是否有可用的MCU版本可以放入非常小的封裝中？電池和接口將位于可穿戴設(shè)備上的什么位置？在流程的早期考慮這些問題有助于避免阻礙上市時間、增加巨大成本并最終扼殺產(chǎn)品的障礙。

尋找軟件的安全之路

設(shè)計中很少被預(yù)先理解的一個方面是所需軟件的范圍和數(shù)量。當(dāng)然，還有將在設(shè)備上運行的軟件（這本身就是一個主題），還有將在智能手機上運行的應(yīng)用程序（是的，Android和iOS版本），以及提高設(shè)備可用性所需的云軟件。需要對開發(fā)方法，外觀和感覺做出決定，以使所有這些軟件盡可能可靠和一致。

超級循環(huán)、意大利面條代碼和實時操作系統(tǒng)

如果不仔細(xì)繪制，為嵌入式處理器開發(fā)軟件可能是一條危險的道路。從頭開始編寫所有代碼的誘惑可能是致命的。首先，這需要對外設(shè)、安全性、文件系統(tǒng)、實時時鐘等的所有支持進(jìn)行編碼。僅此一項就花費了大量的時間，并且意味著不可避免的錯誤和調(diào)試。即便如此，該軟件也可能存在部署后仍未檢測到的錯誤。

“從頭開始編寫所有內(nèi)容”的常見推論是“超級循環(huán)”方法。在超級循環(huán)中，從頭開始寫入以單個控制循環(huán)的形式繼續(xù)進(jìn)行，該控制循環(huán)連續(xù)輪詢數(shù)據(jù)和進(jìn)程的不同外設(shè)。這樣的循環(huán)以最簡單的形式很容易理解，但很快就會變成一堆意大利面條，并且隨著功能的增長而變得無法理解或維護(hù)。從這條路開始只會讓你走得更遠(yuǎn)，并導(dǎo)致發(fā)展和財務(wù)災(zāi)難。

雖然基于平臺的開發(fā)對于邊緣設(shè)備（即智能手機）和云來說幾乎是給定的，但必須積極地尋找，評估和選擇嵌入式設(shè)備。從一開始，這意味著使用專門針對項目中使用的MCU架構(gòu)的實時操作系統(tǒng)（RTOS）。使用RTOS提供了一個即時平臺，該平臺在MCU上運行，并根據(jù)需要從外設(shè)中斷服務(wù)，提供現(xiàn)成的I / O和其他基本功能。僅此一項就提供了大量現(xiàn)成的、經(jīng)過測試的、通常經(jīng)過認(rèn)證的代碼，您可以在其中添加獨特的功能（增值）。它還縮短了上市時間，并確保了該級別的代碼正確性，可以認(rèn)為該級別是安全的，經(jīng)過測試的，已經(jīng)集成，完整且高效，克服了超級循環(huán)方法的所有限制。

實時操作系統(tǒng)還可以實現(xiàn)更輕松的原型設(shè)計。在前面提到的傳感器融合示例中，原型設(shè)計將幫助開發(fā)人員了解需要哪些傳感器，哪些算法最有效地將傳感器輸出組合成單個數(shù)量，以及所選處理器（可能具有快速乘法/累加（MAC）操作性能）能夠很好地過濾來自傳感器的噪聲。基于一系列處理器的外設(shè)和原型開發(fā)板的RTOS為全面原型設(shè)計和開發(fā)提供了強大的平臺。精心挑選的RTOS可以提供預(yù)先測試的設(shè)備驅(qū)動程序;安全功能;文件系統(tǒng);并支持各種傳感器、攝像頭和無線電。

手機框架

當(dāng)涉及到邊緣設(shè)備（這里是智能手機，但在其他情況下可能是PC），還有眾所周知的操作系統(tǒng)，如Android和iOS，以及用于智能手機開發(fā)的強大編程語言和工具。一個可能的陷阱是兩種類型的手機的功能和用戶體驗（如用戶界面等）之間的差異。在這里，框架可用于幫助協(xié)調(diào)開發(fā)。

盡管如此，開發(fā)手機應(yīng)用程序的成本很容易被低估。鑒于大多數(shù)產(chǎn)品都針對Android和iPhone，因此在手機上使用框架的決定可能是一個艱難的決定。如果單獨開發(fā)，可以實現(xiàn)幾乎相同的外觀和感覺，但開發(fā)成本和維護(hù)成本將更高。使用框架，兩個應(yīng)用程序可以一起維護(hù)，這可能會降低成本，但創(chuàng)建不太靈活的用戶界面。

云平臺抽象挑戰(zhàn)，但并非全部挑戰(zhàn)

幸運的是，IBM 沃森物聯(lián)網(wǎng)和微軟Azure等平臺為開發(fā)云應(yīng)用程序提供了堅實的環(huán)境。它們提供云/邊緣/設(shè)備連接選項、數(shù)據(jù)管理工具和人工智能 （AI） 框架，可以分析大量數(shù)據(jù)并優(yōu)化在設(shè)備和邊緣系統(tǒng)上運行的應(yīng)用程序。

開發(fā)云軟件和云平臺本身也可能很昂貴。豐富的環(huán)境和先進(jìn)的云處理可能需要大量開發(fā)，尤其是在應(yīng)用程序需要復(fù)雜的學(xué)習(xí)算法的情況下。

人工智能需要大量的原始真實世界數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要收集，預(yù)處理以消除噪聲并清理信號，由深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再次處理，最后在后端運行或移動到邊緣。這種AI處理可以極大地改善您的產(chǎn)品，但是如果您缺乏算法開發(fā)經(jīng)驗和/或不熟悉使用數(shù)字信號處理來清理信號，則比您想象的要困難得多。所有這些在時間、風(fēng)險和總工作量方面往往被低估。從簡單的分析開始，并擴大您的成功。

節(jié)省時間就是賺到的錢

毫無疑問，產(chǎn)品開發(fā)最昂貴的方面是時間——重新設(shè)計設(shè)計所花費的時間，測試本來可以預(yù)先測試過的組件，以及修復(fù)錯誤和糟糕的決策。

市場份額的價值是總開發(fā)成本的10到1000倍，因此上市時間，質(zhì)量和可靠性比您在內(nèi)部工程組件節(jié)省的相對較少更重要。

盡快占領(lǐng)市場份額的一條途徑是選擇具有您所需的外設(shè)支持和靈活性的RTOS，以及可以使您的產(chǎn)品真正成功的處理器。

審核編輯：郭婷