关于物联网与嵌入式系统的介绍和分析

01 人工智能和边缘计算
过去的2018年，人工智能（ai）无疑是电子信息行业最热门的话题和关注点。数据对于人工智能的重要性不言而喻了，因此若要使ai引擎变得更聪明、更强大，需要的是持续的数据流入，ai可以处理和从中学习的数据越多，其预测的准确率也会越高，物联网（iot）就是ai非常好的管道和数据来源。2019年ai热还将会继续持续，ai、iot 将越来越多呈现“一体化”趋势，“人工智能”逐渐向“应用智能”发展，物联网也将会向“智联网”发展。
人工智能延展到物联网，就产生了边缘计算，凡有实时性、低功耗和安全隐私要求的物联网应用，均会有边缘计算的需求。需要指出的是，边缘计算设备一般会安装在系统传感和执行端，多数边缘计算设备是嵌入式系统。从物联网系统角度看，边缘计算设备是整个物联网系统一个组成部分，不能单独存在，需要云计算和人工智能技术的支撑和服务。边缘计算技术的研究和产品开发目前处在初期阶段，云计算、通信设备和嵌入式企业非常关注，物联网的高速发展是边缘计算兴起的最大推手。物联网发展大致分成两个时期，第一个时期是从互联走向智能，第二个时期从智能走向自治，目前大多数物联网项目还是第一个时期，进入第二个时期，边缘计算将发挥重要作用，2019年边缘计算将迎来快速发展的一年，人工智能向边缘和终端侧延展，嵌入式人工智能时代将要来到，ai芯片是未来发展热点。
02 5g和nb-iot
进入2019年5g的脚步越来越近，最近新闻里面不断出现的华为和5g，也让百姓感觉到5g将要来到。5g不仅能让没有电视和光纤电缆的偏远地区可以看到高清电视，5g的高带宽、低延时和高稳定的特性，为汽车自动驾驶和高清 ar/vr 的应用真正奠定了基础，有了5g网络具有划时代意义的人工智能应用才可能落地。在过去2018年，移动通信技术发展的另外一个分支-窄带物联网成为万物互联网络的一个重要分支。窄带物联网中的nb-iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，正常运行功耗小于20ma，仅为2g的1/10，终端模块的待机时间可长达10年，模组批量的价格降至20元。从2g到4g，移动通信网络都只是为了连接“ 人” 而生。但随着万物互联时代的到来， 5g移动通信网络需面向连接“ 物” 而演进。华为预测2018年nb-iot连接数达到5000万以上，2019年有望达到2亿以上。同时阿里云iot获得semtech国内首个lora ip授权， 2019年将是窄带物联网市场的上量一年。
03 risc-v和mcu
risc-v 开放指令集和开源芯片为arm一统的处理器架构世界带来了一缕春风，其传播的速度非常凶猛，高校拿risc-v做教学，科技巨头纷纷宣布支持risc-v，并且涌现一批初创的科技公司。目前risc-v 技术还在发展，各家芯片平台在开发和完善之中，应用将会逐步展开和落地。千里之行始于足下，芯片、开发板、调试器、软件、培训、社区和图书，这些都是risc-v应用不可缺少的生态环境。正如中国集成电路老前辈、许居衍院士指出：risc-v当前最适合用于iot之类的“看不见的计算”中，现在看来risc-v要形成生态，希望很可能在中国。可以预见，物联网和嵌入式应用一定是risc-v最先落地点，2019年将是risc-v 成长的一年。
根据ic insight 2018年市场研究，iot市场发展迅速，2017-2022年复合增长率接近15%，2018年新增iot入网设备超过20亿，到2022年将达到40亿， iot 设备中的mcu 2018年大约有18亿颗，2017-2022年复合年均增长率达到17% ，数量接近35亿颗。32位mcu 正在iot 设备和应用中发挥核心的技术作用，比如运算处理、安全、联网、感知和控制，以及传统的电机控制和电源管理都离不开mcu。
展望未来，iot 和ai 应用对mcu 提出更高的要求：更高的处理能力，更多的安全组件，多种连接能力和更低功耗， iot 应用日益复杂，mcu的操作系统从简单任务调度发展为iot os平台，软件复杂度大幅增加，平台级软件及工具需求旺盛。决胜未来，mcu 生态建设已经成为新的制高点，云计算公司进入mcu和嵌入式系统生态圈，mcu企业与算法公司、软件公司和高校的合作越来越多。
中国有数十家mcu企业，有关报道透露，40余家企业获得了arm cortex-m 内核的授权，也就是说这些企业具备开发和生产目前市场主流的32位arm 内核的mcu能力。研究机构ihs2018年研究预估，中国市场前10名的mcu企业，中颖和兆易已经入围，排名第九和第十。国内mcu应用领域多集中在低端的产品中，中高端产品的mcu市场还在外企手里，中颖和兆易2018年mcu 产值也只是前两名st 和nxp 的大约十分之一，上升空间还是非常大，2019年将是国产mcu 快速增长的一年。
04 iot os与物联网安全
过去的2018年随着iot 成为重要风口，众多国内外科技巨头以及中小企业都开展了在 iot 方面的布局，阿里云称iot是其第五赛道，以阿里云为支撑，在端侧有aliosthings，在其上阿里有物联网市场和一站式开发平台，再上面就是包括消费和行业应用。华为布局aiot,推出hilink标准协议。在端侧华为有huaweiliteos，端云结合是通过oceanconnect，它是华为云推出的iot联接管理平台，行业应用上，华为重点在nb-iot的推广。亚马逊推出amazonfreertos，借助嵌入式系统最具影响力的rtos-freertos，亚马逊扩展其在物联网系统中的市场地位，借助aws iot云和边缘计算greengrass技术，为开发者提供一站式解决方案。微软在物联网设备端布置azuresphereos，可以运行在mcu上，边缘侧微软有azureiotedge，可以运行在linix和windows系统，在云端微软有auzreiotstack负责对iot设备进行安全管理和维护。armmbedos是最早推出的iot os，在行业具有标杆作用，2018年arm推出arm pelion iot platform，提供端-端iot安全解决方案，据悉pelion计划在2019年在中国落地。
iotos是一种面向“物”通讯和管理软件平台，它的推动力主要来自企业和大众。iot os有三个重要部分：嵌入式实时操作系统、物联网的通讯协议和物联网系统的安全。目前看iotos还需要长时间的市场培养，预计2019年在边缘计算、物联网安全和生态建设上，iotos会有许多新的进展。
长期以来电子产品制造商只是考虑保护他们的设备的安全和它们所产生数据的安全，即使是这个要求，设备制造商，特别是消费类电子产品，许多是完不成这个任务。进入物联网时代，现在他们被要求帮助保护设备和网络，甚至不属于他们自己的客户的安全性。过去的一年物联网安全的形式越发严峻，物联网安全需要产业链的通力合作，也就是芯片-云端一体化解决方案，未来的物联网还将是信息安全和功能安全的融合体，国外的专家说法是：no safety without security。可喜的是2018年我们看到物联网安全产品开发技术的诸多进展，比如iot安全芯片，安全架构，风险评估、测试和安全升级（ota）的技术和工具，2018年nxp、st、cypress、microchip、arm、杭州中天微（阿里收购）、iar、风河、hcc和亚马逊等企业都有新技术和产品，2019年将是物联网安全技术有更多进展的一年，物联网安全技术也将逐渐落地关键行业应用，比如工业物联网。
05 总结
国际国内多方面因素，决定了2019年的世界和中国经济颇为严峻，但科技的创新与发展的脚步一点没有放缓。作为支撑人工智能、物联网和5g发展，作为连接芯片与应用粘结剂的嵌入式技术也将迎来新的机遇。我们已经习以为常的性能扩展速度现在已经难以为继。过去，性能每隔18个月翻一番。单一cpu性能提升每年仅有3%、20年才能翻一番。人们已经从关注单cpu转向了多核和异构计算，其中异构指cpu+gpu/dsp/fpga/asic，未来最大的关注点将集中在嵌入式人工智能的ai芯片上。长期以来开源软件为电子信息产业做出巨大的贡献，今天以risc-v为代表的开放指令集和开源硬件也将深刻影响产业发展，未来最大的关注点将是iot芯片，这些都跟“嵌入式”技术密切相关。