泛在計(jì)算時(shí)代的嵌入式系統(tǒng)

清醒認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)

問(wèn)：為何說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在還沒(méi)有成熟？

答：回顧計(jì)算與應(yīng)用的三次發(fā)展浪潮，第一次浪潮始于大型機(jī)時(shí)代，產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代。第二階段以PC機(jī)為主，始于上世紀(jì)90年代初，由于PC互聯(lián)，誕生了互聯(lián)網(wǎng)。第三個(gè)階段是無(wú)處不在的泛在計(jì)算，產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)。

但物聯(lián)網(wǎng)的成熟還要有個(gè)過(guò)程，估計(jì)需要一二十年才會(huì)有相應(yīng)的應(yīng)用模式。首先，90年代末，我們談?wù)撉度胧较到y(tǒng)（后PC），2009年提出了智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)。預(yù)計(jì)應(yīng)該再過(guò)七八年才會(huì)出現(xiàn)今天互聯(lián)網(wǎng)一樣的成功商業(yè)模式。

我們可以回顧第二次浪潮是怎么走過(guò)來(lái)的：PC機(jī)出現(xiàn)十年后才有了互聯(lián)網(wǎng)；Yahoo開(kāi)創(chuàng)了互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的成功商業(yè)模式，后來(lái)Google和阿里巴巴等成功運(yùn)行了這種商業(yè)模式，前后歷時(shí)十左右。因此要誕生一種成功的商業(yè)模式需要時(shí)間。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，首先要發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的雅虎，找到成功的商業(yè)模式。

問(wèn)：物聯(lián)網(wǎng)為嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)哪些機(jī)會(huì)？

答：物聯(lián)網(wǎng)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。實(shí)際上，最下面的感知層在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈里只占8%，感知層包括RFID、傳感器等物理設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層，即系統(tǒng)集成的費(fèi)用、價(jià)值只占20%～30%。因此，物聯(lián)網(wǎng)里硬設(shè)備/看得到的東西在產(chǎn)業(yè)鏈里只占30%～40%，真正的產(chǎn)業(yè)效應(yīng)是在應(yīng)用和服務(wù)，即軟件產(chǎn)業(yè)上。可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不是生產(chǎn)型的產(chǎn)業(yè)，而是信息服務(wù)的產(chǎn)業(yè)，這是物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)。例如，提出智慧地球的公司不是芯片公司，而是做信息服務(wù)的IBM公司。

問(wèn)：物聯(lián)網(wǎng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)？

答：物聯(lián)網(wǎng)是信息和物理的融合。美國(guó)把CPS（信息融合物理系統(tǒng)， Cyber-Physical Systems）作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)顛覆性的革命而提出來(lái)。因?yàn)楝F(xiàn)在有了計(jì)算機(jī)，它的處理對(duì)象是數(shù)字的。而物聯(lián)網(wǎng)/CPS要處理的對(duì)象是連續(xù)的，跟時(shí)間有關(guān)，原有的計(jì)算體系實(shí)際上已不適合物聯(lián)網(wǎng)/ CPS。

問(wèn)：CPS有何特征？

答：CPS融合了3C：計(jì)算、通信和控制。尤其控制很重要，因?yàn)樗械脑O(shè)備都要控制，因此需要嵌入式系統(tǒng)。

但是難點(diǎn)有幾個(gè)：⒈對(duì)象現(xiàn)在不是靜態(tài)的，而是動(dòng)態(tài)的。⒉嵌入式設(shè)備要連起來(lái)，這不是一件簡(jiǎn)單的事情。很多人一定還記得，比爾蓋茨在90年代末曾提出了維納斯計(jì)劃，要實(shí)現(xiàn)智能家庭/智能冰箱/智能洗衣機(jī)等聯(lián)網(wǎng)，最后以失敗告終。這其中有兩個(gè)原因，第一是不合時(shí)機(jī)；第二，一些設(shè)備本身不具備聯(lián)網(wǎng)、瀏覽器等功能。這怎么辦？人們?cè)诳偨Y(jié)了這些功能之后，就提出了信息平臺(tái)的中間件OSGi（Open Service Gateway Initiative）架構(gòu)，由眾多公司和機(jī)構(gòu)組成了開(kāi)源組織——OSGi聯(lián)盟，針對(duì)汽車(chē)電子、家庭網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備和工業(yè)環(huán)境等特定領(lǐng)域的與互聯(lián)網(wǎng)連接的中間件。

問(wèn)：成功的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是什么樣？

答：必定有一朵“云計(jì)算”；否則將會(huì)是一堆廢銅爛鐵。同時(shí)，云計(jì)算要有地上具體應(yīng)用的對(duì)象；否則將是一朵浮云。

目前云計(jì)算已在日本落地。汽車(chē)已成信息終端：通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)GAE（Google App Engine） 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)遠(yuǎn)程信息服務(wù)；還有新型急救醫(yī)療系統(tǒng)、電力銀行和電影院的實(shí)況轉(zhuǎn)播等。如果物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有后面的云計(jì)算，也就沒(méi)有后面的60%、70%的真正的應(yīng)用，同樣道理，如果云計(jì)算不落地，永遠(yuǎn)只是一個(gè)流云。日本自認(rèn)為有三朵云落地—車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、混合云。所以物聯(lián)網(wǎng)和云是分不開(kāi)的。

嵌入式系統(tǒng)新理念——Smart System

問(wèn)：有的公司的戰(zhàn)略叫Smart System，有的叫Intelligent System，它們有區(qū)別嗎？

答：都是一樣的。2011年4月，Intel、微軟、通用汽車(chē)、高通、飛思卡爾、ARM、TI和三星等公司在舊金山聯(lián)合成立了“Smart技術(shù)世界”。Smart system（智能系統(tǒng)或智慧系統(tǒng)）的特點(diǎn)是：⒈處理器不是我們以前用的最簡(jiǎn)單的8位處理器了，而是32位處理器或SoC。⒉內(nèi)含高層次的嵌入式操作系統(tǒng)。⒊有聯(lián)網(wǎng)功能，徹底解決原先嵌入式系統(tǒng)的孤島現(xiàn)象。

新理念帶來(lái)新技術(shù)

問(wèn)：這會(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)哪些新的技術(shù)革命？

答：嵌入式設(shè)計(jì)要從面相對(duì)象到面相角色轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算是跟時(shí)間有關(guān)的。第二，需要軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。第三，需要嵌入式軟件建模、自動(dòng)分析和驗(yàn)證技術(shù)。

問(wèn)：難點(diǎn)是哪些？

答：嵌入式系統(tǒng)是面向特定應(yīng)用的專(zhuān)用系統(tǒng)。因此，可用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)把該特定應(yīng)用的多余的軟硬件裁減掉，其中也包括OS。

另外，從動(dòng)車(chē)事故等看出，可靠性是嵌入式系統(tǒng)最大的問(wèn)題，但嵌入式系統(tǒng)的很多設(shè)計(jì)是在開(kāi)源上完成的，需要把開(kāi)放的嵌入式系統(tǒng)改造成封閉的專(zhuān)用系統(tǒng)。甚至于你可以到把OS裁到不像OS，甚至沒(méi)有OS的這一歷史，那么為什么嵌入式系統(tǒng)還要有OS呢？我的對(duì)象目標(biāo)都已經(jīng)定了，還要有文件調(diào)度，所以這個(gè)方式已經(jīng)失去了意義，應(yīng)該向無(wú)操作系統(tǒng)（演變?yōu)镋vent驅(qū)動(dòng)）的嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。

第三，要有一些新的建模、自動(dòng)分析和驗(yàn)證技術(shù)。特點(diǎn)是具有形式化描述和圖形化建模；自動(dòng)生成TML級(jí)代碼，進(jìn)行相應(yīng)系統(tǒng)的仿真；自動(dòng)分析、評(píng)估和測(cè)試；Cofluent（匯合的）建模和驗(yàn)證工具，涵蓋多核、實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)等。

新的建模、自動(dòng)分析和驗(yàn)證工具優(yōu)勢(shì)明顯。據(jù)Arthur D. Litle公司的調(diào)研項(xiàng)目顯示，使用基于模型的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)成本大大低于傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方式。例如英國(guó)BAE Systems公司的兩個(gè)小組，分別使用兩種模式開(kāi)發(fā)同一個(gè)軟件無(wú)線電（SDR）項(xiàng)目，結(jié)果基于模型的設(shè)計(jì)流程比傳統(tǒng)的流程節(jié)省了約80%的時(shí)間。