在開(kāi)發(fā)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，硬件設(shè)計(jì)被視為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品能否取得成功的關(guān)鍵。為確保嵌入式物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品滿足所需功能，功耗低，安全可靠，嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商在這些設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)階段面臨著諸多挑戰(zhàn)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，由于連接設(shè)備的快速發(fā)展，嵌入式智能連接以驚人的速度持續(xù)增長(zhǎng)。           相關(guān)文章：《從事硬件開(kāi)發(fā)行業(yè)需要用到哪些技術(shù)》
 

 

嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）被定義為一個(gè)過(guò)程，其中對(duì)象配備有涉及硬件板設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的傳感器，執(zhí)行器和處理器，軟件系統(tǒng)，Web API和協(xié)議，它們共同創(chuàng)建了嵌入式系統(tǒng)的連接環(huán)境。這種連接環(huán)境允許技術(shù)跨多個(gè)設(shè)備，平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)連接，創(chuàng)建一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，徹底改變我們與世界進(jìn)行數(shù)字交互的方式。這些連接的嵌入式系統(tǒng)正在改變與我們的環(huán)境，社區(qū)和家庭的互動(dòng)和行為，甚至是我們?nèi)祟惖纳眢w。

我們周圍的嵌入式系統(tǒng)采用商業(yè)系統(tǒng)的形式，如自動(dòng)售貨機(jī)，智能信息亭，AC控制器，聯(lián)網(wǎng)汽車，酒店票據(jù)打印機(jī)等，它們能夠執(zhí)行獨(dú)特的各種操作。因此，在設(shè)計(jì)這些嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，需要針對(duì)特定功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，如低功耗，安全架構(gòu)，可靠的處理器等。但是，設(shè)計(jì)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)并不簡(jiǎn)單。

設(shè)計(jì)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

為物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)硬件需要縝密的規(guī)劃。因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)面臨著一系列挑戰(zhàn)。小隱以下列出了設(shè)計(jì)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)的六大挑戰(zhàn)：

一、在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行應(yīng)用程序缺乏必要的靈活性

隨著對(duì)連接設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)，嵌入式系統(tǒng)需要與異構(gòu)設(shè)備協(xié)同工作，并適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)境中的新功能和性能。由于這種不斷增加的技術(shù)應(yīng)用和新應(yīng)用部署的情況，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)面臨著幾個(gè)靈活性方面的問(wèn)題，例如：

1.確保新服務(wù)順利整合的問(wèn)題

2.難以適應(yīng)新環(huán)境

3.硬件和軟件設(shè)施經(jīng)常變化

4.小尺寸芯片的封裝和集成問(wèn)題，重量輕，功耗低

5.開(kāi)展能源意識(shí)操作等
 

 

二、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的安全危機(jī)

所有物聯(lián)網(wǎng)硬件產(chǎn)品都需要在實(shí)時(shí)嵌入式環(huán)境中安全地執(zhí)行。由于所有嵌入式組件都在高度資源約束和物理上不安全的情況下運(yùn)行，因此工程師在確保這些嵌入式組件的安全性時(shí)經(jīng)常遇到問(wèn)題。這些系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)必須穩(wěn)定可靠，并且必須使用加密算法和安全程序來(lái)保護(hù)。這涉及保護(hù)嵌入式系統(tǒng)的所有組件從原型到部署的不同方法。

三、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高功耗

另一個(gè)日益嚴(yán)重的限制是微處理器硬件設(shè)計(jì)的功耗，以便從實(shí)時(shí)應(yīng)用和設(shè)備中獲得最佳性能。持續(xù)的挑戰(zhàn)是如何部署具有越來(lái)越多的晶體管并具有可接受的功耗比的嵌入式系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)低功耗嵌入式系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)致高功耗的原因主要有兩點(diǎn)：

首先，因?yàn)槊總€(gè)晶體管的功耗隨著柵極密度的增加而增加，所以芯片上系統(tǒng)的功率密度設(shè)定為增加。因此，工程師必須通過(guò)使用高效的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)而不是僅依靠工藝技術(shù)來(lái)降低整體嵌入式系統(tǒng)的功耗。

其次，工程師通過(guò)增加系統(tǒng)的頻率來(lái)關(guān)注更好的低功耗性能，從而消耗更多功率。工程師也需要更多地關(guān)注設(shè)計(jì)選擇。

四、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)試中的問(wèn)題

為確?？煽康漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)，進(jìn)行深入的測(cè)試，驗(yàn)證和驗(yàn)證將是另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

1.嵌入式硬件測(cè)試：這類似于嵌入式開(kāi)發(fā)人員使用基于硬件的測(cè)試工具的所有測(cè)試類型。這是指根據(jù)產(chǎn)品要求對(duì)系統(tǒng)性能，一致性和驗(yàn)證進(jìn)行測(cè)試的嵌入式硬件。

2.驗(yàn)證：確保功能驗(yàn)證是否已正確實(shí)施。

3.驗(yàn)證：參考確保產(chǎn)品是否符合要求并通過(guò)所有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

五、安全關(guān)鍵嵌入式系統(tǒng)的功能安全性不足

功能安全被認(rèn)為是產(chǎn)品整體安全的一部分。嵌入式系統(tǒng)被認(rèn)為是通用控制系統(tǒng)，其執(zhí)行需要自主性，重新配置，安全性，容錯(cuò)性的各種控制功能，并且需要消除所有不可接受的風(fēng)險(xiǎn)以滿足功能安全要求。這些考慮因素極大地影響了它們?cè)趹?yīng)用中的使用，其中許多功能循環(huán)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算資源的設(shè)計(jì)，由此產(chǎn)生許多定時(shí)和任務(wù)調(diào)度問(wèn)題。

六、成本和推向市場(chǎng)的時(shí)間

除了靈活性和安全性之外，嵌入式系統(tǒng)受到成本的嚴(yán)格限制。

在嵌入式硬件設(shè)計(jì)中，需求源于從開(kāi)發(fā)到部署周期獲得更好的方法，以便利用數(shù)字電子元件和生產(chǎn)數(shù)量來(lái)處理成本建模或成本最優(yōu)化。硬件/軟件代碼設(shè)計(jì)人員還需要解決設(shè)計(jì)時(shí)間問(wèn)題，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將嵌入式設(shè)備推向市場(chǎng)。