泛在計算時代的嵌入式系統

清醒認識物聯網

問：為何說物聯網現在還沒有成熟？

答：回顧計算與應用的三次發展浪潮，第一次浪潮始于大型機時代，產生于上世紀80年代。第二階段以PC機為主，始于上世紀90年代初，由于PC互聯，誕生了互聯網。第三個階段是無處不在的泛在計算，產生了物聯網。

但物聯網的成熟還要有個過程，估計需要一二十年才會有相應的應用模式。首先，90年代末，我們談論嵌入式系統（后PC），2009年提出了智慧地球、物聯網。預計應該再過七八年才會出現今天互聯網一樣的成功商業模式。

我們可以回顧第二次浪潮是怎么走過來的：PC機出現十年后才有了互聯網；Yahoo開創了互聯網運營的成功商業模式，后來Google和阿里巴巴等成功運行了這種商業模式，前后歷時十左右。因此要誕生一種成功的商業模式需要時間。在物聯網發展中，首先要發現物聯網的雅虎，找到成功的商業模式。

問：物聯網為嵌入式系統帶來哪些機會？

答：物聯網包括感知層、網絡層和應用層。實際上，最下面的感知層在物聯網產業鏈里只占8%，感知層包括RFID、傳感器等物理設備。網絡層，即系統集成的費用、價值只占20%～30%。因此，物聯網里硬設備/看得到的東西在產業鏈里只占30%～40%，真正的產業效應是在應用和服務，即軟件產業上。可見，物聯網產業不是生產型的產業，而是信息服務的產業，這是物聯網的本質。例如，提出智慧地球的公司不是芯片公司，而是做信息服務的IBM公司。

問：物聯網有哪些關鍵技術？

答：物聯網是信息和物理的融合。美國把CPS（信息融合物理系統， Cyber-Physical Systems）作為計算機的一個顛覆性的革命而提出來。因為現在有了計算機，它的處理對象是數字的。而物聯網/CPS要處理的對象是連續的，跟時間有關，原有的計算體系實際上已不適合物聯網/ CPS。

問：CPS有何特征？

答：CPS融合了3C：計算、通信和控制。尤其控制很重要，因為所有的設備都要控制，因此需要嵌入式系統。

但是難點有幾個：⒈對象現在不是靜態的，而是動態的。⒉嵌入式設備要連起來，這不是一件簡單的事情。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劃，要實現智能家庭/智能冰箱/智能洗衣機等聯網，最后以失敗告終。這其中有兩個原因，第一是不合時機；第二，一些設備本身不具備聯網、瀏覽器等功能。這怎么辦？人們在總結了這些功能之后，就提出了信息平臺的中間件OSGi（Open Service Gateway Initiative）架構，由眾多公司和機構組成了開源組織——OSGi聯盟，針對汽車電子、家庭網絡、移動設備和工業環境等特定領域的與互聯網連接的中間件。

問：成功的物聯網應該是什么樣？

答：必定有一朵“云計算”；否則將會是一堆廢銅爛鐵。同時，云計算要有地上具體應用的對象；否則將是一朵浮云。

目前云計算已在日本落地。汽車已成信息終端：通過云計算平臺GAE（Google App Engine） 實現汽車遠程信息服務；還有新型急救醫療系統、電力銀行和電影院的實況轉播等。如果物聯網沒有后面的云計算，也就沒有后面的60%、70%的真正的應用，同樣道理，如果云計算不落地，永遠只是一個流云。日本自認為有三朵云落地—車聯網、智能電網、混合云。所以物聯網和云是分不開的。

嵌入式系統新理念——Smart System

問：有的公司的戰略叫Smart System，有的叫Intelligent System，它們有區別嗎？

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

新理念帶來新技術

問：這會對嵌入式系統帶來哪些新的技術革命？

答：嵌入式設計要從面相對象到面相角色轉變，物聯網的計算是跟時間有關的。第二，需要軟硬件協同設計技術。第三，需要嵌入式軟件建模、自動分析和驗證技術。

問：難點是哪些？

答：嵌入式系統是面向特定應用的專用系統。因此，可用軟硬件協同設計把該特定應用的多余的軟硬件裁減掉，其中也包括OS。

另外，從動車事故等看出，可靠性是嵌入式系統最大的問題，但嵌入式系統的很多設計是在開源上完成的，需要把開放的嵌入式系統改造成封閉的專用系統。甚至于你可以到把OS裁到不像OS，甚至沒有OS的這一歷史，那么為什么嵌入式系統還要有OS呢？我的對象目標都已經定了，還要有文件調度，所以這個方式已經失去了意義，應該向無操作系統（演變為Event驅動）的嵌入式系統方向發展。

第三，要有一些新的建模、自動分析和驗證技術。特點是具有形式化描述和圖形化建模；自動生成TML級代碼，進行相應系統的仿真；自動分析、評估和測試；Cofluent（匯合的）建模和驗證工具，涵蓋多核、實時嵌入式系統等。

新的建模、自動分析和驗證工具優勢明顯。據Arthur D. Litle公司的調研項目顯示，使用基于模型的設計，開發成本大大低于傳統的開發方式。例如英國BAE Systems公司的兩個小組，分別使用兩種模式開發同一個軟件無線電（SDR）項目，結果基于模型的設計流程比傳統的流程節省了約80%的時間。