本刊編輯 蘆瀟靜

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CES2014給我們的啟示：重視智能硬件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
——走出北京城的嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)第14次主題討論會(huì)

本刊編輯 蘆瀟靜

智能手機(jī)+云計(jì)算，讓移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，它正在改變整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)業(yè)環(huán)境?！爸悄苡布?智能手機(jī)App+云服務(wù)”創(chuàng)造出一系列全新的商業(yè)模式。這種系統(tǒng)的核心部件是智能硬件，從某種意義上說(shuō)是嵌入式系統(tǒng)的升級(jí)換代。智能化不僅影響著我們的工作和生活，而且也挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和運(yùn)行方式。2014年的拉斯維加斯消費(fèi)電子展(CES)讓我們看到了未來(lái)智能世界的無(wú)限前景。

近日，由嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)主辦的第14次主題研討會(huì)在上海華東師范大學(xué)順利舉行。雖然是首次在北京之外舉辦活動(dòng)，但嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)的凝聚力絲毫未減，來(lái)自清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、蘇州大學(xué)、太原理工大學(xué)等知名高校的專家學(xué)者，以及Microchip、TI、芯唐電子科技等產(chǎn)業(yè)界人士齊聚一堂，圍繞“CES2014給我們的啟示”這一主題發(fā)表了各自的觀點(diǎn)，并就智能家居、智能穿戴和互聯(lián)汽車等熱點(diǎn)話題展開了熱烈的討論。

華東師范大學(xué) 沈建華教授

——智能硬件的難點(diǎn)

沈建華教授從事多年的教學(xué)工作，同時(shí)長(zhǎng)期與企業(yè)緊密合作，既具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，又擁有項(xiàng)目的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)和研發(fā)均有著深入的理解和體會(huì)。

從嵌入式系統(tǒng)的角度看，智能硬件即帶智能的硬件?，F(xiàn)在理解的智能設(shè)備，一定是接入了互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式設(shè)備，真正的智能是借助云端來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能硬件大致分為兩大類：一類是所謂的可穿戴設(shè)備；另一類相對(duì)固定，如智能家電、玩具、健康監(jiān)護(hù)等。

1. 智能硬件的三大需求

① 傳統(tǒng)企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)要轉(zhuǎn)型為服務(wù)型公司，通過用戶習(xí)慣的收集和數(shù)據(jù)的分析來(lái)增加附加值。

② 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)搶占入口。有人曾問馬化騰，下一個(gè)打敗微信的是什么？他認(rèn)為可以打敗微信的一定是與硬件相關(guān)的東西。確實(shí)如此，如果與硬件無(wú)關(guān)，那么與用戶的粘度是不夠的，用戶很容易切換；而一旦與硬件綁定，與用戶的粘度就大大提升了。

③ 創(chuàng)業(yè)公司機(jī)會(huì)增多。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，創(chuàng)業(yè)公司認(rèn)為有很多機(jī)會(huì)，可以吸引到投資。

2. 智能硬件使用的四種

① NFC近場(chǎng)通信：其最大的特點(diǎn)是可以看做一個(gè)RFID的擴(kuò)展命名，能夠?qū)崿F(xiàn)RFID的雙向數(shù)據(jù)交互，十分適用于身份認(rèn)證。

② 藍(lán)牙：藍(lán)牙現(xiàn)在最熱的是4.0，由于是新技術(shù)，價(jià)格高，推廣起來(lái)比較困難。不過，藍(lán)牙4.0在智能終端的可穿戴設(shè)備中大有用武之地。

③ ZigBee：僅僅適用于封閉系統(tǒng)，因?yàn)閆igBee的系統(tǒng)倘若要連接在Internet上，必須要解決網(wǎng)關(guān)的問題。

④ WiFi：在目前家居應(yīng)用里是最佳的無(wú)線接入方式。家庭無(wú)線路由器基本上已經(jīng)覆蓋，沈教授認(rèn)為MCU是應(yīng)用直接連接Internet的最佳解決方案。

3. 智能硬件設(shè)計(jì)的諸多難點(diǎn)

① 設(shè)備硬件的設(shè)計(jì)與制造。性能和資源非常有限，功耗要求做得很低。射頻硬件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)很困難，涉及供應(yīng)鏈、認(rèn)證、一致性等各種問題。對(duì)于穿戴式設(shè)備，要求工藝設(shè)計(jì)水平非常高。

② 設(shè)備固件。涉及很多協(xié)議、配置、具體的用戶應(yīng)用以及與云端的接入?yún)f(xié)議。內(nèi)部軟件與傳統(tǒng)單片機(jī)差別較大，軟件包括驅(qū)動(dòng)、協(xié)議、安全、算法、應(yīng)用等。因此，要做成可靠的產(chǎn)品非常不易。

③ 云端服務(wù)。

④ 終端APP。終端APP要做好也很困難。有很多公司專注于此，可以幫助我們提升用戶體驗(yàn)。

⑤ 經(jīng)驗(yàn)非常重要。傳統(tǒng)制造業(yè)背景和互聯(lián)網(wǎng)背景，會(huì)帶來(lái)不同的看法和決定。

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)副主任及秘書長(zhǎng) 何小慶

——CES啟示和智能穿戴最新發(fā)展

何小慶秘書長(zhǎng)擁有成功的創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷，現(xiàn)主要精力投入到廣泛的社會(huì)活動(dòng)中，集嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)發(fā)起委員、知名高校講師、特約撰稿人和企業(yè)家等多重角色于一身，對(duì)IT產(chǎn)業(yè)的理解具有獨(dú)特的視角。

1. CES的啟示

作為全球最大的消費(fèi)電子展，每年的CES上都會(huì)展示最新的電子消費(fèi)產(chǎn)品，引領(lǐng)著未來(lái)消費(fèi)電子發(fā)展的趨勢(shì)。中國(guó)的公司，除了華為、中興、海信等大公司外，參展的中小企也不在少數(shù)。CES有若干個(gè)技術(shù)專區(qū)，包括大家比較關(guān)注的3D打印和可穿戴設(shè)備。ZigBee聯(lián)盟邀請(qǐng)了20余家公司參展，其他的專區(qū)涵蓋機(jī)器人、汽車電子等。

亮點(diǎn)產(chǎn)品主要有：LG的彎曲手機(jī)，三星、LG、索尼的彎曲電視，智能手環(huán)，智能汽車電子，以及正在顯現(xiàn)氣候的智能家居(含智能照明)，等等。

今年CES的一大亮點(diǎn)是以Tesla為樣板的互聯(lián)汽車(Connected Car)。不僅各大車廠都有一些產(chǎn)品，而且谷歌宣布成立開放汽車聯(lián)盟(OAA)，成員包括一批科技和汽車公司(如通用汽車、本田汽車、奧迪、現(xiàn)代等)，這些公司將合作為汽車定制Android系統(tǒng)。

看一個(gè)行業(yè)能否快速發(fā)展，要看有無(wú)大公司進(jìn)入。顯然，智能穿戴設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)快車道，今年還會(huì)明顯提速。目前，大公司基本上都發(fā)布了自己的產(chǎn)品，未來(lái)會(huì)以健康、醫(yī)療、時(shí)尚為三大主線。

CES結(jié)束后的一周，Google收購(gòu)了Nest公司，這給整個(gè)智能家居行業(yè)帶來(lái)很大的觸動(dòng)。盡管智能家居有所升溫，但市場(chǎng)后期還需要發(fā)展，商業(yè)模式還存在不少問題。

2. 關(guān)于可穿戴設(shè)備的發(fā)展

(1) 可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的現(xiàn)狀

這個(gè)市場(chǎng)目前尚處于市場(chǎng)發(fā)展的初期階段，按照市場(chǎng)營(yíng)銷學(xué)來(lái)講，屬于Early Market 的Medium-term Later Stage，即早期市場(chǎng)中后階段。創(chuàng)業(yè)公司依然是主力軍，大公司仍持試水和觀望態(tài)度。就形式而言，手環(huán)、手表居多，眼鏡雖然吸引眼球，但開發(fā)難度也較大，市場(chǎng)還需要時(shí)間消化。如果想做眼鏡，建議可以關(guān)注運(yùn)動(dòng)類、游戲類等目標(biāo)比較明確的細(xì)分市場(chǎng)。

(2) 可穿戴設(shè)備方案

可穿戴設(shè)備是典型的嵌入式系統(tǒng)，主要由MCU/MPU、傳感器和射頻部分組成。90%以上的產(chǎn)品采用的是基于Cortex-M3/M0/M4的MCU。

不少公司為了促進(jìn)可穿戴設(shè)備的發(fā)展，將自己的項(xiàng)目開源化。其中不乏一些不錯(cuò)的方案，比如索尼的Smartwatch、谷歌的眼鏡。安卓的代碼是開放的，而且索尼的SDK是開放的，用戶可以做一個(gè)Sony智能手表的App。還有一個(gè)項(xiàng)目——Angel Sensor也值得關(guān)注，提供了很好的平臺(tái)。不僅具有記錄卡路里、記步這些功能，而且可以記錄心跳和血氧濃度。

(3) 可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

首先是低功耗問題，要選擇工作功耗和待機(jī)功耗低，同時(shí)保證喚醒時(shí)間盡可能短的MCU。對(duì)于MPU(AP)加安卓這種方案，目前來(lái)看低功耗設(shè)計(jì)還不夠成熟。

其次，MCU與傳感器接口的設(shè)計(jì)很重要，要保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、完整性和低功耗。

最后，從軟件方面來(lái)講，看似簡(jiǎn)單的可穿戴設(shè)備的UI設(shè)計(jì)其實(shí)是一大難點(diǎn)。

(4) 可穿戴設(shè)備未來(lái)的思考

就設(shè)計(jì)模式和商業(yè)模式而言，可穿戴設(shè)備一定是智能硬件+智能手機(jī)APP+云服務(wù)。同時(shí)，可穿戴設(shè)計(jì)必須遵循開放、參與和共贏的原則，也就是所謂的“互聯(lián)網(wǎng)思維”。

可穿戴設(shè)計(jì)要把握四個(gè)要點(diǎn)：小巧精致，省電，軟件設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，工業(yè)設(shè)計(jì)新穎。其中最后一點(diǎn)常被忽視。未來(lái)脫穎而出的可穿戴設(shè)備一定是一個(gè)做了減法的設(shè)備，如果比拼加法，很難超越智能手機(jī)。可穿戴設(shè)備的未來(lái)前景是光明的，正如蘋果的CEO最近在一個(gè)股東大會(huì)上講過的那樣：“我們正在做一些可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，有些是你能看得到的，有些呢你目前可能還看不到?！?/p>

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)發(fā)起委員、上海計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式專委會(huì)主任 陳章龍教授

——特斯拉汽車的啟示

陳章龍教授是我國(guó)單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的老前輩，社會(huì)活動(dòng)廣泛，對(duì)嵌入式及其相關(guān)領(lǐng)域的歷史和現(xiàn)狀有著深刻的理解，同時(shí)，對(duì)熱點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展始終保持理性的認(rèn)識(shí)。

西方在談?wù)摰谌喂I(yè)革命，德國(guó)提出德國(guó)工業(yè)4.0，視為第四次工業(yè)革命。中國(guó)工程院院長(zhǎng)周濟(jì)提出“中國(guó)制造2020”，這里面核心的問題就是說(shuō)兩個(gè)世界——我們生活的實(shí)體世界與虛擬世界如何對(duì)接。

在2014 CES大會(huì)上，微軟的一個(gè)發(fā)言值得我們深思。微軟聲稱，軟件企業(yè)如果不做硬件，遲早是會(huì)死亡的。可見，一定要將虛擬的世界與實(shí)體世界對(duì)接起來(lái)，否則，今后會(huì)是個(gè)大問題。反過來(lái)，制造業(yè)要向制造服務(wù)業(yè)去發(fā)展。周濟(jì)列舉了一個(gè)例子，通用電氣的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝了傳感器，這就是一種服務(wù)形式。

所謂的虛擬世界與實(shí)體世界如何對(duì)接呢？有兩種不同的觀點(diǎn)：一種是以德國(guó)為主的傳統(tǒng)制造業(yè)的方式，這是一種以自下而上的方式；另一種是以美國(guó)為代表的創(chuàng)新性的方式，是一種自上而下的方式，這是一種顛覆性的創(chuàng)新，特斯拉汽車就是典型的例子。制造特斯拉汽車的人原來(lái)并不是做汽車的，一直做汽車的人也不大可能將電動(dòng)車作為主業(yè)。也就是說(shuō)，一種顛覆性的革命往往是一種自上而下的東西。

從IT領(lǐng)域來(lái)看，特斯拉有兩大核心技術(shù)：一個(gè)是電池管理系統(tǒng)，它是通過服務(wù)器的分層管理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)?shù)千節(jié)電池芯進(jìn)行管理；另一個(gè)是四個(gè)輪子的計(jì)算機(jī)。特斯拉出來(lái)了以后，對(duì)于汽車的新舊對(duì)接，吉利的董事長(zhǎng)李書福講了這樣一句話：“我們傳統(tǒng)的汽車業(yè)完全可能被新型技術(shù)所打敗。”

還有個(gè)現(xiàn)象值得關(guān)注。在2014 CES大會(huì)上，Edison的芯片得了四個(gè)大獎(jiǎng)。這個(gè)芯片里有很多的中國(guó)元素，它誕生于Intel中國(guó)研究院與清華大學(xué)微電子研究所成立的新一代計(jì)算機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，知識(shí)產(chǎn)權(quán)由Intel和清華同時(shí)享有。演示時(shí)是用于嬰兒的可穿戴設(shè)備，家長(zhǎng)借助手中特殊的杯子可以了解孩子的溫度、是否尿濕等情況。實(shí)際上，Edison是一個(gè)SD卡形式的平臺(tái)式的計(jì)算機(jī)，只要插到任何有SD接口的設(shè)備上就可以運(yùn)行，用于開發(fā)可穿戴產(chǎn)品。

討論環(huán)節(jié)精彩紛呈

1. 目前大多數(shù)智能穿戴設(shè)備采用ARM內(nèi)核架構(gòu)，其他架構(gòu)機(jī)會(huì)有多大？

何立民教授：目前之所以大部分產(chǎn)品都用ARM架構(gòu)，是因?yàn)锳RM發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為一種產(chǎn)業(yè)模式，總體上是一個(gè)技術(shù)的進(jìn)步，以至于大部分半導(dǎo)體公司都終止了各自的架構(gòu)開發(fā)。另外，嵌入式系統(tǒng)從起初的智能化改造時(shí)代，經(jīng)過創(chuàng)新時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，目前已經(jīng)步入服務(wù)時(shí)代。目前所有產(chǎn)品的研發(fā)都應(yīng)以服務(wù)為目的。因此，到了服務(wù)時(shí)代，企業(yè)搞的產(chǎn)品都需要很強(qiáng)的服務(wù)意識(shí)，納入到一個(gè)很大的服務(wù)體系中方能生存。

王宜懷教授：ARM的成功除了目前的產(chǎn)業(yè)模式之外，還有兩點(diǎn)因素最為關(guān)鍵：時(shí)機(jī)和宣傳。如果芯片生產(chǎn)商的新品做得很好，具有很好的底層驅(qū)動(dòng)，甚至配備有說(shuō)明書，適合用戶二次開發(fā)，那么一般情況下終端用戶是不在意采用什么架構(gòu)的。

沈建華教授：由于嵌入式產(chǎn)品以及物聯(lián)網(wǎng)涉及的領(lǐng)域很廣，具有發(fā)散性的特質(zhì)，因此芯片生產(chǎn)商不可能去做各種各樣的驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)實(shí)中許多公司都在積累，但并沒有開源共享。因此，嵌入式領(lǐng)域并不能像PC機(jī)和安卓手機(jī)一樣具有統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 哪些智能家居和可穿戴產(chǎn)品會(huì)有真正的市場(chǎng)需求？

何立民教授：智能家居要真正熱起來(lái)，需要轉(zhuǎn)變一些觀念：之前的智能家居主要是指普遍的智能家電，現(xiàn)在，智能家居的概念要走出家庭，涵蓋家居以外，比如電動(dòng)車的管理、家里辦公等。也就是所謂的“泛智能家居”。此外，智能家居應(yīng)該定位準(zhǔn)確，在家庭中主要服務(wù)于家庭主婦和老人，方便于他們的生活。

鄺堅(jiān)教授：智能穿戴在未來(lái)的發(fā)展是必然的，人們生活的需求和技術(shù)推動(dòng)是智能穿戴發(fā)展的兩種驅(qū)動(dòng)力。

3. 是否可以利用電力線控制智能家居設(shè)備？

沈建華教授：總體上來(lái)說(shuō)這個(gè)方案是可行的，但是在中國(guó)主要有以下的難點(diǎn)：首先，電網(wǎng)上的通信不是個(gè)人能決定的，決定權(quán)在國(guó)家手里；其次，國(guó)內(nèi)各種各樣的電器設(shè)備缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)間的通信不可靠。

何立民教授：從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，智能家居和國(guó)家電網(wǎng)是有可能結(jié)合起來(lái)的。因?yàn)閲?guó)家電網(wǎng)的通信設(shè)備已經(jīng)趨近完善，通信介質(zhì)為光纖。目前，智能電網(wǎng)的協(xié)議主要是面對(duì)強(qiáng)電，將來(lái)一旦時(shí)機(jī)成熟，利用電網(wǎng)光纖傳輸控制信息是很有可能的。需要的是一個(gè)強(qiáng)電信號(hào)至弱電信號(hào)的轉(zhuǎn)換接口。

鄺堅(jiān)教授：智能插座在家居領(lǐng)域是一種理想的選擇?，F(xiàn)在的WiFi用戶眾多，聯(lián)網(wǎng)相互存在干擾，使用智能插座可以很好地解決這一問題。

4. 嵌入式系統(tǒng)要開源，應(yīng)該怎么做?

陳章龍教授：嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的所有任務(wù)都是專一的。在開發(fā)的過程中，平臺(tái)可以是開源的，但目標(biāo)系統(tǒng)不應(yīng)開源。另外，利用開源的方法去開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，只有對(duì)開源的系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，去除沒有必要的軟件，才能達(dá)到降低功耗的目標(biāo)。

除了上述問題之外，與會(huì)者還對(duì)互聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)、IVI和智能汽車等進(jìn)行了熱烈的討論。普遍認(rèn)為，只有解決商業(yè)模式和隱私安全問題，這些前沿科技才能被廣泛地接受。

結(jié) 語(yǔ)

此次討論會(huì)吸引了眾多領(lǐng)域的業(yè)界朋友，除了嵌入式領(lǐng)域的知名教授和專家外，還有懷揣希望、執(zhí)著奮斗的創(chuàng)業(yè)者，從事非主流處理器產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)代表，以及專注于舉辦行業(yè)展會(huì)、身處風(fēng)投領(lǐng)域的專業(yè)人士。大家坦誠(chéng)地分享了創(chuàng)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)、目前面臨的困境，乃至對(duì)未來(lái)的憧憬和困惑。在深入的交流討論中，思想的激烈碰撞引發(fā)了更多的觸動(dòng)和思考。

雖然與會(huì)者各持己見，但有兩點(diǎn)達(dá)成共識(shí)：一方面要專注于自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，做好做精；另一方面，智能硬件涉及面廣，生態(tài)圈、合作非常重要。此外，同時(shí)具有制造業(yè)經(jīng)驗(yàn)與互聯(lián)網(wǎng)思維的人，更容易獲得成功。