走出物联网开发设计困境，Arm打算这么做…..
6个月前，为了解决物联网领域普遍存在的“产品设计缓慢”、“软件开发效率低下”和“缺乏规模化”等问题，Arm推出了由Arm Corstone、Arm虚拟硬件和Project Centauri三部分组成的Arm物联网全面解决方案(Arm Total Solutions for IoT)，目标是实现“软件与硬件在系统层面的共同设计”。
按照Arm物联网兼嵌入式事业部副总裁Mohamed Awad的说法，这是一套专为特定用例而设计的完整解决方案，具备简化设计流程与产品开发所需的一切，包括硬件IP、软件、机器学习模型、先进的工具(例如全新虚拟硬件目标)、应用程序特定的参考代码，以及来自全球最大的物联网生态系统的支持。
“自去年十月发布以来，我们日益感受到生态系统合作伙伴对更高性能、更高安全性和更快上市时间的迫切需求，也深深懂得他们需要更多的方案选择、更简单的开发流程和更安全的处理能力，才能继续扩大规模。”Mohamed Awad说，为了顺应这一趋势，Arm今年在原有方案基础上对产品阵容进行了大幅度的扩充，增加了基于全新Corstone-310的语音识别方案、基于Corstone-1000的面向云原生边缘设备的全面解决方案、Cortex-M85处理器、以及Arm虚拟硬件库的大幅扩展等，希望能够通过扩展Arm IP的可得性，让不同类型的企业都能借助Arm物联网全面解决方案进行创新。
持续扩容
作为Arm物联网全面解决方案的核心，Arm Corstone是一套经过验证且预先集成的IP子系统，可以让开发者专注在真正重要的部分，也就是跨不同应用和设备的创新与差异化上。截至目前，Corstone在过去推出的三年内已经加速了Arm芯片伙伴超过200个设计项目的产品上市进程。
Arm物联网全面解决方案的第一套解决方案于去年10月推出，针对通用计算与机器学习类应用，主要用于基于机器学习的关键词辨识。该方案结合了Arm Corstone-300子系统、Cortex®-M55处理器和Arm Ethos™-U55微神经网络处理器。按照当时给出的规划，未来，Arm的全部产品都将包含在全面解决方案中。
果然，半年后，Arm兑现了之前的承诺，连续推出Arm云原生边缘设备全面解决方案和Arm语音识别全面解决方案，并且把虚拟硬件落地到中国。其中，Arm云原生边缘设备全面解决方案是首款为Cortex-A内核设计、且基于Corstone-1000的产品。它使物联网开发者首次能轻松利用Linux等操作系统的平台功能和潜力，同时也实现在智能可穿戴设备、网关和高端智能摄像头等设备上进行应用级工作负载的开发。由于Corstone-1000符合Arm SystemReady™-IR规范标准，并为了实现更高的安全级别，具备支持PSA Certified的硬件安全隔区，因此OEM厂商可即刻从Project Cassini中受益。
全新的Arm语音识别全面解决方案是基于Corstone-310子系统。它预先集成了新的Cortex-M85和可选的Arm Ethos™-U55，成为Arm目前最高性能的MCU级处理器。该解决方案面向智能音箱、恒温器、无人机、工厂机器人等用例，开发者还可通过将Corstone-310与不同的参考软件相结合，开发各式各样的高性能产品。
Arm Cortex-M85：为安全、高性能微控制器奠定新标准
采用Arm8.1-V架构的Arm Cortex-M85是迄今为止性能最强的Cortex-M处理器。与Cortex-M7相比，其标量性能提升了30%，与Cortex-M55相比，性能提高了85%，Arm Helium™技术可支持终端ML和DSP工作负载。尤其值得关注的，是其搭载的指针认证和分支目标识别(Pointer Authentication and Branch Target Identification, PACBTI)功能，具备增强的软件攻击威胁缓解能力，有助于实现物联网部署的安全基线PSA Certified Level 2认证。
新的Cortex-M85是Cortex-M芯片设计组合中速度最快的处理器。它可以管理超过6 CoreMarks/MHz和超过3DMIPS/MHz的处理器速度，相当于每个时钟周期300万次操作。在运行机器学习和数字信号处理软件时，Cortex-M85性能比Cortex-M55高出20%，与不含Helium技术的Cortex-M7相比，Cortex-M85的处理速度是它的4倍。
速度的提高是多种因素的结果。一是该芯片具有改进的分支预测功能，这是一种允许处理器预测某些计算并提前执行以节省时间的机制。Arm还增强了Cortex-M85的内存子系统，以优化芯片管理其处理数据的方式。
提高Cortex-M85性能的另一个因素是Helium技术。它是芯片指令集的扩展，是表达计算的机器语言，针对人工智能和数字信号处理任务进行了优化。
强大的Arm Cortex-M85计算内核进一步模糊了微控制器和微处理器之间的界限：虽然它是为微控制器和实时操作系统设计的，但它提供了特别高的计算能力。AI应用程序的新命令有助于后者，但也有助于更强大的算术单元和可选的机器学习(ML)处理器 Arm Ethos-U55。Arm已经推出了带有Cortex-M55的Helium SIMD扩展，它可以加速AI和DSP算法。
免去投资复杂的硬件集群
Arm虚拟硬件(Arm Virtual Hardware)是基于云的新服务，可提供Corstone子系统的虚拟模型，并通过云服务的方式普及给开发者们。这样，软件开发就无需再基于实体芯片进行，从而为物联网及嵌入式平台带来现代化敏捷的软件开发方法，包括持续集成/持续开发(CI/CD)、DevOps与MLOps，免去投资复杂的硬件集群。
“Arm虚拟硬件最好的一点，在于它专门针对现代云开发进行了技术优化与简化。这意味我们把过去只有传统芯片设计商与部分嵌入式开发人员才可以取得的技术，第一次交到数百万计软件开发者的手上。”Mohamed Awad说，如此一来，典型的产品设计周期可以从平均的五年最多缩短为三年。这让Arm芯片伙伴能在芯片流片前，取得客户对芯片的反馈，同时协助整个物联网价值链，能在芯片推出之前，轻松地开发并测试基于最新IP的代码。
Arm虚拟硬件的概念类似于目前移动手机应用的开发，开发者无需为开发一个应用而自行购买市场上所有的手机型号，否则开发工作将非常繁杂。同理，Arm虚拟硬件的概念就是要把现有简化的移动应用的开发模式、加上基于云端的形式，让软件开发产商和开发人员能更好地进行物联网应用的开发，这也是该方案强大之处。
Mohamed Awad表示，过去的半年里，Arm开发者的众多诉求集中在以下三大关键领域：首先，开发者喜欢在硬件可用之前就能为其编写软件，并希望能够在数十亿物联网设备中实现访问和扩展;其次，开发者不想改变已有流程，更倾向将Arm虚拟硬件直接集成到现有的工具和服务中;最后，生态系统需要本地支持。也就是说，既要确保Arm虚拟硬件目标易于获取，又要确保本地人工智能合作伙伴能够轻松访问并利用该技术。
基于用户的反馈，Arm今年也新增了数款新的虚拟设备，以扩大Arm虚拟硬件的吸引力，包括针对新款Corstone设计的Arm虚拟硬件，以及涵盖从Cortex-M0至Cortex-M33七款Cortex-M处理器的Arm虚拟硬件。此外，Arm也正借助恩智浦半导体、意法半导体和树莓派等合作伙伴的第三方硬件进一步扩展技术库。
在工具方面，Arm与面向全球市场的GitHub和中国国内市场的极狐GitLab展开了合作，将Arm虚拟硬件集成到Keil MDK，使其在传统嵌入式开发工作流中，自然地成为开发过程中的一部分，无需在IDE中选择开发板，只需选择虚拟硬件即可。
对中国生态系统合作伙伴来说，目前已经可以通过AWS中国获取所有的Corstone和M系列的虚拟硬件，百度、深圳未艾智能((VoxAI)、上海麦士(mSlink)和声加科技(Sound+)等公司已经采用了Arm虚拟硬件。
为标准化物联网开发奠定基础
Project Centauri项目旨在通过针对设备开机、安全与云集成提供一套设备与平台的标准和参考实作，为广泛的 Arm Cortex-M软件生态系统，达成类似Project Cassini为Cortex-A生态系统做出的贡献。这样，合作伙伴就能够更好的实现自身在细分领域的差异化，可以充分利用自己的投资去解决市场上的新挑战，无需浪费在已经做过的重复工作上，从而降低工程开发成本、加速上市进程、实现大规模物联网部署，并强化Cortex-M生态系统的安全性。
Project Centauri的API包括对PSA认证与Open-CMSIS-CDI的支持，这是一套标准的云到设备规范，能最大限度地减少启动不同的云解决方案和实时操作系统所需的开发工作量。
为了实现规模化，Cortex-M软件生态系统需要联合出一套一致的标准，以实现软件在多个设备上的可移植性和重复使用。Project Centauri的落地正是为了实现这一目标，使开发者能够专注于真正重要的创新和差异化。该项目包含Open-CMSIS-Pack，并已经获得9,500个微控制器和450块开发板的支持，能让软件供应商在这些设备上轻松扩展其产品。
为此，Arm对Project Centauri项目进行了持续投资，交付开放了物联网SDK框架(Open IoT SDK Framework)的首个版本，其中包含全新Open-CMSIS-CDI软件标准，这是一个由社区驱动并托管在Linaro的项目，为Cortex-M生态系统定义了一个通用设备接口。目前已有八家来自芯片合作伙伴、云服务提供商、ODM和OEM厂商等主要行业参与者加入。
Mohamed Awad预测称，未来十年，物联网硬件将以每年大约10%的增长率成长，而软件加服务的年增长率将高达20%。这意味着在物联网领域，软件加服务的比重最终将大大超过硬件，这也是Arm之所以愿意花费如此多的时间精力来确保软件运行良好且使基于Arm架构的开发更为简便的原因所在。
作者：邵乐峰
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