智能物联网装置的嵌入式系统发展趋势

国立台湾大学电机工程系教授王胜德。

国立台湾大学电机工程系教授王胜德先生，发表「智能物联网装置的嵌入式系统发展趋势」这一主题。他指出，在嵌入式硬件的SoC核心与相关芯片等硬件部份，供应商有安谋(ARM)、英特尔(Intel)的Atom/Edison/Curie、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)的ARTik，与联发科(MTK)的LinkIt平台与LinkIt开发板。ARM在通讯、智能手机与IoT各领域，都有其适用的核心设计。

Intel从2013推出32位元400MHz的Quark处理器与Galileo平台，于2015微缩成仅钮扣大小的Curie平台，内嵌Quark SOC、6轴加速计、DSP传感中枢、低功耗蓝牙(BLE)。同时也以双核Atom推出Edison平台。

Samsung的ARTik SOC系列，从第一代ARTik 1内嵌80/250MHz的双核MIPS处理器，9轴加速/陀螺仪/磁力仪设计；可作为IoT闸道器的ARTik5，采1GHz双核ARM A7 CPU+Mali MP2 GPU的设计；ARTiK10采用1.3GHz Cortex A15四核+1GHz Cortex A7四核+ARM Mali-T628 GPU的设计，内建2GB LPDDR3与16GB eMMC，提供1080p@120fps播放能力，ARTiK5/10均内建Wi-Fi、BLE、ZigBee与Thread的支持。

联发科则以Aster(MT2502) SoC，于2014年6月推出具备All in One联网、穿戴式与物联网应用的LinkIt平台/解决方案。在CES2016更进一步推出Aster MT2523 SoC。还提供针对创客(Maker)市场设计，仅Arduino Uno大小的各种应用模块。

IoT的软件与通讯堆叠

王胜德先介绍ARM mbed，包含了mBed OS与Device Server，最小存储器需求量32KB；可透过mBed网页来做软件的在线实时开发。mBed内建像C++ APIs、驱动程序管理、编码与安全防护，包含CoAP/HTTP/MQTT/LWM2M/TLS/DTLS/IPv4/IPv6/6LowWPAN、Wi-Fi/BLE/Thread等通讯协定堆叠的支持。

FreeRTOS核心仅3个C档案的简洁特性，仅需6~12KBROM、RAM与最小运算负荷，缺点则是通讯模块/协定堆叠需要授权；另一Contiki OS则强调仅需基本核心，只将必要的程序重新编译做动态连结(Dynamic Linking)即可，存储器空间可以压至10KB以下。

Google的Thread以低功耗6LoWPAN操作模式，只要有至少一个到两个的可联网装置充当闸道器，就可以将传感数据上传至云端，一个子网支持最多250个装置。Thread将既存的各种通讯软硬件技术做整合，既有已上市的硬件芯片仅需更新软件/韧体，即可支持Thread。

王胜德列举2011年以来IoT装置的发展。例如NEST最有名的Nest智能温控开关，从2011年第一代发展到最新第三代，小小装置内建Wi-Fi、BLE、ZigBee无线协定的支持。还有像Nest Protect保全产品、Nest Cam摄影监控产品。Skybell公司的video doorbell视讯门铃，有人按门铃时可实时转接到主人手机的Apps。以及Linus Lock电子门锁等这类IoT产品的应用。

在物联网时代，云服务已从以往的数据中心，转向边际运算(Edge Cloud/Fog Computing)。像亚马逊智能仓储，就是在仓储中心建置边际云服务器(Edge Cloud)，就近运算、控制智能机器人，进行智能仓储的管控。还有在视讯监控环境下，藉由智能Gateway就近判断切成低解析、高压缩(静态未改变)的视讯串流，侦测画面改变时则动态改成高解析、低压缩的清晰视讯。还有像是虚拟化技术，以及扮演着中介者的MQTT协定，都是物联网会应用到的技术。

王胜德最后总结，IoT物联网应用在智能家庭、仓储、汽车、智能城市，以及政府正在力推的工业4.0(或生产力4.0)，相信都是未来IoT结合云端的重要应用。