在開發(fā)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，硬件設(shè)計被視為物聯(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。           相關(guān)文章：《從事硬件開發(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）被定義為一個過程，其中對象配備有涉及硬件板設(shè)計和開發(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)跨多個設(shè)備，平臺和網(wǎng)絡(luò)連接，創(chuàng)建一個通信網(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)計這些嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時，需要針對特定功能進(jìn)行設(shè)計，具有良好的產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，如低功耗，安全架構(gòu)，可靠的處理器等。但是，設(shè)計嵌入式物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)并不簡單。

設(shè)計嵌入式物聯(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)計硬件需要縝密的規(guī)劃。因?yàn)樵O(shè)計人員在為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計硬件系統(tǒng)時面臨著一系列挑戰(zhàn)。小隱以下列出了設(shè)計嵌入式物聯(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

隨著對連接設(shè)備的需求不斷增長，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)對實(shí)時環(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)計人員在開發(fā)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時面臨著幾個靈活性方面的問題，例如：

1.確保新服務(wù)順利整合的問題

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題，重量輕，功耗低

5.開展能源意識操作等
 

 

二、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的安全危機(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經(jīng)常遇到問題。這些系統(tǒng)必須設(shè)計和實(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)計的高功耗

另一個日益嚴(yán)重的限制是微處理器硬件設(shè)計的功耗，以便從實(shí)時應(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)計低功耗嵌入式系統(tǒng)時，導(dǎo)致高功耗的原因主要有兩點(diǎn)：

首先，因?yàn)槊總€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，工程師必須通過使用高效的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計而不是僅依靠工藝技術(shù)來降低整體嵌入式系統(tǒng)的功耗。

其次，工程師通過增加系統(tǒng)的頻率來關(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)計選擇。

四、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計測試中的問題

為確保可靠的產(chǎn)品設(shè)計，進(jìn)行深入的測試，驗(yàn)證和驗(yàn)證將是另一項挑戰(zhàn)。

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

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，容錯性的各種控制功能，并且需要消除所有不可接受的風(fēng)險以滿足功能安全要求。這些考慮因素極大地影響了它們在應(yīng)用中的使用，其中許多功能循環(huán)競爭計算資源的設(shè)計，由此產(chǎn)生許多定時和任務(wù)調(diào)度問題。

六、成本和推向市場的時間

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)計中，需求源于從開發(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)量來處理成本建模或成本最優(yōu)化。硬件/軟件代碼設(shè)計人員還需要解決設(shè)計時間問題，并在適當(dāng)?shù)臅r間將嵌入式設(shè)備推向市場。