顯微鏡下的嵌入式產(chǎn)業(yè) | 聊聊開源軟件之于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的意義

?

開源軟件是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成，但是開源軟件在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不同元素中有著不同的作用。見下圖 1 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)類型和數(shù)據(jù)走向。

端點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)

被動(dòng)端點(diǎn)（Passive Nodes）
物聯(lián)網(wǎng)中有許多啞設(shè)備– 智能標(biāo)簽、電感模塊和其他 RFID 設(shè)備。這些設(shè)備在制造、庫存管理和其他領(lǐng)域被廣泛用于高價(jià)值物品追蹤（制藥業(yè)，服裝業(yè)等），但是在物聯(lián)網(wǎng)的討論中卻往往被忽視。這些設(shè)備是被動(dòng)，只在被特殊設(shè)備掃描和經(jīng)過特定入口（比如出入庫房）時(shí)才會(huì)被激活，返回 ID 和少量的數(shù)據(jù)。被動(dòng)設(shè)備為“物”的海洋架起一座橋梁。

圖 1 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)類型和數(shù)據(jù)走向

開源軟件在這類設(shè)備中的作用并非體現(xiàn)在 RFID 標(biāo)簽和感應(yīng)模塊本身，而是應(yīng)用在在掃描器和激活它們的設(shè)備上，以及操作數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)中。

簡單端點(diǎn)（Simple End Points）
從概念原型上，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的重要組成是單一功能的傳感器和執(zhí)行元件。這些設(shè)備被認(rèn)為是普適和獨(dú)立的，能源消耗和成本也都很低。除了這些屬性外，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的定義是十分寬廣的：設(shè)備可以是無狀態(tài)或者是有狀態(tài)的；設(shè)備可以是無顯示的，也可以有自己的用戶界面；它們可以是完全獨(dú)立的，也可以和同級端點(diǎn)緊密結(jié)合；它們可以非?！鞍察o”，也可能非常“活躍”:有些端點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)量很少，變化也很少，數(shù)據(jù)是高度動(dòng)態(tài)。

燈光開關(guān)、插座、恒溫器、HVAC 控制器、動(dòng)作感應(yīng)器、區(qū)域安防開關(guān)、地面濕度和空氣溫度傳感器都是這類節(jié)點(diǎn)的例子。

邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)該只有少量軟件，僅支持核心的功能：感知和影響周邊環(huán)境，和向網(wǎng)絡(luò)上端傳輸狀態(tài)信息。這些設(shè)備可以運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)，也可以只運(yùn)行一個(gè)主循環(huán)和設(shè)備服務(wù)代碼；一般會(huì)使用 8 或 16 位的 CPU，或者某些情形下 32 位處理器，或者 4 位和更基礎(chǔ)的計(jì)算元件¹ ；不一定會(huì)有完整的 OSI TCP/IP 棧，而是使用點(diǎn)對點(diǎn)通信、網(wǎng)狀通信、6LowPAN² ，或者只具有部分 IP 通信能力（UDP 等）。

開源軟件在這類設(shè)備中的作用并不是固定的。設(shè)備制造商也許會(huì)使用開源的 RTOS（TinyOS，eCOS 或者 FreeRTOS³ ），也可能采用封閉源碼的可執(zhí)行程序（有超過 300 種商業(yè)或者私有的選項(xiàng)）來管理資源、簡化增值應(yīng)用的編程。開發(fā)者肯定會(huì)使用開源工具來設(shè)計(jì)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備，半導(dǎo)體供應(yīng)商也會(huì)提供開源的設(shè)備驅(qū)動(dòng)和其他元素來支持開發(fā)者，但是在設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用（或者其他設(shè)備軟件）很可能是封閉的。

今天的（和可以預(yù)見的將來的）設(shè)備制造商從保持自己獨(dú)特的技術(shù)（軟和硬件）中看到價(jià)值，比分享開發(fā) / 維護(hù)職責(zé)的價(jià)值要更多。

市面上肯定會(huì)出現(xiàn)針對很多，甚至所有不同節(jié)點(diǎn)的開源軟件實(shí)現(xiàn)，但是這些代碼很可能只是原型或者是一種“玩具”。類似的開源 / 封閉共存的例子包括今天的閃存設(shè)備、以太網(wǎng)和 WiFi 訪問設(shè)備、顯卡驅(qū)動(dòng)等。

同級端點(diǎn)（Peer-level End Points）
同級端點(diǎn)能完成許多簡單端點(diǎn)的功能，重要的不同有兩點(diǎn)：
? 能夠提供更好的服務(wù)，使用 32 位或者 64 位 CPU，有更多內(nèi)存。
? 更可能包括路由和網(wǎng)關(guān)功能

同級端點(diǎn)是多功能的設(shè)備，能夠部署企業(yè)級 OS：Linux，BSD 和 Windows 等。

這些設(shè)備為開源軟件帶來了十分有趣的機(jī)遇，包括系統(tǒng)軟件（特別是 Linux 和 Android）、中間件、應(yīng)用程序框架和路由軟件。與簡單邊緣節(jié)點(diǎn)相同，同級節(jié)點(diǎn)上增值應(yīng)用軟件的開放性同樣受限于設(shè)備制造商的知識產(chǎn)權(quán)限制。設(shè)備制造商并不太希望將產(chǎn)品的獨(dú)特點(diǎn)開源化。

不過，更少的資源限制和所需材料的低價(jià)可得讓這類設(shè)備更好制造和自行 DIY。我們已經(jīng)可以看到許多愛好者、研究者和小規(guī)模整合者用市面上的低端現(xiàn)成硬件（RaspberryPi，Arduino 和 BeagleBoard 等）實(shí)現(xiàn)的同級端點(diǎn)設(shè)計(jì)。

基礎(chǔ)設(shè)施
關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)中開源軟件的討論中，我們需要關(guān)注兩種不同的基礎(chǔ)設(shè)施。一類是路由器，網(wǎng)關(guān)和整合者，它們將物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)連接到現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)上；另一類是訪問點(diǎn)，局域網(wǎng) / 邊緣路由，主干網(wǎng)絡(luò)和核心交換機(jī)，以及組成互聯(lián)網(wǎng)的路由。

物聯(lián)網(wǎng)專屬基礎(chǔ)設(shè)施
在這一層級中，物聯(lián)網(wǎng)和其概念上的前身機(jī)器到機(jī)器網(wǎng)絡(luò)依然十分相近。針對任務(wù)的設(shè)備將相關(guān)的信息從點(diǎn)對點(diǎn)或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)结槍?yīng)用的路由器和網(wǎng)關(guān)，在那里被整合、緩沖和處理。
信息接下來在局域網(wǎng)被傳輸?shù)侥軌蜻M(jìn)行控制和數(shù)據(jù)分析的計(jì)算機(jī)上，并進(jìn)一步被推送到云服務(wù)器上。

這些網(wǎng)關(guān)設(shè)備使用 32 位或者 64 位 CPU，能夠工作在工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)中或者串口連接上（Zigbee，6LowPAN，RS-422 和其他連接方式），也可以使用更常見的 Wifi，藍(lán)牙和以太網(wǎng)，連接到局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。取決于葉節(jié)點(diǎn)的數(shù)目和種類，設(shè)備的通信頻繁程度，源代碼是否開放，以及數(shù)據(jù)包的特性，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備可能會(huì)記錄和緩沖物聯(lián)網(wǎng)流量，壓縮（時(shí)間和空間）數(shù)據(jù)包，以及分析數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)，然后才將數(shù)據(jù)向上游發(fā)送到云，或向下游發(fā)送到本地設(shè)備。

這些節(jié)點(diǎn)為開源軟件的部署和進(jìn)化帶來了豐富的機(jī)遇：嵌入式 Linux 提供了彈性的原生 IP 平臺、IP 路由軟件和標(biāo)準(zhǔn)的本地文件系統(tǒng)。新的物聯(lián)網(wǎng)框架基本都是先在 Linux 上用流行的編程語言和工具集編寫的。

?

?

互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施
從本地無線網(wǎng)絡(luò)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)寬帶訪問、到邊緣和核心網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)和開源軟件有著密切的關(guān)系：
? 在訪問點(diǎn)、路由器、網(wǎng)關(guān)、防火墻、媒體網(wǎng)關(guān)和其他網(wǎng)絡(luò) / 通信設(shè)施中的嵌入式 Linux 和運(yùn)營商級 Linux⁴
? 開源的路由軟件，信息安全庫，網(wǎng)絡(luò)管理工具，高可用性使能器和其他與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的中間件
? 和私有嵌入式 OS 配合的 TCP/IP 棧（BSDLite 衍生產(chǎn)品）
? 組成配置和管理界面的嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成分

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和 NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）的發(fā)展也為開源軟件提供了支持互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的新機(jī)會(huì)。

云
和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施一樣，云很大程度上是利用開源軟件構(gòu)建的：Linux，虛擬化平臺，管理軟件，應(yīng)用程序支持庫和其他云中間件，和編寫、部署代碼的工具和框架。

并不是所有云軟件（比如微軟 Azure）和 IaaS/PaaS 的實(shí)現(xiàn)（比如亞馬遜 AWS 或者 Rackspace 云托管平臺）都是開源的。另外，使用現(xiàn)有開源軟件實(shí)現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng) SaaS 解決方案也不一定會(huì)是開源的。Android 是一個(gè)很好的例子：Android 本身是從數(shù)以百計(jì)的開源成分發(fā)展而來，本身很開放，應(yīng)用開發(fā)工具和支持庫也同樣是開源的，但 GooglePlay 應(yīng)用商店中的絕大多數(shù)應(yīng)用是封閉源碼的。

用戶端軟件
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用端軟件支持對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)控、控制和配置，以及對物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些應(yīng)用也提供針對特殊設(shè)備的專屬功能，如醫(yī)學(xué)診斷、農(nóng)作物土壤分析和區(qū)域自動(dòng)化等。用戶端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一般是以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或者是移動(dòng)應(yīng)用形式存在的，但也可以是其他形式，比如作為大數(shù)據(jù)分析工具中的一部分。

在目前的移動(dòng)應(yīng)用商店 和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，開源工具和中間件讓物聯(lián)網(wǎng)用戶端應(yīng)用受益匪淺，但是這些應(yīng)用本身卻鮮有開源。原因有許多：小的企業(yè)不太會(huì)支持社區(qū)；針對設(shè)備的傳統(tǒng)商業(yè)模式；依靠免費(fèi)軟件中搭載廣告和內(nèi)購盈利，而并不從開源軟件的自由分發(fā)中獲益；應(yīng)用與特定的品牌 / 公司關(guān)系密切，被認(rèn)為能增強(qiáng)品牌優(yōu)勢。

開發(fā)工具
所有開發(fā)者都需要開發(fā)工具來編寫和調(diào)試他們的軟件?？梢哉f，今天大多數(shù)的開發(fā)工具要么本身就是開源的，要么就是從開源項(xiàng)目衍生而來:
配置管理 GIT，Subversion，Chef，Puppet
語言工具 GCC，LLVM，C/C++/Java/Lua/PHP/Python/Ruby/Scala 等語言的編譯器和框架
調(diào)試器和模擬器 GDB，CDT，QEMU 等

IDE Eclipse 和衍生的環(huán)境

小結(jié)
顯而易見，開源軟件能夠幫助驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。不過在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)中，開源軟件還沒有占據(jù)主導(dǎo)地位。開源軟件在智能設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和云平臺軟件等方面處在重要位置。為了將這樣的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為在物聯(lián)網(wǎng)的地位，開發(fā)者社區(qū)需要做出更多的努力。

本文摘自 Bill Weinberg 撰寫的“物聯(lián)網(wǎng)與開源軟件”一文，Bill 現(xiàn)在是黑鴨軟件限公司開源策略與實(shí)踐高級總監(jiān)。文章由何靈淵翻譯，何小慶審校。何靈淵現(xiàn)在是哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的研究生。

¹ 摩托羅拉半導(dǎo)體（現(xiàn)在是 FreeScale）曾經(jīng)提供 1 位 MC14500B 工業(yè)控制組件
² 低功率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) IPv6（IPv6over Low power Wireless Personal Area Networks）- https://datatracker.ietf.org/wg/6lowpan/charter/
³ FreeRTOS 和 Android 并列領(lǐng)軍嵌入式設(shè)計(jì)（17%，EE Times）- 見 https://www.freertos.org/

⁴ 為通信行業(yè)（運(yùn)營商）優(yōu)化可用性、可擴(kuò)展性、可管理性和反應(yīng)速度的基于 Linux 的操作系統(tǒng)– 見 https://www.linuxfoundation.org/collaborate/workgroups/cgl

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！

?

系列之一：智能家居的 S 曲線

摘要：任何技術(shù)發(fā)展都會(huì)有屬于自己的成熟曲線，也就是必要要經(jīng)歷初期－發(fā)展－成熟這幾個(gè)階段，這是市場營銷的一個(gè)規(guī)律（稱為 S 曲線），智能家居作為一個(gè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不會(huì)例外……

系列之二：Android 開發(fā)，才剛剛開始

摘 要：從 2008 年 Android1.0 問世到現(xiàn)在短短的 6 年 Android 發(fā)展迅速，2013 年手機(jī)市場占有率 78.6%，正在進(jìn)入各種嵌入式智能設(shè)備領(lǐng) 域 （汽車、家居和穿戴），Android 生態(tài)環(huán)境的企業(yè)正在更加廣泛的領(lǐng)域研究和推廣 Android 的應(yīng)用，隨著 Android 終端市場占有率的攀升和應(yīng)用 軟件增加，Android 應(yīng)用的云和服務(wù)器端開發(fā)和測試需求也日益增大……

系列之三：與 Misfit 的硬件對比看小米手環(huán)做減法

摘 要：市場對小米手環(huán)的反應(yīng)基本是兩種；一是做手環(huán)的創(chuàng)業(yè)公司們唉聲一片，79 元的價(jià)格讓他們以前賣數(shù)百元的手環(huán)沒法生存了。另外一類是贊揚(yáng)小米手環(huán)是戰(zhàn) 略性的布局、激活市場、占領(lǐng)入口等等。分析之后，對其簡單實(shí)用的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。小米手環(huán)在諸多方面借鑒了 Misfit 手環(huán)……

系列之四：物聯(lián)網(wǎng)的成算

摘要：我對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識是來自 2010 年參加中國物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)的感受，之后在接受工控網(wǎng)采訪的時(shí)候我談了兩點(diǎn)：第一，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分。第二，物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)才剛剛開始……

系列之五：開學(xué)季，也來談?wù)勄度胧浇虒W(xué)

摘要：最近我有機(jī)會(huì)參加賽靈思公司和機(jī)械工業(yè)出版社華章分社共同舉辦的“嵌入式課程教學(xué)創(chuàng)新研討會(huì)”，與長期從事嵌入式教學(xué)工作的老師們共同交流嵌入式教學(xué)現(xiàn)狀和未來發(fā)展，在會(huì)上我做了“嵌入式教學(xué)需改革和創(chuàng)新“的發(fā)言，談了自己對嵌入式教學(xué)的理解和思考……

系列之六：從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件

摘要：10 月我參加了蘇州集成電路協(xié)會(huì)的企業(yè) VIP 俱樂部活動(dòng)，以《從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件》為題談了我對智能硬件設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的看法，以下是主要的觀點(diǎn)……

系列之七：我看工業(yè) 4.0 與嵌入式系統(tǒng)

摘要：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的安防和物流行業(yè)已經(jīng)初據(jù)規(guī)模，智能家居和可穿戴設(shè)備正在興起新一輪的創(chuàng)業(yè)高潮，互聯(lián)網(wǎng)公司也正在追趕這一輪萬物互聯(lián)（IoT）的大潮，而工業(yè) 4.0 將會(huì)帶領(lǐng)我們深入到一個(gè)嶄新的領(lǐng)域－智能工業(yè)……

系列之八：2015 年的嵌入式有哪些看點(diǎn)

摘 要：2014 年歲末，在 2015 年新年到來之際，我希望給過去一年的嵌入式系統(tǒng)做些梳理和 2015 年技術(shù)發(fā)展做一些展望。最近網(wǎng)上一篇“嵌入式系統(tǒng)的十大 設(shè)計(jì)趨勢”吸引不少網(wǎng)友的關(guān)注，其中部分結(jié)論與我的觀點(diǎn)一致?！扒度胧较到y(tǒng)的十大設(shè)計(jì)趨勢”一文（10 Embedded Design Trends），根據(jù)《EE Live！》的一項(xiàng)年度調(diào)查總結(jié)了嵌入式設(shè)計(jì)……

系列之九：英特爾嵌入式之路到底能走多遠(yuǎn)？

摘要：英特爾用了不到 2 年的時(shí)間迅速完成了從中低端到中高端、面向物聯(lián)網(wǎng)市場的嵌入式處理器的布局。在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和軟件方面，英特爾也在動(dòng)作……

系列之十：恩智浦收購飛思卡爾對嵌入式產(chǎn)業(yè)有何影響

摘要：這里我無意從財(cái)經(jīng)角度對收購作出點(diǎn)評，單從這兩家著名的嵌入式系統(tǒng)公司并購中，深入剖析行業(yè)發(fā)展的端倪。

系列之十一：智能硬件，從單品到系統(tǒng)

摘 要：最近看了智能產(chǎn)品圈舉辦的“尋找爆品－首屆智能硬件產(chǎn)品創(chuàng)新大賽活動(dòng)”，聽了活動(dòng)中的四個(gè)發(fā)言，看了十余款產(chǎn)品。只有海爾一款便攜式洗衣機(jī)給我留下一 些印象，但它也稱不上是智能硬件。最近，互聯(lián)網(wǎng)上一篇“越過 2014 年智能硬件死亡谷誰還活著了？”更是給風(fēng)風(fēng)火火的智能硬件行業(yè)澆了一盆冷水……

系列之十一：微信硬件平臺，騰訊押寶押對了？

摘要：4 月中旬到深圳參加國際嵌入式系統(tǒng)展，參加了 MCU 創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會(huì)之后我有機(jī)會(huì)訪問了一家開發(fā)藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙無線應(yīng)用產(chǎn)品的公司，他們介紹并演示了一款微信藍(lán)牙硬件讓我對久聞的微信硬件平臺有了一個(gè)直觀的認(rèn)識……

系列之十二：硅谷見聞 - 半導(dǎo)體行業(yè)震蕩繼續(xù)

摘 要：近日，美國的各大媒體紛紛報(bào)道了 Intel 收購 Altera 的消息。洛杉磯時(shí)報(bào)的題目是“Intel buying Altera for $16.7 billion in lates chip deal”, 連線雜志的題目是“Eying the future data center Intel buys chip maker Alter”，PC world 的題目是“Five reason why Intel wants to buy Altera”。聯(lián)想起幾天前 Avago 以 370 億美元收購了 Broadcom，半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)發(fā)生翻天覆地的震蕩……

系列之十二：硅谷見聞二 -- 品味谷歌的 IoT 戰(zhàn)略

摘要：我是 5 月 30 日到的硅谷，28 日是著名的 Google I／O 開發(fā)者大會(huì)，會(huì)上宣布了谷歌的 IoT（物聯(lián)網(wǎng)）戰(zhàn)略，重點(diǎn)是 Brillo OS 和 IoT 協(xié)議 Weave……

?