嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的演變之路

　　物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，回顧其發(fā)展，其中不得不提的必然是嵌入式系統(tǒng)。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展衍生出物聯(lián)網(wǎng)，而在如今的物聯(lián)網(wǎng)熱潮之下，嵌入式系統(tǒng)也面臨著全新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。那么，兩者的碰撞融合究竟會(huì)帶來怎樣的火花？對于傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)者，我們應(yīng)該如何改變應(yīng)對新格局？在此我們采訪了著名的嵌入式系統(tǒng)專家何小慶，跟他一起探索嵌入式操作系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)之路。

　　以下為采訪實(shí)錄：

　　CSDN：請您介紹一下自己以及目前所做的事情？

　　何小慶：我于 1991 年北航計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生畢業(yè)，之后在研究所做科研式項(xiàng)目，到 1995 年，開始從事嵌入式相關(guān)的工作，并創(chuàng)建了北京麥克泰軟件技術(shù)有限公司。2009年之后，在北航出版社旗下的《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》雜志方面擔(dān)任副主編，現(xiàn)在是編委會(huì)副主任，后來也在北航的電子信息學(xué)院和軟件學(xué)院授課，。目前我一方面負(fù)責(zé)企業(yè)中的部分工作，另一方面從事雜志和教學(xué)工作。

　　CSDN：在您這么多年的從業(yè)過程中，您如何提升自己的技能？

　　何小慶：第一點(diǎn)，與時(shí)俱進(jìn)。開發(fā)者身處 IT 產(chǎn)業(yè)之中，而我們知曉如今的 IT 產(chǎn)業(yè)最大的一個(gè)挑戰(zhàn)的就是技術(shù)的日益變更，更新速度很快。嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)實(shí)際上也一樣，雖然沒有如 IT 產(chǎn)業(yè)的變化這么快，但是想要成為一名優(yōu)秀的開發(fā)者，必須得與時(shí)代共同進(jìn)步學(xué)習(xí)。因?yàn)槎虅t十年前，你掌握的技術(shù)知識(shí)，在如今的項(xiàng)目可能都不會(huì)使用了。

　　第二點(diǎn)，技術(shù)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用結(jié)合。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)本身跟物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一樣，它是面向于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用背景的，平時(shí)所說的物聯(lián)網(wǎng)概念，只有將其放在比智能交通、智能家居這些產(chǎn)業(yè)中，才會(huì)發(fā)揮作用，更好地體現(xiàn)出來。因此必須要把你的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用結(jié)合起來，這樣作為工程師，才能將最大的價(jià)值發(fā)揮出來。

　　物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的碰撞融合

　　CSDN：與早年相比，嵌入式操作系統(tǒng)最大的不同是什么？

　　何小慶：嵌入式操作系統(tǒng)因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用之后，又重新被很多人關(guān)注起來，同時(shí)嵌入式系統(tǒng)也發(fā)生了一些變化，主要有兩個(gè)方面：

　　今天的嵌入式操作系統(tǒng)要關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)的底層技術(shù)，比如傳感器的節(jié)點(diǎn)，以及一些我們稱之為小型的通訊網(wǎng)關(guān)，這些節(jié)點(diǎn)在以前是不適用嵌入式操作系統(tǒng)的。但是現(xiàn)在因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)要具備聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，，所以嵌入式操作系統(tǒng)就要往這個(gè)方面去深入發(fā)展，即往下。

　　其次嵌入式操作系統(tǒng)是要往上走。嵌入式操作系統(tǒng)的用武之地，一個(gè)是網(wǎng)關(guān)，還有一種是帶有人機(jī)界面的設(shè)備，因?yàn)?a href='http://ttokpm.com/v/tag/107/' target='_blank' class='arckwlink_none'>手機(jī)流行以后，大家都希望有一個(gè)非常好用的人機(jī)界面的操作方式；再往上發(fā)展即我們所說的云計(jì)算和人工智能，最典型的無人駕駛車，在這個(gè)里面大量的使用了嵌入式系統(tǒng)和嵌入計(jì)算技術(shù)。

　　向下的嵌入式操作系統(tǒng)里面主要是實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，如我們所說的 RTOS，應(yīng)用的機(jī)會(huì)就會(huì)很大；向上的話，如 Linux 應(yīng)用的機(jī)會(huì)就會(huì)很多，開源是主流。

　　CSDN：您認(rèn)為嵌入式開發(fā)的學(xué)習(xí)應(yīng)該怎么如何開始和深入？

　　何小慶：軟硬結(jié)合是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)最大的特色。正如程序員學(xué)習(xí) Java 編程需要有個(gè) PC ，或者智能手機(jī)，智能手機(jī)可以說是嵌入式設(shè)備也可以說不是，它是計(jì)算機(jī)平臺(tái)的。而物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)真的不太一樣，想要開始嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)，個(gè)人的建議是，首先需要有一塊開發(fā)板，如 STM32，這個(gè)是最流行的，價(jià)格也很便宜，或者找個(gè)樹莓派，然后再找到相應(yīng)的一些開源的軟件、編程工具，或者是 Linux 操作系統(tǒng)，然后就可以開始學(xué)習(xí)了。

　　逐漸深入的話，大家可以按照物聯(lián)網(wǎng)的一些應(yīng)用場景來學(xué)習(xí)。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的話，至少要有傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器，然后結(jié)合開發(fā)板，將傳感器加進(jìn)來，其次再去找一個(gè)通訊模塊，比如說藍(lán)牙、WiFi，和開發(fā)板連起來，或者有了如樹莓派這樣的開發(fā)板，已經(jīng)有了 WiFi 了，那就不需要了。大家可以試著做一下這種應(yīng)用，把數(shù)據(jù)采集下來，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，再發(fā)到的智能手機(jī)或者云端，智能手機(jī)一般是比較容易的。

　　CSDN：如今物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算的技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，嵌入式系統(tǒng)行業(yè)如何面對這樣的機(jī)遇？

　　何小慶：如今的物聯(lián)網(wǎng)后端有云計(jì)算，也開始有大數(shù)據(jù)，在此之后，就是人工智能，這些對嵌入式系統(tǒng)的影響已經(jīng)逐漸都展開了。從中國來講，我們也算是倡導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)最早的國家之一了。這些對嵌入式系統(tǒng)絕對是個(gè)機(jī)遇，因?yàn)榫褪俏锫?lián)網(wǎng)這扇門開放之后，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就會(huì)越來越寬。而最初嵌入式系統(tǒng)是個(gè)單品，比如大家可見的控制器，它的程序是固定的寫好的，按照程序員的要求，它經(jīng)過編程設(shè)置好了，那么嵌入式系統(tǒng)從單品到后來發(fā)展成一個(gè)系統(tǒng)，就相對復(fù)雜一點(diǎn)，那個(gè)時(shí)候我們很多嵌入式系統(tǒng)是要通過 PC 把消息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示出來，或者我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)之后，嵌入式系統(tǒng)最大的變化就是將系統(tǒng)再往上面發(fā)展，即以服務(wù)的模式去發(fā)展，其體現(xiàn)出來就是曾經(jīng)在 PC 上展示出來的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在展示到云端和智能手機(jī)上了。嵌入式系統(tǒng)面臨的機(jī)遇，就是我們要把原來的單品，變成系統(tǒng)，而且這個(gè)系統(tǒng)將來面向服務(wù)的。

　　CSDN：您認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？

　　何小慶：我對于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段的理解，非常贊同英國格拉斯格大學(xué) Duncan 博士看法，他把物聯(lián)網(wǎng)比喻成是一棵樹，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段是個(gè)打基礎(chǔ)的階段；第二個(gè)階段是培養(yǎng)的階段；第三個(gè)階段是收獲的階段。各個(gè)國家物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的進(jìn)程肯定會(huì)不大一樣，我認(rèn)為中國目前是在培養(yǎng)的階段，但是距離我們可以有收獲的階段也應(yīng)該很快了，現(xiàn)在樹上可能已經(jīng)結(jié)了一些果子了。

　　CSDN：ARM、谷歌、微軟、華為、阿里、慶科等國內(nèi)外公司紛紛推出物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，在這個(gè)諸侯爭霸時(shí)代也暗示最終只有少數(shù)會(huì)成為主流，您認(rèn)為一個(gè)好的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該具備哪些特性？

　　何小慶：最后能剩下的操作系統(tǒng)也就只有少數(shù)的幾個(gè)，因?yàn)椴恍枰敲炊啵缡謾C(jī)和 PC 系統(tǒng)一樣。那么關(guān)于一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)需要具備以下技術(shù)特征：

　　管理物的能力：從嵌入式系統(tǒng)視角看，“物”是網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接受信息的一個(gè)個(gè)嵌入式計(jì)算小設(shè)備（或稱為深嵌入式系統(tǒng)），比如家庭或者工業(yè)現(xiàn)場的智能傳感器?，F(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)共識(shí)就是降低功耗，常見的方法是系統(tǒng)盡可能快地執(zhí)行，然后立即進(jìn)入睡眠模式。現(xiàn)在的處理器核心架構(gòu)，在低性能狀態(tài)下，可以做到基本上不消耗任何電力。

　　可伸縮和擴(kuò)展性的架構(gòu)：隨著 32 位 MCU 的價(jià)格下降，Linux 又無法支持沒有 MMU 的 MCU，RTOS 理所當(dāng)然地成為運(yùn)行在 MCU 的物聯(lián)網(wǎng) OS 的首選，原因是基于 RTOS 的設(shè)計(jì)運(yùn)行更靈活和可擴(kuò)展的軟件運(yùn)行在這些系統(tǒng)中。

　　泛在互聯(lián)網(wǎng)功能：支持物聯(lián)網(wǎng)常用的無線和有線通信功能，比如支持GPRS/3G/HSPA/4G 等公共網(wǎng)絡(luò)的無線通信功能，同時(shí)要支持 ZigBee/NFC/RFID/WiFi/Bluetooth 等近場通信功能，還要支持 Ethernet/CAN/USB 有線網(wǎng)絡(luò)功能，以及廣受關(guān)注的窄帶通信技術(shù)NB-IoT 和LoRa。在這些不同的物理和鏈路層接口之上的協(xié)議之間要能夠相互轉(zhuǎn)換，能夠把從一種協(xié)議獲取到的數(shù)據(jù)報(bào)文，轉(zhuǎn)換成為另外一種協(xié)議的報(bào)文發(fā)送出去，最后要能夠遷移到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

　　系統(tǒng)的安全性：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中很大一部分是使用 MCU 和資源有限的微處理器，與大型設(shè)備相比，這些小型設(shè)備更容易保護(hù)，不易受同類型威脅的攻擊，更安全。

　　云計(jì)算后臺(tái)：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備區(qū)別于傳統(tǒng)的設(shè)備的標(biāo)志就是這些設(shè)備將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，如何管理和處理這些數(shù)據(jù)是擺在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面前的一個(gè)難題，云計(jì)算無疑是解決這個(gè)難題的最有效的技術(shù)手段。選擇支持物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云計(jì)算平臺(tái)需要考慮一下的技術(shù)因素：

　　1）支持云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Websocket、RESTful、MQTT 和 CoAP 等）。

　　2）靈活的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備管理方式。

　　3）支持安全的遠(yuǎn)程固件升級。

　　4）Web/移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)的能力。

　　5）高效和可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

　　先進(jìn)的編程語言：用于傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的編程語言多數(shù)是 C 和 C++。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備的特點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)編程技術(shù)將進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，優(yōu)化后的互聯(lián)網(wǎng)編程語言可以低功耗的 MCU 上運(yùn)行，比如 Java、Java 和 Python。需要注意的是， Java 總是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，所以你的選擇不是 C/C++ 或 Java 兩者之一，而是 C/C++ 和 Java 都會(huì)使用。

　　但是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)就是具備了以上的六個(gè)特征，也未必會(huì)有人用，所以怎么能做得好？我認(rèn)為做好一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)的要放在一個(gè)重要的位置上，一定要讓人能夠去愿意去用它。另外現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中有一個(gè)很大的問題是，搭建的生態(tài)的環(huán)境還不夠豐富，大家還沒有意識(shí)到或有迫切性認(rèn)為，現(xiàn)在要開發(fā)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目，就一定要需要用一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，需求不太強(qiáng)烈。因此一個(gè)好的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)一定要去打造生態(tài)環(huán)境，讓更多的人了解繼而使用。

　　CSDN：隨著設(shè)備在醫(yī)療、航空、交通等重要領(lǐng)域的應(yīng)用，安全、隱私和可靠性成為嵌入式系統(tǒng)最重要的問題，對從業(yè)者來說，在這些領(lǐng)域，有哪些特殊的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)需要遵循？

　　何小慶：安全現(xiàn)在非常的重要，也受到更多人的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)前段時(shí)間也發(fā)生由于黑客操縱木馬機(jī)制，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備域名無法解析?！鞍踩边@次詞英文有兩種：security 和 safety，security 更多的是指信息安全，比如說物聯(lián)網(wǎng)安全，safety 是與安全和可靠性相關(guān)。以上這兩種安全對于我們目前這個(gè)領(lǐng)域的從業(yè)人員都要關(guān)心?，F(xiàn)在在一些重要的行業(yè)中已經(jīng)有相關(guān)的功能標(biāo)準(zhǔn)，那么從業(yè)人員可以去學(xué)習(xí)和遵循。如在軌道交通上用的比較多的 IEC 61508；在汽車工業(yè)上用的比較多的為 ISO 26262，這些標(biāo)準(zhǔn)都定義了你所開發(fā)的軟件，包括整個(gè)系統(tǒng)、功能模塊，應(yīng)該遵循的規(guī)范。作為開發(fā)工程師，想要把控好安全的問題，可以從編程開始。嵌入式一般是用 C/C++ 語言來編程，那可以先去學(xué)習(xí) MISRAC，學(xué)會(huì)如何書寫的更安全可靠 C 語言代碼。

　　CSDN：作為開發(fā)者，想要物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，首先要學(xué)嵌入式嗎？對于入門級開發(fā)者，常見的誤區(qū)有哪些？

　　何小慶：“想要物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，首先要學(xué)習(xí)嵌入式”這個(gè)觀點(diǎn)是正確的，嵌入式是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的基礎(chǔ)，現(xiàn)在各大高校的自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、電子信息等這些專業(yè)中，都有嵌入式的課程。也有不少學(xué)校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，其中也有大量的嵌入式的課程。但是并不是所有的從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的人都要懂嵌入式，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)，它有傳感器、網(wǎng)關(guān)，即為就是我們計(jì)算的部分，它后面有手機(jī) App、服務(wù)器，假如你正好是只是從事手機(jī) App 開發(fā)的，或者服務(wù)器端開發(fā)的，那就不需要深入了解嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)，你只要知道嵌入式的設(shè)備是如何跟你的手機(jī)和服務(wù)器進(jìn)行通訊的，比如藍(lán)牙通訊協(xié)議，你只要知道這些通訊協(xié)議基本原理就可以。

　　CSDN：如果傳統(tǒng)的嵌入式工程師想要拓展轉(zhuǎn)型物聯(lián)網(wǎng)方向，需要掌握哪些技能？

　　何小慶：從自身這些年從事一些物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目和教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)起來，我認(rèn)為想要轉(zhuǎn)型至少應(yīng)該具備以下三個(gè)方面的技能：

　　1. 無線通訊。因?yàn)樵瓉淼那度胧较到y(tǒng)是個(gè)單品，通訊可能就是個(gè)串口，這個(gè)是有線的。而現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)多數(shù)都是無線的，所以開發(fā)者必須要掌握一種無線通訊的技術(shù)，比如藍(lán)牙、WiFi 等，在嵌入式系統(tǒng)編程學(xué)會(huì)如何能夠通過這種無線通訊協(xié)議把你的數(shù)據(jù)給送出去。

　　2. 手機(jī)編程技術(shù)。以前的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)者只關(guān)心在設(shè)備端編程，比如 MCU 的編程，現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)一定要會(huì)一種手機(jī)的編程技術(shù)，比如 Android 編程。你不一定是個(gè) Java 的編程專家，但是你應(yīng)該能夠看懂手機(jī)端編程的代碼，對它可以進(jìn)行一些小的修改。因?yàn)楝F(xiàn)在很多物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，它是與手機(jī)進(jìn)行通訊的，比如智能家居的一些產(chǎn)品。

　　3. 傳感器的接口驅(qū)動(dòng)和算法。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)工程師不太涉及到這個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)在每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備幾乎都帶著傳感器，那么這種傳感器的使用、驅(qū)動(dòng)程序以及一些簡單的算法該怎么編寫。這些嵌入式的工程師應(yīng)該要掌握這一點(diǎn)。

　　CSDN：關(guān)于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的未來發(fā)展，您什么期待？

　　何小慶：回到物聯(lián)網(wǎng)的打基礎(chǔ)、培養(yǎng)、收獲的三個(gè)階段來講，中國目前是在一個(gè)培養(yǎng)階段，培養(yǎng)階段最大的好處就是百花齊放，百家爭鳴，機(jī)會(huì)很多。對于這些從事于這個(gè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員，無論是創(chuàng)客還是傳統(tǒng)行業(yè)，都有機(jī)會(huì)，所以我是希望年輕的工程技術(shù)人員可以結(jié)合自己的現(xiàn)在所學(xué)、所用、所做，同時(shí)借助于物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)參天大樹，找尋發(fā)展機(jī)會(huì)和發(fā)展空間。