本刊編輯 蘆瀟靜

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CES2014給我們的啟示：重視智能硬件的設計與應用
——走出北京城的嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會第14次主題討論會

本刊編輯 蘆瀟靜

智能手機+云計算，讓移動互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，它正在改變整個電子信息產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)業(yè)環(huán)境?！爸悄苡布?智能手機App+云服務”創(chuàng)造出一系列全新的商業(yè)模式。這種系統(tǒng)的核心部件是智能硬件，從某種意義上說是嵌入式系統(tǒng)的升級換代。智能化不僅影響著我們的工作和生活，而且也挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和運行方式。2014年的拉斯維加斯消費電子展(CES)讓我們看到了未來智能世界的無限前景。

近日，由嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會主辦的第14次主題研討會在上海華東師范大學順利舉行。雖然是首次在北京之外舉辦活動，但嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會的凝聚力絲毫未減，來自清華大學、北京郵電大學、蘇州大學、太原理工大學等知名高校的專家學者，以及Microchip、TI、芯唐電子科技等產(chǎn)業(yè)界人士齊聚一堂，圍繞“CES2014給我們的啟示”這一主題發(fā)表了各自的觀點，并就智能家居、智能穿戴和互聯(lián)汽車等熱點話題展開了熱烈的討論。

華東師范大學 沈建華教授

——智能硬件的難點

沈建華教授從事多年的教學工作，同時長期與企業(yè)緊密合作，既具有豐富的教學經(jīng)驗，又擁有項目的研發(fā)經(jīng)驗，對教學和研發(fā)均有著深入的理解和體會。

從嵌入式系統(tǒng)的角度看，智能硬件即帶智能的硬件?，F(xiàn)在理解的智能設備，一定是接入了互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式設備，真正的智能是借助云端來實現(xiàn)的。智能硬件大致分為兩大類：一類是所謂的可穿戴設備；另一類相對固定，如智能家電、玩具、健康監(jiān)護等。

1. 智能硬件的三大需求

① 傳統(tǒng)企業(yè)升級轉型。傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)要轉型為服務型公司，通過用戶習慣的收集和數(shù)據(jù)的分析來增加附加值。

② 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)搶占入口。有人曾問馬化騰，下一個打敗微信的是什么？他認為可以打敗微信的一定是與硬件相關的東西。確實如此，如果與硬件無關，那么與用戶的粘度是不夠的，用戶很容易切換；而一旦與硬件綁定，與用戶的粘度就大大提升了。

③ 創(chuàng)業(yè)公司機會增多。物聯(lián)網(wǎng)時代，創(chuàng)業(yè)公司認為有很多機會，可以吸引到投資。

2. 智能硬件使用的四種

① NFC近場通信：其最大的特點是可以看做一個RFID的擴展命名，能夠實現(xiàn)RFID的雙向數(shù)據(jù)交互，十分適用于身份認證。

② 藍牙：藍牙現(xiàn)在最熱的是4.0，由于是新技術，價格高，推廣起來比較困難。不過，藍牙4.0在智能終端的可穿戴設備中大有用武之地。

③ ZigBee：僅僅適用于封閉系統(tǒng)，因為ZigBee的系統(tǒng)倘若要連接在Internet上，必須要解決網(wǎng)關的問題。

④ WiFi：在目前家居應用里是最佳的無線接入方式。家庭無線路由器基本上已經(jīng)覆蓋，沈教授認為MCU是應用直接連接Internet的最佳解決方案。

3. 智能硬件設計的諸多難點

① 設備硬件的設計與制造。性能和資源非常有限，功耗要求做得很低。射頻硬件的設計和生產(chǎn)很困難，涉及供應鏈、認證、一致性等各種問題。對于穿戴式設備，要求工藝設計水平非常高。

② 設備固件。涉及很多協(xié)議、配置、具體的用戶應用以及與云端的接入?yún)f(xié)議。內(nèi)部軟件與傳統(tǒng)單片機差別較大，軟件包括驅動、協(xié)議、安全、算法、應用等。因此，要做成可靠的產(chǎn)品非常不易。

③ 云端服務。

④ 終端APP。終端APP要做好也很困難。有很多公司專注于此，可以幫助我們提升用戶體驗。

⑤ 經(jīng)驗非常重要。傳統(tǒng)制造業(yè)背景和互聯(lián)網(wǎng)背景，會帶來不同的看法和決定。

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會副主任及秘書長 何小慶

——CES啟示和智能穿戴最新發(fā)展

何小慶秘書長擁有成功的創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷，現(xiàn)主要精力投入到廣泛的社會活動中，集嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會發(fā)起委員、知名高校講師、特約撰稿人和企業(yè)家等多重角色于一身，對IT產(chǎn)業(yè)的理解具有獨特的視角。

1. CES的啟示

作為全球最大的消費電子展，每年的CES上都會展示最新的電子消費產(chǎn)品，引領著未來消費電子發(fā)展的趨勢。中國的公司，除了華為、中興、海信等大公司外，參展的中小企也不在少數(shù)。CES有若干個技術專區(qū)，包括大家比較關注的3D打印和可穿戴設備。ZigBee聯(lián)盟邀請了20余家公司參展，其他的專區(qū)涵蓋機器人、汽車電子等。

亮點產(chǎn)品主要有：LG的彎曲手機，三星、LG、索尼的彎曲電視，智能手環(huán)，智能汽車電子，以及正在顯現(xiàn)氣候的智能家居(含智能照明)，等等。

今年CES的一大亮點是以Tesla為樣板的互聯(lián)汽車(Connected Car)。不僅各大車廠都有一些產(chǎn)品，而且谷歌宣布成立開放汽車聯(lián)盟(OAA)，成員包括一批科技和汽車公司(如通用汽車、本田汽車、奧迪、現(xiàn)代等)，這些公司將合作為汽車定制Android系統(tǒng)。

看一個行業(yè)能否快速發(fā)展，要看有無大公司進入。顯然，智能穿戴設備已經(jīng)進入一個快車道，今年還會明顯提速。目前，大公司基本上都發(fā)布了自己的產(chǎn)品，未來會以健康、醫(yī)療、時尚為三大主線。

CES結束后的一周，Google收購了Nest公司，這給整個智能家居行業(yè)帶來很大的觸動。盡管智能家居有所升溫，但市場后期還需要發(fā)展，商業(yè)模式還存在不少問題。

2. 關于可穿戴設備的發(fā)展

(1) 可穿戴設備市場的現(xiàn)狀

這個市場目前尚處于市場發(fā)展的初期階段，按照市場營銷學來講，屬于Early Market 的Medium-term Later Stage，即早期市場中后階段。創(chuàng)業(yè)公司依然是主力軍，大公司仍持試水和觀望態(tài)度。就形式而言，手環(huán)、手表居多，眼鏡雖然吸引眼球，但開發(fā)難度也較大，市場還需要時間消化。如果想做眼鏡，建議可以關注運動類、游戲類等目標比較明確的細分市場。

(2) 可穿戴設備方案

可穿戴設備是典型的嵌入式系統(tǒng)，主要由MCU/MPU、傳感器和射頻部分組成。90%以上的產(chǎn)品采用的是基于Cortex-M3/M0/M4的MCU。

不少公司為了促進可穿戴設備的發(fā)展，將自己的項目開源化。其中不乏一些不錯的方案，比如索尼的Smartwatch、谷歌的眼鏡。安卓的代碼是開放的，而且索尼的SDK是開放的，用戶可以做一個Sony智能手表的App。還有一個項目——Angel Sensor也值得關注，提供了很好的平臺。不僅具有記錄卡路里、記步這些功能，而且可以記錄心跳和血氧濃度。

(3) 可穿戴設備的設計難點

首先是低功耗問題，要選擇工作功耗和待機功耗低，同時保證喚醒時間盡可能短的MCU。對于MPU(AP)加安卓這種方案，目前來看低功耗設計還不夠成熟。

其次，MCU與傳感器接口的設計很重要，要保證數(shù)據(jù)采集的實時性、完整性和低功耗。

最后，從軟件方面來講，看似簡單的可穿戴設備的UI設計其實是一大難點。

(4) 可穿戴設備未來的思考

就設計模式和商業(yè)模式而言，可穿戴設備一定是智能硬件+智能手機APP+云服務。同時，可穿戴設計必須遵循開放、參與和共贏的原則，也就是所謂的“互聯(lián)網(wǎng)思維”。

可穿戴設計要把握四個要點：小巧精致，省電，軟件設計精簡，工業(yè)設計新穎。其中最后一點常被忽視。未來脫穎而出的可穿戴設備一定是一個做了減法的設備，如果比拼加法，很難超越智能手機?？纱┐髟O備的未來前景是光明的，正如蘋果的CEO最近在一個股東大會上講過的那樣：“我們正在做一些可穿戴設備的產(chǎn)品設計，有些是你能看得到的，有些呢你目前可能還看不到。”

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會發(fā)起委員、上海計算機學會嵌入式專委會主任 陳章龍教授

——特斯拉汽車的啟示

陳章龍教授是我國單片機與嵌入式系統(tǒng)領域的老前輩，社會活動廣泛，對嵌入式及其相關領域的歷史和現(xiàn)狀有著深刻的理解，同時，對熱點技術的發(fā)展始終保持理性的認識。

西方在談論第三次工業(yè)革命，德國提出德國工業(yè)4.0，視為第四次工業(yè)革命。中國工程院院長周濟提出“中國制造2020”，這里面核心的問題就是說兩個世界——我們生活的實體世界與虛擬世界如何對接。

在2014 CES大會上，微軟的一個發(fā)言值得我們深思。微軟聲稱，軟件企業(yè)如果不做硬件，遲早是會死亡的?？梢?，一定要將虛擬的世界與實體世界對接起來，否則，今后會是個大問題。反過來，制造業(yè)要向制造服務業(yè)去發(fā)展。周濟列舉了一個例子，通用電氣的飛機發(fā)動機安裝了傳感器，這就是一種服務形式。

所謂的虛擬世界與實體世界如何對接呢？有兩種不同的觀點：一種是以德國為主的傳統(tǒng)制造業(yè)的方式，這是一種以自下而上的方式；另一種是以美國為代表的創(chuàng)新性的方式，是一種自上而下的方式，這是一種顛覆性的創(chuàng)新，特斯拉汽車就是典型的例子。制造特斯拉汽車的人原來并不是做汽車的，一直做汽車的人也不大可能將電動車作為主業(yè)。也就是說，一種顛覆性的革命往往是一種自上而下的東西。

從IT領域來看，特斯拉有兩大核心技術：一個是電池管理系統(tǒng)，它是通過服務器的分層管理的方式來實現(xiàn)的，能夠對數(shù)千節(jié)電池芯進行管理；另一個是四個輪子的計算機。特斯拉出來了以后，對于汽車的新舊對接，吉利的董事長李書福講了這樣一句話：“我們傳統(tǒng)的汽車業(yè)完全可能被新型技術所打敗?！?/p>

還有個現(xiàn)象值得關注。在2014 CES大會上，Edison的芯片得了四個大獎。這個芯片里有很多的中國元素，它誕生于Intel中國研究院與清華大學微電子研究所成立的新一代計算機聯(lián)合實驗室，知識產(chǎn)權由Intel和清華同時享有。演示時是用于嬰兒的可穿戴設備，家長借助手中特殊的杯子可以了解孩子的溫度、是否尿濕等情況。實際上，Edison是一個SD卡形式的平臺式的計算機，只要插到任何有SD接口的設備上就可以運行，用于開發(fā)可穿戴產(chǎn)品。

討論環(huán)節(jié)精彩紛呈

1. 目前大多數(shù)智能穿戴設備采用ARM內(nèi)核架構，其他架構機會有多大？

何立民教授：目前之所以大部分產(chǎn)品都用ARM架構，是因為ARM發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)成為一種產(chǎn)業(yè)模式，總體上是一個技術的進步，以至于大部分半導體公司都終止了各自的架構開發(fā)。另外，嵌入式系統(tǒng)從起初的智能化改造時代，經(jīng)過創(chuàng)新時代和網(wǎng)絡時代，目前已經(jīng)步入服務時代。目前所有產(chǎn)品的研發(fā)都應以服務為目的。因此，到了服務時代，企業(yè)搞的產(chǎn)品都需要很強的服務意識，納入到一個很大的服務體系中方能生存。

王宜懷教授：ARM的成功除了目前的產(chǎn)業(yè)模式之外，還有兩點因素最為關鍵：時機和宣傳。如果芯片生產(chǎn)商的新品做得很好，具有很好的底層驅動，甚至配備有說明書，適合用戶二次開發(fā)，那么一般情況下終端用戶是不在意采用什么架構的。

沈建華教授：由于嵌入式產(chǎn)品以及物聯(lián)網(wǎng)涉及的領域很廣，具有發(fā)散性的特質，因此芯片生產(chǎn)商不可能去做各種各樣的驅動?，F(xiàn)實中許多公司都在積累，但并沒有開源共享。因此，嵌入式領域并不能像PC機和安卓手機一樣具有統(tǒng)一的驅動標準。

2. 哪些智能家居和可穿戴產(chǎn)品會有真正的市場需求？

何立民教授：智能家居要真正熱起來，需要轉變一些觀念：之前的智能家居主要是指普遍的智能家電，現(xiàn)在，智能家居的概念要走出家庭，涵蓋家居以外，比如電動車的管理、家里辦公等。也就是所謂的“泛智能家居”。此外，智能家居應該定位準確，在家庭中主要服務于家庭主婦和老人，方便于他們的生活。

鄺堅教授：智能穿戴在未來的發(fā)展是必然的，人們生活的需求和技術推動是智能穿戴發(fā)展的兩種驅動力。

3. 是否可以利用電力線控制智能家居設備？

沈建華教授：總體上來說這個方案是可行的，但是在中國主要有以下的難點：首先，電網(wǎng)上的通信不是個人能決定的，決定權在國家手里；其次，國內(nèi)各種各樣的電器設備缺少統(tǒng)一的標準，電網(wǎng)間的通信不可靠。

何立民教授：從技術角度來說，智能家居和國家電網(wǎng)是有可能結合起來的。因為國家電網(wǎng)的通信設備已經(jīng)趨近完善，通信介質為光纖。目前，智能電網(wǎng)的協(xié)議主要是面對強電，將來一旦時機成熟，利用電網(wǎng)光纖傳輸控制信息是很有可能的。需要的是一個強電信號至弱電信號的轉換接口。

鄺堅教授：智能插座在家居領域是一種理想的選擇。現(xiàn)在的WiFi用戶眾多，聯(lián)網(wǎng)相互存在干擾，使用智能插座可以很好地解決這一問題。

4. 嵌入式系統(tǒng)要開源，應該怎么做?

陳章龍教授：嵌入式系統(tǒng)是一個專用計算機系統(tǒng)，它的所有任務都是專一的。在開發(fā)的過程中，平臺可以是開源的，但目標系統(tǒng)不應開源。另外，利用開源的方法去開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，只有對開源的系統(tǒng)進行裁剪，去除沒有必要的軟件，才能達到降低功耗的目標。

除了上述問題之外，與會者還對互聯(lián)汽車、車聯(lián)網(wǎng)、IVI和智能汽車等進行了熱烈的討論。普遍認為，只有解決商業(yè)模式和隱私安全問題，這些前沿科技才能被廣泛地接受。

結 語

此次討論會吸引了眾多領域的業(yè)界朋友，除了嵌入式領域的知名教授和專家外，還有懷揣希望、執(zhí)著奮斗的創(chuàng)業(yè)者，從事非主流處理器產(chǎn)品開發(fā)的企業(yè)代表，以及專注于舉辦行業(yè)展會、身處風投領域的專業(yè)人士。大家坦誠地分享了創(chuàng)業(yè)的成功經(jīng)驗、目前面臨的困境，乃至對未來的憧憬和困惑。在深入的交流討論中，思想的激烈碰撞引發(fā)了更多的觸動和思考。

雖然與會者各持己見，但有兩點達成共識：一方面要專注于自己擅長的領域，做好做精；另一方面，智能硬件涉及面廣，生態(tài)圈、合作非常重要。此外，同時具有制造業(yè)經(jīng)驗與互聯(lián)網(wǎng)思維的人，更容易獲得成功。