STM32全球在线峰会:揭示2024年嵌入式系统三大趋势

发布日期:2024-04-18     86 次

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  2024年,嵌入式系统将走向何方?如何才能走在趋势的前沿?从工厂到家电,从医院里昂贵的医疗设备,到随处可见的可穿戴设备,我们身边的联网设备越来越多,生活更加绿色低碳,嵌入式系统功不可没。ST于3月19日成功举办STM32全球在线峰会,不仅让业界了解到影响行业发展趋势的新技术,还与大家共同展望了2024年这些新技术将把产业带向何方。

  计算效率:花小钱办大事

  更高的效率是系统创新的关键驱动力。效率是完成工作与所花费能量的比率。对微控制器来说就是电能效率。提高效率意味着在提供相同或更多的计算吞吐量的同时降低功耗。但随着嵌入式系统应用不断优化,一个新的效率比率诞生了:给定计算吞吐量的应用复杂性。

  想象一下,把今天的高性能MCU带回五年前。它根本无法运行今天能运行的神经网络或丰富UI,因为那时的框架和机器学习算法远不如现在精细。现在的嵌入式系统不仅性能更加强大,而且进行了新的应用优化。因此,同样的算力今天可以运行更强大的应用。

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  使用TAO工具箱训练与剪枝量化的对比

  例如,神经网络的量化能实现更强大的边缘AI系统。ST最近与施耐德电气共同演示了一个深度量化的神经网络,在 STM32H7上运行人数统计应用。NVIDIA在运行一个用其TAO工具包优化的网络时,也采用了同款MCU和STM32Cube.AI。同样,新的电机控制算法,如ZeST,让MCU可以更准确、更高效地驱动电机,而新的UI框架优化让MCU可以运行更丰富的图形用户界面,同时还能降低对存储器的需求。例如,ST新版TouchGFX支持矢量字体,ST近期推出的STM32U5具有IP加速的矢量图形处理功能,有了图形界面开发框架的加持,STM32U5的图显效果会更加出色。

  工程师必须确保自己的嵌入式处理解决方案不仅能够降低功耗,而且其所运行的应用也是最近优化改进的。在许多情况下,实时应用不再是while循环中运行的基本代码。开发人员必须充分利用云计算、机器学习、传感器融合或图形界面。因此,找到合适的并配有完备生态系统的MCU至关重要,生态系统可以提供新的解决方案,帮助开发者优化应用。工程师必须考虑设备的运行速度,以及对复杂的、功能丰富的应用的支持能力。

  支持多种无线协议,与世界无缝沟通

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  无线水表、气表和电表系统

  目前,嵌入式应用联网主要是选择某一种通信模式,要么有线,要么无线。如果是后者,通常会选择一种无线协议,例如蜂窝、Wi-Fi或蓝牙。过去几年,嵌入式行业的无线通信协议激增,从6LoWPAN到LoRaWAN、Zigbee、Thread、NB-IoT,新协议层出不穷,但却没有实现统一的标准,而是各种协议混战。

  以 2.4GHz 频谱为例,虽然蓝牙仍然是这个市场的主角,但Zigbee和Thread的热度不断上升。出于竞争或监管原因,许多公司还开发IEEE 802.15.4定制协议。为结束无线网络协议数量激增造成的混乱局面,家庭自动化统一标准Matter问世,该标准运行在 Wi-Fi、Thread、蓝牙等多种无线技术之上,并支持许多 2.4 GHz 桥接器,包括 Zigbee 和 Z-Wave,而不是仅仅采用一种无线技术。

  因此,工程师面临着一个新的挑战:为保持竞争力,必须创建一个支持多种无线协议的系统。如果采用一个支持多种无线技术的MCU,公司就可以用一个硬件平台满足多元市场的需求。例如,开发人员可以在一个区域使用专有的 IEEE 802.15.4 协议,在另一个区域采用 Thread,无需更换硬件平台,只需修改代码库。这样就可以缩短产品上市时间,并获得更大的设计灵活性。总之,到 2024 年,嵌入式系统开发人员在设计时必须考虑到多协议支持,并选择能够满足当前和未来需求的产品。

  强大安全性:保护未来投资

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  安全是智能家居产品的首要考虑因素

  物联网会带来很多安全威胁。人们已经深刻认识到,嵌入式系统安全性是至关重要的。必须保护服务器、代码、终端用户数据,甚至实体设备,防止网络攻击。否则就可能会对产品及其品牌产生严重影响。而监管部门的干预也为嵌入式安全带来了新的挑战。欧盟、美国和许多其他国家和标准化机构已经颁布了新的信息安全法规。这些新规尚不明确或不是最终的,有些内容还在制定中。

  业界一直在采用更正式的安全标准来应对这一新挑战。例如,平台安全架构 (PSA)和物联网平台安全评估标准(SESIP)两大认证组织提供了一整套完备的安全设计方法,帮助工程师保护嵌入式系统的信息安全。这些认证有助于工程师开发面向未来的设计,并确保满足各种严格的网络安全要求。但这也意味着开发者不能事后添加安全功能,也不能在完成系统设计后再去认证,而是在首次概念验证时就要考虑安全性,并采用能够满足相应认证级别的微控制器。

  以智能家居应用为例,智能家居应用需要与云服务共享个人数据和敏感数据。越来越多的政府要求智能家居设备具有加密通信、物理攻击防御、软件入侵防护、安全无线更新系统、数据泄露检测等功能。一般情况下,SESIP三级认证能保证系统满足这些安全要求。但如果工程师未能选择能够获得此类认证的MCU,就可能让整个项目的安全性大打折扣。为确保产品能够满足特定的安全认证要求,硬件和平台都是需要考虑的因素,因此,开发人员在选择 MCU 时必须采用新的思维方式。

  STM32 峰会:共同展望行业未来

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  STM32 峰会助你预测未来趋势

  在分析那些影响2024 年及以后的行业趋势时,不难发现,生态系统的培育者至关重要。计算能效取决于MCU,以及其上运行的应用框架、中间件和算法。支持多种无线协议需要新的开发工具,而保护嵌入式系统则需要基于硬件 IP 的实用软件解决方案。

  STM32全球在线 峰会邀请了部分客户分享他们的实际研发经验,向观众展示他们是如何基于ST的嵌入式平台应对未来挑战的。


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