智慧物聯網裝置的嵌入式系統發展趨勢

國立臺灣大學電機工程系教授王勝德。

國立臺灣大學電機工程系教授王勝德先生，發表「智慧物聯網裝置的嵌入式系統發展趨勢」這一主題。他指出，在嵌入式硬體的SoC核心與相關晶片等硬體部份，供應商有安謀(ARM)、英特爾(Intel)的Atom/Edison/Curie、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)的ARTik，與聯發科(MTK)的LinkIt平台與LinkIt開發板。ARM在通訊、智慧手機與IoT各領域，都有其適用的核心設計。

Intel從2013推出32位元400MHz的Quark處理器與Galileo平台，於2015微縮成僅鈕扣大小的Curie平台，內嵌Quark SOC、6軸加速計、DSP感測中樞、低功耗藍牙(BLE)。同時也以雙核Atom推出Edison平台。

Samsung的ARTik SOC系列，從第一代ARTik 1內嵌80/250MHz的雙核MIPS處理器，9軸加速/陀螺儀/磁力儀設計；可作為IoT閘道器的ARTik5，採1GHz雙核ARM A7 CPU+Mali MP2 GPU的設計；ARTiK10採用1.3GHz Cortex A15四核+1GHz Cortex A7四核+ARM Mali-T628 GPU的設計，內建2GB LPDDR3與16GB eMMC，提供1080p@120fps播放能力，ARTiK5/10均內建Wi-Fi、BLE、ZigBee與Thread的支援。

聯發科則以Aster(MT2502) SoC，於2014年6月推出具備All in One聯網、穿戴式與物聯網應用的LinkIt平台/解決方案。在CES2016更進一步推出Aster MT2523 SoC。還提供針對創客(Maker)市場設計，僅Arduino Uno大小的各種應用模組。

IoT的軟體與通訊堆疊

王勝德先介紹ARM mbed，包含了mBed OS與Device Server，最小記憶體需求量32KB；可透過mBed網頁來做軟體的線上即時開發。mBed內建像C++ APIs、驅動程式管理、編碼與安全防護，包含CoAP/HTTP/MQTT/LWM2M/TLS/DTLS/IPv4/IPv6/6LowWPAN、Wi-Fi/BLE/Thread等通訊協定堆疊的支援。

FreeRTOS核心僅3個C檔案的簡潔特性，僅需6~12KBROM、RAM與最小運算負荷，缺點則是通訊模組/協定堆疊需要授權；另一Contiki OS則強調僅需基本核心，只將必要的程式重新編譯做動態連結(Dynamic Linking)即可，記憶體空間可以壓至10KB以下。

Google的Thread以低功耗6LoWPAN操作模式，只要有至少一個到兩個的可聯網裝置充當閘道器，就可以將感測數據上傳至雲端，一個子網支援最多250個裝置。Thread將既存的各種通訊軟硬體技術做整合，既有已上市的硬體晶片僅需更新軟體/韌體，即可支援Thread。

王勝德列舉2011年以來IoT裝置的發展。例如NEST最有名的Nest智慧溫控開關，從2011年第一代發展到最新第三代，小小裝置內建Wi-Fi、BLE、ZigBee無線協定的支援。還有像Nest Protect保全產品、Nest Cam攝影監控產品。Skybell公司的video doorbell視訊門鈴，有人按門鈴時可即時轉接到主人手機的Apps。以及Linus Lock電子門鎖等這類IoT產品的應用。

在物聯網時代，雲服務已從以往的資料中心，轉向邊際運算(Edge Cloud/Fog Computing)。像亞馬遜智慧倉儲，就是在倉儲中心建置邊際雲伺服器(Edge Cloud)，就近運算、控制智慧機器人，進行智慧倉儲的管控。還有在視訊監控環境下，藉由智慧Gateway就近判斷切成低解析、高壓縮(靜態未改變)的視訊串流，偵測畫面改變時則動態改成高解析、低壓縮的清晰視訊。還有像是虛擬化技術，以及扮演著中介者的MQTT協定，都是物聯網會應用到的技術。

王勝德最後總結，IoT物聯網應用在智慧家庭、倉儲、汽車、智慧城市，以及政府正在力推的工業4.0(或生產力4.0)，相信都是未來IoT結合雲端的重要應用。