CES2014给我们的启示：重视智能硬件的设计与应用——走出北京城的嵌入式系统联谊会第14次主题讨论会

本刊编辑 芦潇静



CES2014给我们的启示：重视智能硬件的设计与应用
——走出北京城的嵌入式系统联谊会第14次主题讨论会

本刊编辑 芦潇静

智能手机+云计算，让移动互联网成为现实，它正在改变整个电子信息产业和创业环境。“智能硬件+智能手机App+云服务”创造出一系列全新的商业模式。这种系统的核心部件是智能硬件，从某种意义上说是嵌入式系统的升级换代。智能化不仅影响着我们的工作和生活，而且也挑战着传统的嵌入式系统开发和运行方式。2014年的拉斯维加斯消费电子展(CES)让我们看到了未来智能世界的无限前景。

近日，由嵌入式系统联谊会主办的第14次主题研讨会在上海华东师范大学顺利举行。虽然是首次在北京之外举办活动，但嵌入式系统联谊会的凝聚力丝毫未减，来自清华大学、北京邮电大学、苏州大学、太原理工大学等知名高校的专家学者，以及Microchip、TI、芯唐电子科技等产业界人士齐聚一堂，围绕“CES2014给我们的启示”这一主题发表了各自的观点，并就智能家居、智能穿戴和互联汽车等热点话题展开了热烈的讨论。

华东师范大学 沈建华教授

——智能硬件的难点

沈建华教授从事多年的教学工作，同时长期与企业紧密合作，既具有丰富的教学经验，又拥有项目的研发经验，对教学和研发均有着深入的理解和体会。

从嵌入式系统的角度看，智能硬件即带智能的硬件。现在理解的智能设备，一定是接入了互联网的嵌入式设备，真正的智能是借助云端来实现的。智能硬件大致分为两大类：一类是所谓的可穿戴设备；另一类相对固定，如智能家电、玩具、健康监护等。

1. 智能硬件的三大需求

① 传统企业升级转型。传统制造业企业要转型为服务型公司，通过用户习惯的收集和数据的分析来增加附加值。

② 互联网企业抢占入口。有人曾问马化腾，下一个打败微信的是什么？他认为可以打败微信的一定是与硬件相关的东西。确实如此，如果与硬件无关，那么与用户的粘度是不够的，用户很容易切换；而一旦与硬件绑定，与用户的粘度就大大提升了。

③ 创业公司机会增多。物联网时代，创业公司认为有很多机会，可以吸引到投资。

2. 智能硬件使用的四种

① NFC近场通信：其最大的特点是可以看做一个RFID的扩展命名，能够实现RFID的双向数据交互，十分适用于身份认证。

② 蓝牙：蓝牙现在最热的是4.0，由于是新技术，价格高，推广起来比较困难。不过，蓝牙4.0在智能终端的可穿戴设备中大有用武之地。

③ ZigBee：仅仅适用于封闭系统，因为ZigBee的系统倘若要连接在Internet上，必须要解决网关的问题。

④ WiFi：在目前家居应用里是最佳的无线接入方式。家庭无线路由器基本上已经覆盖，沈教授认为MCU是应用直接连接Internet的最佳解决方案。

3. 智能硬件设计的诸多难点

① 设备硬件的设计与制造。性能和资源非常有限，功耗要求做得很低。射频硬件的设计和生产很困难，涉及供应链、认证、一致性等各种问题。对于穿戴式设备，要求工艺设计水平非常高。

② 设备固件。涉及很多协议、配置、具体的用户应用以及与云端的接入协议。内部软件与传统单片机差别较大，软件包括驱动、协议、安全、算法、应用等。因此，要做成可靠的产品非常不易。

③ 云端服务。

④ 终端APP。终端APP要做好也很困难。有很多公司专注于此，可以帮助我们提升用户体验。

⑤ 经验非常重要。传统制造业背景和互联网背景，会带来不同的看法和决定。

嵌入式系统联谊会副主任及秘书长 何小庆

——CES启示和智能穿戴最新发展

何小庆秘书长拥有成功的创业经历，现主要精力投入到广泛的社会活动中，集嵌入式系统联谊会发起委员、知名高校讲师、特约撰稿人和企业家等多重角色于一身，对IT产业的理解具有独特的视角。

1. CES的启示

作为全球最大的消费电子展，每年的CES上都会展示最新的电子消费产品，引领着未来消费电子发展的趋势。中国的公司，除了华为、中兴、海信等大公司外，参展的中小企也不在少数。CES有若干个技术专区，包括大家比较关注的3D打印和可穿戴设备。ZigBee联盟邀请了20余家公司参展，其他的专区涵盖机器人、汽车电子等。

亮点产品主要有：LG的弯曲手机，三星、LG、索尼的弯曲电视，智能手环，智能汽车电子，以及正在显现气候的智能家居(含智能照明)，等等。

今年CES的一大亮点是以Tesla为样板的互联汽车(Connected Car)。不仅各大车厂都有一些产品，而且谷歌宣布成立开放汽车联盟(OAA)，成员包括一批科技和汽车公司(如通用汽车、本田汽车、奥迪、现代等)，这些公司将合作为汽车定制Android系统。

看一个行业能否快速发展，要看有无大公司进入。显然，智能穿戴设备已经进入一个快车道，今年还会明显提速。目前，大公司基本上都发布了自己的产品，未来会以健康、医疗、时尚为三大主线。

CES结束后的一周，Google收购了Nest公司，这给整个智能家居行业带来很大的触动。尽管智能家居有所升温，但市场后期还需要发展，商业模式还存在不少问题。

2. 关于可穿戴设备的发展

(1) 可穿戴设备市场的现状

这个市场目前尚处于市场发展的初期阶段，按照市场营销学来讲，属于Early Market 的Medium-term Later Stage，即早期市场中后阶段。创业公司依然是主力军，大公司仍持试水和观望态度。就形式而言，手环、手表居多，眼镜虽然吸引眼球，但开发难度也较大，市场还需要时间消化。如果想做眼镜，建议可以关注运动类、游戏类等目标比较明确的细分市场。

(2) 可穿戴设备方案

可穿戴设备是典型的嵌入式系统，主要由MCU/MPU、传感器和射频部分组成。90%以上的产品采用的是基于Cortex-M3/M0/M4的MCU。

不少公司为了促进可穿戴设备的发展，将自己的项目开源化。其中不乏一些不错的方案，比如索尼的Smartwatch、谷歌的眼镜。安卓的代码是开放的，而且索尼的SDK是开放的，用户可以做一个Sony智能手表的App。还有一个项目——Angel Sensor也值得关注，提供了很好的平台。不仅具有记录卡路里、记步这些功能，而且可以记录心跳和血氧浓度。

(3) 可穿戴设备的设计难点

首先是低功耗问题，要选择工作功耗和待机功耗低，同时保证唤醒时间尽可能短的MCU。对于MPU(AP)加安卓这种方案，目前来看低功耗设计还不够成熟。

其次，MCU与传感器接口的设计很重要，要保证数据采集的实时性、完整性和低功耗。

最后，从软件方面来讲，看似简单的可穿戴设备的UI设计其实是一大难点。

(4) 可穿戴设备未来的思考

就设计模式和商业模式而言，可穿戴设备一定是智能硬件+智能手机APP+云服务。同时，可穿戴设计必须遵循开放、参与和共赢的原则，也就是所谓的“互联网思维”。

可穿戴设计要把握四个要点：小巧精致，省电，软件设计精简，工业设计新颖。其中最后一点常被忽视。未来脱颖而出的可穿戴设备一定是一个做了减法的设备，如果比拼加法，很难超越智能手机。可穿戴设备的未来前景是光明的，正如苹果的CEO最近在一个股东大会上讲过的那样：“我们正在做一些可穿戴设备的产品设计，有些是你能看得到的，有些呢你目前可能还看不到。”

嵌入式系统联谊会发起委员、上海计算机学会嵌入式专委会主任 陈章龙教授

——特斯拉汽车的启示

陈章龙教授是我国单片机与嵌入式系统领域的老前辈，社会活动广泛，对嵌入式及其相关领域的历史和现状有着深刻的理解，同时，对热点技术的发展始终保持理性的认识。

西方在谈论第三次工业革命，德国提出德国工业4.0，视为第四次工业革命。中国工程院院长周济提出“中国制造2020”，这里面核心的问题就是说两个世界——我们生活的实体世界与虚拟世界如何对接。

在2014 CES大会上，微软的一个发言值得我们深思。微软声称，软件企业如果不做硬件，迟早是会死亡的。可见，一定要将虚拟的世界与实体世界对接起来，否则，今后会是个大问题。反过来，制造业要向制造服务业去发展。周济列举了一个例子，通用电气的飞机发动机安装了传感器，这就是一种服务形式。

所谓的虚拟世界与实体世界如何对接呢？有两种不同的观点：一种是以德国为主的传统制造业的方式，这是一种以自下而上的方式；另一种是以美国为代表的创新性的方式，是一种自上而下的方式，这是一种颠覆性的创新，特斯拉汽车就是典型的例子。制造特斯拉汽车的人原来并不是做汽车的，一直做汽车的人也不大可能将电动车作为主业。也就是说，一种颠覆性的革命往往是一种自上而下的东西。

从IT领域来看，特斯拉有两大核心技术：一个是电池管理系统，它是通过服务器的分层管理的方式来实现的，能够对数千节电池芯进行管理；另一个是四个轮子的计算机。特斯拉出来了以后，对于汽车的新旧对接，吉利的董事长李书福讲了这样一句话：“我们传统的汽车业完全可能被新型技术所打败。”

还有个现象值得关注。在2014 CES大会上，Edison的芯片得了四个大奖。这个芯片里有很多的中国元素，它诞生于Intel中国研究院与清华大学微电子研究所成立的新一代计算机联合实验室，知识产权由Intel和清华同时享有。演示时是用于婴儿的可穿戴设备，家长借助手中特殊的杯子可以了解孩子的温度、是否尿湿等情况。实际上，Edison是一个SD卡形式的平台式的计算机，只要插到任何有SD接口的设备上就可以运行，用于开发可穿戴产品。

讨论环节精彩纷呈

1. 目前大多数智能穿戴设备采用ARM内核架构，其他架构机会有多大？

何立民教授：目前之所以大部分产品都用ARM架构，是因为ARM发展到现在已经成为一种产业模式，总体上是一个技术的进步，以至于大部分半导体公司都终止了各自的架构开发。另外，嵌入式系统从起初的智能化改造时代，经过创新时代和网络时代，目前已经步入服务时代。目前所有产品的研发都应以服务为目的。因此，到了服务时代，企业搞的产品都需要很强的服务意识，纳入到一个很大的服务体系中方能生存。

王宜怀教授：ARM的成功除了目前的产业模式之外，还有两点因素最为关键：时机和宣传。如果芯片生产商的新品做得很好，具有很好的底层驱动，甚至配备有说明书，适合用户二次开发，那么一般情况下终端用户是不在意采用什么架构的。

沈建华教授：由于嵌入式产品以及物联网涉及的领域很广，具有发散性的特质，因此芯片生产商不可能去做各种各样的驱动。现实中许多公司都在积累，但并没有开源共享。因此，嵌入式领域并不能像PC机和安卓手机一样具有统一的驱动标准。

2. 哪些智能家居和可穿戴产品会有真正的市场需求？

何立民教授：智能家居要真正热起来，需要转变一些观念：之前的智能家居主要是指普遍的智能家电，现在，智能家居的概念要走出家庭，涵盖家居以外，比如电动车的管理、家里办公等。也就是所谓的“泛智能家居”。此外，智能家居应该定位准确，在家庭中主要服务于家庭主妇和老人，方便于他们的生活。

邝坚教授：智能穿戴在未来的发展是必然的，人们生活的需求和技术推动是智能穿戴发展的两种驱动力。

3. 是否可以利用电力线控制智能家居设备？

沈建华教授：总体上来说这个方案是可行的，但是在中国主要有以下的难点：首先，电网上的通信不是个人能决定的，决定权在国家手里；其次，国内各种各样的电器设备缺少统一的标准，电网间的通信不可靠。

何立民教授：从技术角度来说，智能家居和国家电网是有可能结合起来的。因为国家电网的通信设备已经趋近完善，通信介质为光纤。目前，智能电网的协议主要是面对强电，将来一旦时机成熟，利用电网光纤传输控制信息是很有可能的。需要的是一个强电信号至弱电信号的转换接口。

邝坚教授：智能插座在家居领域是一种理想的选择。现在的WiFi用户众多，联网相互存在干扰，使用智能插座可以很好地解决这一问题。

4. 嵌入式系统要开源，应该怎么做?

陈章龙教授：嵌入式系统是一个专用计算机系统，它的所有任务都是专一的。在开发的过程中，平台可以是开源的，但目标系统不应开源。另外，利用开源的方法去开发嵌入式系统时，只有对开源的系统进行裁剪，去除没有必要的软件，才能达到降低功耗的目标。

除了上述问题之外，与会者还对互联汽车、车联网、IVI和智能汽车等进行了热烈的讨论。普遍认为，只有解决商业模式和隐私安全问题，这些前沿科技才能被广泛地接受。

结 语

此次讨论会吸引了众多领域的业界朋友，除了嵌入式领域的知名教授和专家外，还有怀揣希望、执着奋斗的创业者，从事非主流处理器产品开发的企业代表，以及专注于举办行业展会、身处风投领域的专业人士。大家坦诚地分享了创业的成功经验、目前面临的困境，乃至对未来的憧憬和困惑。在深入的交流讨论中，思想的激烈碰撞引发了更多的触动和思考。

虽然与会者各持己见，但有两点达成共识：一方面要专注于自己擅长的领域，做好做精；另一方面，智能硬件涉及面广，生态圈、合作非常重要。此外，同时具有制造业经验与互联网思维的人，更容易获得成功。