在物聯網之前，嵌入式裝置曾經相對簡單易用。裝置，工業控制器或環境感測器的設計者只需要連線輸入訊號，與微控制器一起處理並提供輸出控制。系統是獨立的; 除了逆向工程之外，黑客沒有動力訪問系統。
隨著智慧手機的推出，我們現在希望我們的裝置智慧化，可升級並可通過網際網路訪問。安全性不是可選的，如果不認真對待安全性，資料，品牌聲譽和收入流都會受到影響。此外，嵌入式系統變得越來越複雜，你不可能成為一切的專家！幸運的是，您可以使用現有標準和堆疊庫以及時，安全的方式完成專案。
本文概述了嵌入式開發人員當前面臨的主要設計挑戰，以及一些有助於設計人員應對這些挑戰的新技術。
關鍵設計挑戰和市場預期
1、豐富的使用者介面

第一款智慧手機引入了豐富的使用者介面，配有高品質的顯示屏和觸控式螢幕。高階嵌入式裝置增加了LCD和OLED顯示器以及觸控式螢幕。這增加了處理要求以及對應用處理器和豐富作業系統的需求。對於那些不需要應用處理器的人來說，技術進步已經將微控制器的時鐘速度從數十兆赫茲推升到幾百兆赫茲，記憶體大小推動到幾兆位元組。這使設計人員能夠繼續從熟悉的架構中受益，例如用於Arm Cortex-M的架構。
許多嵌入式系統僅需要使用者介面進行配置和偶爾控制。消費者和工業物聯網裝置對價格非常敏感，並且可以通過網際網路連接獲益，以便通過網路介面或智慧手機應用進行控制。例如，可以遠端監控來自工業感測器的資料，以管理效能和錯誤，以及預防潛在的故障。這為嵌入式工程師帶來了新的挑戰。他們現在必須瞭解RF，協議棧，安全性，遠端管理和韌體更新。
2、本地和遠端控制
您可以通過乙太網，WiFi，藍芽，Z-Wave，Zigbee或執行緒實現本地和遠端控制在功耗，複雜性和成本方面都有優勢。通常，低功耗協議，如藍芽低功耗，Z-Wave和Zigbee，是電池應用的理想解決方案。這些包括門鎖，環境感測器和無線報警系統。需要更多頻寬的裝置（如安全攝像頭和感測器閘道器）將通過WiFi連線。或者，遠端位置的裝置將使用蜂窩網路。一個有趣的選擇是結合WiFi和藍芽低能耗。然後，藍芽用於除錯和本地訪問以實現低延遲，並且WiFi用於通過因特網進行遠端訪問。
嵌入式設計開發人員面臨的挑戰不僅僅是如何為他們的產品選擇合適的解決方案，還包括整合無線電，通訊堆疊和管理電源的複雜性，所有這些都不會增加成本。
3、功率越來越低
在電池供電的應用中，低功耗至關重要。例如，智慧水錶需要在儀表的使用壽命內使用單個電池，最長可達20年。另一方面，在門鎖中，電池可以每年更換一次，這需要仔細設計。用於省電的技術之一是設計一個功率非常低的微控制器，以便在非常短的時間內開啟以感測使用者互動。然後它將睡眠更長時間。
4、裝置變得更加智慧
設計師正在尋找通過新增智慧功能來區分其產品的方法。智慧功能通常意味著裝置可以更多地瞭解使用者，環境和系統，並且可以調整功能。
機器學習是使用可以學習和適應的演算法新增智慧功能的一種方法。我們今天看到了機器學習：從指紋解鎖（匹配到一小組指紋影象）或Facebook自動標記功能。但是，它是嵌入式，成本受限系統中的一種相當新的解決方案。
嵌入式機器學習的一個很好的例子是智慧恆溫器。恆溫器將根據使用者的生活方式瞭解使用者的行為，然後隨著時間的推移，將自動將溫度調節到最舒適的設定。對於工業市場，一個例子可以是用於電動機的振動感測器。感測器可以瞭解電機的正常振動特徵，然後在裝置需要維護或即將發生故障時向人員發出警告。
嵌入式設計人員面臨的挑戰是開始使用機器學習演算法，並能夠根據應用需求調整演算法。
5、產品需要更新
今天的產品很少附帶最終功能集。通過無線（OTA）更新，可以下載新韌體以新增功能，修復錯誤或修補安全漏洞，從而顯著延長產品的使用壽命。產品還必須具有足夠的記憶體空間和處理能力，以增加程式碼大小和功能。
一個挑戰是確保韌體更新和所有通訊都是安全的。修補韌體漏洞時，系統不應允許回滾韌體。如果是，則會暴露漏洞。

幫助設計人員應對這些挑戰的新技術
我概述了嵌入式設計人員面臨的挑戰以及推動他們的行業趨勢，但潛在的解決方案又如何呢？我認為有三種基本設計技術會影響上面定義的所有領域：實現訊號處理，保護裝置並通過機器學習新增智慧。

如何簡化訊號處理並節省成本？
大多數嵌入式系統都有模擬介面 這些可以簡單到通過模數轉換器讀取溫度，到更復雜的系統，例如處理來自多個麥克風（波束成形）和語音識別的聲音。
較舊的設計用於在模擬域中執行大部分應用和濾波，但是使用專用數字訊號處理器（DSP），處理已經轉移到數字域。這是因為DSP在製造過程中更準確，可重複，並且可以隨時調整。
隨著數字訊號控制器（DSC）或具有DSP擴充套件的微控制器的引入，設計人員現在可以擁有兩全其美的優勢。可以執行DSP和控制功能的單個控制器可以降低成本，電路板空間和功耗。
數字訊號處理可能很複雜，但設計人員不必是專家就可以使用高階處理。例如，Arm為嵌入式應用程式CMSIS-DSP庫提供了一個免費的軟體框架。
我為什麼要關心安全問題？
安全性不足的產品可能導致資料丟失，尷尬的宣傳，財務成本和客戶受挫。安全攻擊可以跨越所有部門並具有不同程度的影響，包括訪問家庭自動化系統，開啟和關閉燈光，工業間諜活動以及通過物聯網裝置訪問網路。
外部威脅可以分為四種攻擊型別：通訊，生命週期，軟體和物理。但是，您如何知道需要防範哪些威脅以及如何使用適合您裝置的安全級別進行設計？去年，我們為任何設計連線裝置的平臺安全架構（PSA）推出了安全框架。這是一個三階段流程，為設計人員和開發人員提供他們所需的一切，以確定他們應該選擇的安全級別和威脅緩解。在PSA的文件和原始碼開放（可信韌體-M），使開發人員更容易上手。