物联网( IoT ,Internet of things )即“万物相连的互联网”,是互联网基础上的延伸和扩展的网络,将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,实现在任何时间、任何地点,人、机、物的互联互通[2] 。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,IT行业又叫:泛互联,意指物物相连,万物万联。由此,“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的基本特征从通信对象和过程来看,物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理[5] 。
整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。
可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合,将物体的信息实时、准确地传送,以便信息交流、分享。
智能处理—使用各种智能技术,对感知和传送到的数据、信息进行分析处理,实现监测与控制的智能化。根据物联网的以上特征,结合信息科学的观点,围绕信息的流动过程,可以归纳出物联网处理信息的功能:
(1)获取信息的功能。主要是信息的感知、识别,信息的感知是指对事物属性状态及其变化方式的知觉和敏感;信息的识别指能把所感受到的事物状态用一定方式表示出来。(2)传送信息的功能。主要是信息发送、传输、接收等环节,最后把获取的事物状态信息及其变化的方式从时间(或空间)上的一点传送到另一点的任务,这就是常说的通信过程。(3)处理信息的功能。是指信息的加工过程,利用已有的信息或感知的信息产生新的信息,实际是制定决策的过程。(4)施效信息的功能。指信息最终发挥效用的过程,有很多的表现形式,比较重要的是通过调节对象事物的状态及其变换方式,始终使对象处于预先设计的状态
希望我能帮助你解疑释惑。内核尺寸伸缩性强,能够适应不同配置的硬件平台。比如,一个极端的情况下,内核尺寸必须维持在10K以内,以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器,这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下,内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能,以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸,不可避免的会大大增加,可以达到几百K,甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性,可以通过两个层面的措施来实现:重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单,只需要根据不同的应用目标,选择所需的功能模块,然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下,比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载,则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个 *** 作系统配置文件,文件里列举了 *** 作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后,会根据配置文件,加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器(比如硬盘、Flash等),以存储要加载的二进制模块;
内核的实时性必须足够强,以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备,要求 *** 作系统内核要具备实时性,因为很多的关键性动作,必须在有限的时间内完成,否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思,首先是中断响应的实时性,一旦外部中断发生, *** 作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性,一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪,必须能够马上得到调度。显然,基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求;
内核架构可扩展性强。物联网 *** 作系统的内核,应该设计成一个框架,这个框架定义了一些接口和规范,只要遵循这些接口和规范,就可以很容易的在 *** 作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性,要求 *** 作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制,可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能,这些应用程序存储在外部介质上,这样就无需修改内核,只需要开发新的应用程序,就可满足特定的行业需求;
内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了,物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点,这要求内核必须足够可靠,以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键,甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中,一旦被外部侵入,造成的影响将无法估量。为了加强安全性,内核应支持内存保护(VMM等机制)、异常管理等机制,以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略,就是不开放源代码,或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略,并不代表不能免费适用内核;
节能省电,以支持足够的电源续航能力。 *** 作系统内核应该在CPU空闲的时候,降低CPU运行频率,或干脆关闭CPU。对于周边设备,也应该实时判断其运行状态,一旦进入空闲状态,则切换到省电模式。同时, *** 作系统内核应最大程度的降低中断发生频率,比如在不影响实时性的情况下,把系统的时钟频率调到最低,以最大可能的节约电源。
2019年10月31日,SiFive公布了IP产品的一个里程碑,因为他们展示了其有史以来第一个乱序的CPU微体系结构,并承诺在现有RISC-V内核上实现显着的性能飞跃,并提供与Arm产品相比具有竞争力的PPA指标。
说起SiFive这个公司,其实很有意思。SiFive中国是在去年8月份成立的,与其他跨国企业的做法不一样的是,SiFive中国是一个独立公司,在中国独立运营,并非SiFive的子公司。它有自己的董事会,有自己的管理团队,未来它可以独立接受投资,也包括来自中国的投资。但同时也跟SiFive有关系,如提供IP还有其他方面的技术。
SiFive于2017年发布了U54系列,这是该公司第一个能够运行完整 *** 作系统(例如Linux)的成熟CPU IP。
讲回正题,全球首个RISC-V处理器CPU,到底是一个什么东西?为什么RISC-V架构如此受追捧?
全新的RISC-V OoO CPU:U8面世
到目前为止,如果我们想基于新的ISA设计新的CPU,则首先要从小处着手,然后进行迭代,然后继续为设计增加更多的复杂性,这相对来说还不足为奇。SiFive的U5和U7系列相对来说CPU微体系结构较为简单。与Arm的低端和微控制器内核相比,它们能提供一些非常具有成本效益的选择和替代方案,但实际上并不能满足需要更高性能的更复杂工作负载的任务。
但新的U8系列通过大幅改善新的微体系结构,其性能比U54和U74高出5到4倍,这是我们行业中极其罕见的性能提升。
SiFive针对U8系列的设计目标也非常简单:直接对标Arm Cortex-A72,U8系列的目标是在性能上不相上下,并且在只有对手一半面积的同时提供15倍的更高的电源效率。当然,拿A72来比,还是有点“欺负”老产品的意味,不过SiFive的PPA目标相对较高,这意味着U8应该比Arm的最新一代内核更具竞争力。
RISC-V魅力何在?
顾名思义,RISC-V是RISC的第五个版本。RISC,即“精简指令集计算机”,是图灵奖得主John L Hennessy和David A Patterson对行业的重大贡献,由加州大学伯克利分校于1980年发布。芯片指令集帮助计算机软件与底层硬件设备通信,是计算机的基本组成部分。
我们先看看全世界对RISC-V的态度:
全球第一大硬盘产商西部数据(Western Digital)将以每年10亿到20亿颗的预期来推动RISC-V,逐步完成全线产品迁移到RISC-V定制架构;
MicroSemi提供基于Risc-V+Linux+CNN加速的AI解决方案;
印度政府则大力资助基于RISC-V的处理器项目,使RISC-V成为了印度的事实国家指令集;
RISC-V基金会的会员已经增加到150多个,大学、科研院所和企业大量使用或评估基于RISC-V的应用,参与度之高,覆盖面之广,盛况空前;
指令集架构的生态链正在成长和完善,工具链、RTOS/Linux *** 作系统的移植等工作都取得关键突破。
无论模块化指令集“能屈能伸”,还是甩掉向后兼容 历史 包袱“无病一身轻”,再到40多条基本指令“大道至简”,且使用BSD License开源协议彻底开放,RISC-V的种种优势,宛如指令集纷繁万象中的一股春风。
早在去年,就有很多公司开始量产基于RISC-V的芯片,例如国内的嘉楠云智和华米等,他们做RISC-V芯片较早。行业人士当时也预计其他很多做RISC-V芯片的公司可能会在2019年或2020年正式推出基于RISC-V的芯片。
所以,兆易创新带来了GD32V系列开发板。
GD32V系列来袭
近期,业界领先的半导体供应商兆易创新正式推出全球首个基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品,提供完整工具链并持续打造RISC-V开发生态。
GD32VF103系列MCU采用了全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核,是兆易创新携手中国芯来 科技 面向物联网及其它超低功耗场景应用自主联合开发的一款商用RISC-V处理器内核。
GD32VF103系列RISC-V mCU提供了108MHz的运算主频,以及16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存, gFlash专利技术支持内核访问闪存高速雾等待。Bumblebee内核还内置了单周期硬件乘法器、硬件除法器和加速单元应对高级运算和数据处理的挑战。
GD32V系列新品全部符合工业级高可靠性和温度标准,并提供至少十年的持续供货保证。芯片的静电防护(ESD)防护水平在人体放电(HBM)模式可达5KV,器件放电模式(CDM)可达2KV,远高于行业安全标准,从而适用于复杂环境并让终端产品更可靠耐用。
全新的GD32VF103系列RISC-V MCU即刻上市。立创商城现已同步发售。
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此,顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网被视为互联网的应用扩展,应用创新是物联网的发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。 英文名: Internet of Things(IOT),也称为Web of Things。 物联网
物联网是指通过各种信息传感设备,如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。
和传统的互联网相比,物联网有其鲜明的特征。 首先,它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器,每个传感器都是一个信息源,不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。 其次,它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输,由于其数量极其庞大,形成了海量信息,在传输过程中,为了保障数据的正确性和及时性,必须适应各种异构网络和协议。 还有,物联网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。
“物”的涵义
这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围: 1、要有数据传输通路; 2、要有一定的存储功能; 3、要有CPU; 4、要有 *** 作系统; 5、要有专门的应用程序; 6、遵循物联网的通信协议; 7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。
物联网定义
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。物联网(Internet of Things)指的是将无处不在(Ubiquitous)的末端设备(Devices)和设施(Facilities),包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”(Enabled)的,如贴上RFID的各种资产(Assets)、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”(Mote),通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式,提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能,实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。
欧盟定义
2009年9月,在北京举办的“物联网与企业环境中欧研讨会”上,欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人Lorent Ferderix博士给出了欧盟对物联网的定义: 物联网是一个动态的全球网络基础设施,它具有基于标准和互 *** 作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道,构成未来互联网。物联网 *** 作系统分为低资源MCU设备端和高资源CPU设备端;
低资源MCU设备端,由于硬件资源有限,一般都是用极低内核资源的 *** 作系统,如FreeRTOS,TinyOS,Lite OS,这类os,一般都是以C,C++进行编程,一般由资深的嵌入式工程师进行应用程序设计,难度较高。
还有一类是目前针对物联网应用开发而设计的低门槛的 *** 作系统,一般使用目前最流行的JAVA,JavaScript,LUA等高级语言编程的 *** 作系统; 使用JavaScript编程的目前有多种开源 *** 作系统,运营的比较好的是RUFF,目前有一款nodemcu使用LUA编程,JAVA因为移植难度比较大,目前只有钛极OS(TiJOS)可以实现在低资源MCU上进行编程。在淘宝上可以找到他们的开发套件,例程也比较详细和丰富。
高资源CPU设备端,资源大,可以实现复杂功能,一般都有大公司在拼,如谷歌的Brillo OS,微软的WIN10 IOT版本,uClinux,华为LiteOS等。
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