作者/Chetan Khona 赛灵思公司工业IoT战略与商务司理
4 软件界说的硬件
“网络安全：硬化的和习惯未来要挟的才能”一节中曾说到，硬件卸载取得的不只是 All Programmable SoC 可编程硬件的支撑。完结整个愿景需要能优化这一技能的软件自动化功用。像 SDSoC™ 开发环境这样的东西能让用户编写 C/C++/OpenCL 及其它日益增多的言语，将功用的悉数或部分分区到可编程硬件或软件中。SDSoC 开发环境还能在处理器和可编程硬件间生成数据移动引擎和根底架构。2015 年，SDSoC 东西
结合运用高档加密规范 (AES)-256 算法，在将算法部分移到可编程硬件时，显现功用提高高达 4 倍提高。《Xcell 软件刊》中的“运用 SDSoC 加速 AES 加密”一文。
该基准测验的要点是探究软件智能与可编程硬件优化的最佳平衡。不过这个东西也能将该功用完整地卸载到可编程硬件。与此类似，经过硬件加速引擎，马达操控环路收敛时刻与纯软件完结计划比较，能将功用提高 30-40 倍。见图 4。
图4 SDSoC 规划环境 规划流程
5 边际核算：可扩展、低本钱与实时
好像通讯和安全，边际核算正朝向超多个方向演进。云的核算才能运转在之前无法访问的体系所开释的数据流上，为用户供给了史无前例或无法了解的可执行的洞悉力。这就建立起一套可用作新基线的预期或桌面筹码。正如依托 GPS 实时导航体系会让大部分高速公路地图过期，工业设备的购买者和运用者对来自他们的 IIoT 体系的反应有着不同的希望。现在在下列三大要素的推进下，趋势是把这些洞悉的生成从云端面向边际：
· 在从边际到云端的往复环路中以尽量快的速度运用洞悉
· 发送(在许多状况下)大数量数据到云端的本钱
· 发送数据到云端的安全、可靠性和隐私问题
有些职业趋势不应该看得那么肯定。对处理部分此类安全和隐私问题，即使只是在本地预处理数据，然后把优化后的混杂数据发送到云端，也能带来巨大的优点。最简略的比方是把低通或均匀滤波器运用到担任操控机器的操控器上的时刻序列数据。结果是既削减发送到云端的数据点数量，也按捺了离群数据。经过可编程硬件，您能将这些优化功用
在数据流出机器时运用到数据上。与运用杂乱内存业务比较，能完结最高效的数据处理。这是由于内存业务会影响依据数据拟定任何或许决议计划的呼应时刻。这个比方可以表达为来自单个传感器的单数据流，但实际上许多工业体系是由数百个甚至数千个并行数据流组成的。衔接的数量扩大了问题，以及可编程硬件经过各种传感器交融技能和片上剖析供给的解的值。
在这里描绘的示例中，智能嵌入在操控器中，对时刻灵敏反应项进行本地调整，将时刻要害性较低的数据
以紧缩格局推送到云端。这是边际和云端彼此弥补的最好例子。这种对嵌入式智能和边际-云端协作的描绘也能适用于边际上的机器学习，这是 IIoT 范畴重要性不断上升的一个课题。机器学习 — 其间包含依据神经网络的机器学习揣度和布置，以及回归和其它经典办法，极端合适可编程硬件构成的高能效、可定制和大规模并行核算架构。出于这个原因，依据可编程硬件的加速卡在云中得到广泛运用。同一 All Programmable 技能可供在边际运用，为多传感器机器学习运用供给最低时延、功耗与本钱。由于 All Programmable 技能既能高效支撑IT-OT 交融的一切根本方面，一起又能为新式范畴供给一流功用，该技能单个器材可以掩盖最广泛的 IIoT 运用。比方将马达操控、机器视觉、网络通讯、功用安全、网络安全等运用与边际剖析和机器学习相结合，是 All Programmable 技能在 IIoT 中的预期用例。经过运用顺便支撑库的 SDSoC 开发环境等东西，用户只需占用最小型 All Programmable 器材的一部分资源，就能把很多算法完结在器材中。见图 5。
图5 Zynq-7000 和 Zynq UltraScale+ SoC 的机器学习揣度流程
6 传统处理器的辅佐 FPGA
要完结广泛的 IT-OT 功用，IIoT 边际渠道首选 All Programmable SoC。这些器材可供给前面描绘的集成优势，一起还可下降功耗和本钱。在已经有之前的架构存在的实际环境中，比方说存在专门用于传统嵌入式处理器的传统代码的状况，此刻还有另一个挑选。在这种状况下，经过运用称为 FPGA 的纯可编程硬件器材，仍可发挥上文介绍的部分优势。FPGA 作为能与主嵌入式处理器便利接口的辅佐器材运转。这些 FPGA 发挥主嵌入式处理器的协处理器的效果，供给完结紧凑的微处理器
或微协处理器(例如赛灵思 MicroBlaze™)的选项。这些软处理器(用可编程硬件构建)支撑多种操作体系和实时操作体系。运用这些选项，在传统体系环境中也能卸载不断演进的或时刻要害的功用。FPGA 和 SoC 等赛灵思 All Programmable 产品组合不只能完结可在更大温度范围内运用的生命周期长、可用性高的芯片，并且还可以对整个或部分器材进行重装备，即使在运转中也能如此。一起在同享封装兼容的状况下供给多 FPGA 选项，便于采纳渠道化办法。双芯片办法与 All Programmable SoC 比较，处理器与 FPGA 之间缺少高带宽。这种高带宽和单芯片 SoC 内的衔接数量，有助于软硬软件之间的动态劳作分工(即之前的示例的前提条件)，这种特性是双芯片处理计划无法比美的。即使有这些局限性，可编程硬件的价值也大到足以让越来越多的嵌入式处理器在它们的数据会集推行专用 FPGA 接口(一般依据 PCIe、SPI、QSPI 等规范构建)。
7 新工业时代针对寿数的软硬件可编程性
选用电气化工业操控体系面世已有百余年时刻。正如有些人将 IIoT 称为第四次工业革命相同，不只可用的技能和所需完结的使命发生了改动，整个职业的发展速度也跟着革新的速度加速。现在，IT-OT 使命跟着时刻不断深化和扩展， IIoT 边际渠道的构建块新技能应运而生，使其根本上可以很优点理这些使命。与前二三十年运用的传统嵌入式架构构建块比较，Zynq-7000 和 Zynq UltraScale+器材等 All Programmable SoC 运用软件和硬件可编程性坚持财物长时刻有用。那种针对每个端点产品运用不同嵌入式处理器，而毫不考虑其衔接的是同一云根底设施的办法，是一种即将失利的办法，由于 IIoT 体系开发中大约 75% 的本钱都与云和嵌入式软件开发休戚相关。对体系供货商来说，最重要的是经过软件服务让他们投入的研制时刻和资金发明价值，而不是再开发通讯接口、安全根底架构、操控环路时序、数据剖析算法等。FPGA 办法为那些有必要处理传统处理器的供货商供给了很多这种优势。All-Programmable SoC 办法有助于最大化可用选项，是面向工业体系供货商及其客户增加出资报答的要害。
8 定论
总归，本白皮书要点介绍赛灵思 All Programmable SoC 和 FPGA 怎么经过以下优势为体系供货商及其客户带来最大出资报答 (ROI)：
· 赛灵思 All Programmable SoC 和 FPGA 的更长生命周期它们特有的软硬件可编程特性相结合结合，既能完结实时的现场更新，又能防止不能遵从 IIoT 新规范和趋势的危险;
· 面向体系供货商渠道的扩月多个赛灵思器材系列的可扩展特性,可在整个产品线中下降总具有本钱;
· 集成来自 IT 域和 OT 域的多重 IIoT 功用到单个高灵活性、低时延、高能效器材中。
