作者：Chris A. Ciufo，嵌入式系统工程部主编
Willard Tu 是 ARM 嵌入式产品营销部的总监 — 与“嵌入式”有关的事，他全都了若指掌。近期，他在传感器博览会上主持开展了一场 IoT 研讨会。紧接着，我们又进行了一番探讨，他就传感器提出了一些观点。他说，只要将传感器引入支持 ARM® 的 SoC，IoT 就能创建更加智能的机器，从 MEMS 麦克风和加速器到 CO2 探测器。编辑过的节选如下。
– Chris A. Ciufo，编辑。
Chris“C2”Ciufo：传感器博览会刚刚结束，让我们乘此机会来谈谈传感器、ARM® 及 IoT。
Willard Tu，ARM：好的。我认为，在我主持的传感器博览会会前研讨会上我们真正尝试关注的一件事就是：“要帮助推动 IoT 市场的形成，我们需要做些什么？”传感器已经无处不在，还有更多尚在研发中 [图 1]。在讨论 IoT 时，所有人关注的都是如何让自己的嵌入式设备连接互联网，这导致讨论存在缺口。要知道，我们需要关注的远不止这一点。举个例子：我们曾经讨论过一家设备企业如何才能制造联网设备，但这可能无法实现最佳的投资回报率。
图 1：物联网将提供一个基础性业务机会，这个机会在很大程度上基于“无处不在的微型传感器”。（来源：Yole Development，发布于 2015 年传感器博览会。）
该公司为一个支持 IoT 的联网设备（如洗衣机）所投入的材料 [BOM] 成本在 10 到 20 美元之间。最终，您能够监控电机，并提供相关报告指出快要坏掉的电机。我们可在电机出问题之前派出维修技工前往修复，避免任何停机情况给您带来不便。当然，数据可以发送到云服务，以便开展预防性维护管理。
但这可能并不一定意味着 [设备制造商] 的收入有所增加。如果说有什么因素导致了收入降低，那是因为预防性维护多于更换维护，对吗？
主管可能会问为什么投入了 10 到 20 美元的 BOM 成本，但服务收入却反而下降了。客户可能会很高兴，品牌形象可能也会得到提升，但收入降低、BOM 成本升高并不是一个好现象。
C2：您是说，添加这些 IoT 传感器是一件坏事？
Tu：是的：我的意思是，我们需要回过头来研究一下，看看如何才能让传感器发挥出更大的功效。我要指出的是，不论是咖啡机还是洗衣机，设备需要整合的远不止自身所需的数据。换一句话说就是，如果设备成为一个传感器节点，它就能听到您、看到您，帮助家庭实现情境感知以掌握消费者的现状。如果能够实现数据传输，其他设备的数据就能与您的设备数据关联并整合，帮助您更好地了解家庭消费者的现状。
C2：请您更详细地介绍一下传感器节点这个概念。
Tu：请想象一下：您的设备已经变成了传感器节点，现在除了用于监控电机的传感器之外，它还需要更多传感器。它需要装配麦克风，可能还需要摄像头以及其他传感器，以帮助实现情境感知，了解家里的情况。
摄像头只用于观察消费者的行为，无需消费者与之互动 — 只需感知消费者正和设备共处一室。
其他人就能获取相关数据并说，好的，现在我们知道消费者正在洗衣间。那么，我们可以用这一信息做点什么呢？我的意思说，我们应该就此发挥自己的创造力，当拥有更多数据的时候，您或许就能提供更多的服务，因为现在您可能已经知道消费者所处的情境。例如，如果检测到消费者正在洗衣间，那么传感器能否注意到炉子已经“沸腾”了五分多钟？也许。
C2：传感器企业有没有意识到这些用例所带来的商机？
Tu：没有，但这其中隐藏着大量商机 [图 2]。让我们来谈谈传感器企业对于移动领域有多重视。这些企业已关注到移动领域在过去几年间的崛起，并在琢磨：“如果我能进入移动领域，我就会迅速获得大量商机，我可以制造十亿个移动设备，生活会变得十分美好。”
图 2：据 Yole 分析，与传感器相关的 IoT 细分市场共有八个。（来源：Yole Development，发布于 2015 年传感器博览会。）
C2：很多公司在这方面都拥有不俗的表现，比如 ST Micro。最近，该公司报告称，在制造 MEMS 之前，他们是一家价值两亿美元的公司…而现在，他们已经拥有十亿身家，是 MEMS 领域全球排名第一的公司。
Tu：没错：智能手机开创了其他的市场。但您却缺乏移动市场以外的专业知识。在智能手机领域，如果您制造的是加速器或麦克风，您绝对可以将它整合到智能手机中，智能手机制造商拥有足够的专业知识，知道如何让此类传感器在其系统中顺畅运行。OEM 能够达到相应的水平。
一些传感器会提供某种数字输出，它们可以轻松地集成到系统中，但有些化学传感器甚至没有任何数字输出。回过头来想想我举过的洗衣机传感器平台例子，难点在于很多传感器都无法适应更为广泛的 IoT 领域。这是因为，举个例子，电梯制造商可能缺少知道如何在电梯中运用麦克风技术来实现语音识别的声学工程师。另外，传感器的数量可能要远远少于移动设备的数量。您也许能生产 10,000 个设备，对吗？
但这与 100 万以上智能手机数量还相距甚远。所以说，无论是图像传感器、麦克风还是加速器，问题的关键在于各个传感器相关专业知识的运用能力。您会看到有些公司，比如 ST 或 Bosch Sensortec，已经开始提供所谓的“统包算法”或“统包功能”，它们的重点在于加速器，而非处理器。在这个“统包”用例中，具备相应能力的企业现在可以将 [更加智能的传感器] 整合到自己的系统中，并轻松地打造出新的设备。因为他们知道加速器是关键所在，就算他们不知道 — 也不可能知道 — 加速器的工作原理，但他们仍知道加速器至关重要。
C2：我们已谈到了不断发展的巨大汽车市场。对于这一领域的传感器，您是怎么看的？
Tu：之前，我已经说过设备需要配备更多传感器，才能实现情境感知以掌握家中的情况。车辆也是如此，对吗？因为一辆车要真正地做到无人驾驶，就需要预测驾驶员的现状。换句话说，如果驾驶员突发心脏病，汽车需要掌握这一情况，以便进行接管。
或者，如果驾驶员分心，汽车也需要知道情况并加以接管。现在，要实现这些高级汽车功能，从无人驾驶的汽车到 ADAS [安全系统]，几乎都必须在方向盘中装配心率传感器，或装配成像摄像头，以便监控驾驶员和其他乘客。或是装配麦克风，以便时刻监听车内状况。这一领域还有很多不同的用例。例如，如果确切知道乘客所坐的位置或朝向，就可以加强安全气囊的部署，以应对车祸。
还记得他们为皮卡货车的乘客安全气囊装上切断开关的时候吗？或者类似地，祖母可能会因为身高比较矮或看不太清楚而一直把座位往前拉。但如果太靠近方向盘，两段式安全气囊可能会让人身受重伤。所以，汽车制造商会说，“我能判断出，这个人在发生车祸时距离安全气囊太近，我们还是把两段式气囊改成一段式好了。”
这就是情境感知。这是一种增值服务，即车辆甚至能在驾驶员知道自己想做什么之前就能为其提供相应的服务。
C2：我已经迫不及待地想要购买这样的产品了。那么是什么因素正阻碍您的愿景成为现实？
Tu：难题有几个。传感器多种多样且高度细分，很多新兴 IoT 系统都无法聘请到各类传感器所属领域的专家。另外，所采用的设计对于数字领域而言也不够友好。
所以，传感器企业必须以不同的方式来提升这一方面的价值链。假设一家麦克风传感器企业决定利用现有的 [双] 麦克风来实现自动音频波束成形，进而实现增值。这是一种增值，因为 IoT 系统设计师无需了解波束成形算法的编写方式，他只需整合两个产品，[传感器] 就能完成这一工作。
我希望有越来越多的传感器制造商能够提供我所谓的统包功能，因为这些产量较小的小型设计团队欠缺专业知识或设计能力。
C2：那么，ARM 会采取怎样的策略？
Tu：这些是妨碍 IoT 发展的另一些难题。我们正在研究 ARM 可以通过何种方式来帮助提升传感器内部数字计算能力的价值，以便让传感器成为一个内部含有智能麦克风或智能摄像头系统的黑盒子。[这个黑盒子] 还会为处理应用程序的另一个 ARM 处理器提供输入。比如说，Otis Elevator 可以采用语音识别命令传感器为电梯控制系统提供输入。
或者，回过头来说说加速器示例。我可以将一个加速器插入另一个加速器。现在我已经有两个加速器了，因为有时候有些人会说加速器非常智能化。或许我可以用这个来代替，不必另外再购买一个微控制器。但我认为黑盒子功能可以让设计团队更加轻松地增加这些感知功能。所以，他们不必成为专家。
C2：是不是有很多传感器企业都关注需求旺盛的移动或汽车领域之外的市场？
Tu：毫无疑问，一些产量较低的新入行企业一直跟不上飞快的发展速度，他们希望通过创新来实现业务的多样性。否则，他们可能无法在移动领域取胜，所以他们都在努力地开拓新市场。在我看来，有很多传感器企业都已经失去了自己的移动市场，或是达不到移动领域的价格点。现在，他们正通过一些增值措施来开拓新市场。
我认为 InvenSense、Bosch SensorTec、Freescale 和 ST Micro 的表现都非常出色；这些企业在食物链中所处的位置无疑正在上升。如果研究一下传感器的类型，您就会发现麦克风等都具备非凡的潜力。您可以进行波束成形、回声消除、气流消除、语音识别，如果将这些集成到麦克风中，均能实现增值。您会看到有些企业已经集成多种传感器，在一定程度上提升了智能化水平。以 mCube 为例，该企业制造了一个成本极低且有趣的单片式 CMOS 加速器。之后，他们还会开始整合 CPU 智能。
C2：那么甲烷、二氧化碳、汽油等化学传感器的情况又如何呢？
Tu：对于市场而言，其中的部分传感器都是非常新的产品，它们在移动市场中还未得到应用。我能看到市场上出现用于测量本地空气质量的移动传感器。
但都需要针对这些类型的传感器进行一定程度的功能替换；在我看来，很多化学传感器都可能会出现磨损，很多都能持续使用数月。
我曾在传感器博览会上和 Aryballe Technologies 这家公司合作过。这是一家非常有趣的公司，他们在 Raspberry Pi 的电路板上整合了一系列的化学传感器。他们真正关心的不是化学传感器部件的构建问题；而是想向您销售“解码环”，以解读其嗅觉和味觉化学传感器的输出值。
该公司目前在使用 ARM 处理器。但该处理器在传感器之外，所以并不像智能传感器。但 Aryballe 正利用计算能力让传感器发挥作用 - 绝无双关之意。而他们使用的正是基于 ARM 的 Raspberry Pi 电路板。
C2：ARM 是否需要进行任何开发或收购，以便实现您所描述的愿景，或是这一愿景的下一个阶段？
Tu：我认为，关键在于要像现在一样提供各种 IP，从 ARM Cortex®-M4 处理器到 Cortex-M7，但未来可能需要提供更多的 DSP 功能。因为其中的很多传感器都需要使用某个 DSP 功能。但我们所描述的各式传感器都表明，我们需要实现可扩展处理。我们已经做到这一点。所以说，如果您正在尝试制造一款智能传感器，也许 Cortex-M0 会是一个不错的选择。但如果您想生产一个传感器集合装置，如配备精良的洗衣机，那么 Cortex-M4 或 Cortex-M7 可能更适合您。
我们提供演示电路板和 HDK，并进行了相当规模的软件投资，正努力让其中部分软件实现商品化。在传感器博览会上，ARM 介绍了 ARM mbed™ OS 以及 ARM 正计划为 mbed OS 提供的所有不同软件层。
这是一个绝佳的示例，很好地显示了 ARM 是如何通过提供构建联网设备所需的基础软件来帮助实现创新的。我们可以提供有关可交付件的完整时间表。我认为这对市场很有吸引力，因为人们不必投入更多的资源来创建更多的软件或改造已有的软件。
C2：最后一个问题涉及到的可能不只是您的个人观点。除了您的这些“传道式”号召之外，ARM 是否有制定任何有效计划，来实现您的愿景并降低传感器制造商的入门门槛？
Tu：当然。在某些市场中，我们依靠生态系统提供帮助。在图像处理方面，我们正和生产手势识别软件的企业合作，此类软件与对象检测软件类似。而在麦克风领域，我们已经和 DSP Concepts 之类的小公司联手，他们能够提供相应的工具，利用图形构建块帮助您运用声学算法，因此系统很容易融合于一体。
再重申一次，ARM 拥有相应的生态系统，可以帮助这些企业更轻松地进入市场，更轻松地提升其在食物链中所处的位置。以麦克风为例，您可以使用 DSP Concept 的工具 Audio Weaver 来构建我们所谈到的这些算法类型，不用再配备大量工程人员来自行创建。任何人都能更轻松地创建这些算法。
本文由 ARM 赞助。