在接受模块和标准接口的平台上构建物联网设备
模块化和标准化代表了处理复杂性的两种主要策略。如果给定的函数可以包含在一个已定义的物理或抽象(即:软件)空间中，并通过其接口及其功能进行定义，那么它和其他函数可以用于构建非常大的系统，这些系统仍然是可管理和可理解的。物联网就是一个很好的例子。它几乎是无限复杂的，但普通用户仍然可以访问，并可以通过创新的添加几乎超出限制的扩展。
虽然物联网的多样性和复杂性让人望而生畏，但它也显示了一种结构和模块化，使其相当容易理解。这种结构和模块化也极大地促进了系统和控制它们的软件的开发，如果采用相同的模块化、结构、兼容性和灵活性的思想，使开发过程相当易于管理。
物联网由四个主要部件组成:低级传感器和执行器、边缘路由器或网关设备、互联网本身和云。根据应用程序的需求，这些组件的实际交互方式以及每个组件所需的软件数量可能会有很大的不同(图1)。
图1:物联网的四个主要层次具有标准POSIX API的RTOS可以大大增强不同级别的适应性。
例如，前两个级别-边设备而网关设备是数据收集和控制实际发生的地方。这些可以是小型传感器、驱动器或智能控制设备的私人网络，所有这些最终都连接到互联网和云。这些层也是我们发现嵌入设备的典型层机器对机器配置．因此，多个传感器和执行器可以安装在一台机器上，而这台机器本身就在系统的边缘，它们可以通过IP地址从外部进入，或者由机器内部的软件控制，而机器本身又与边缘路由器相连。对于连接的嵌入式设备来说，复杂性并不陌生，模块化和标准化的使用在这个级别上也是必不可少的。根据所开发系统的结构，可以将模块化和标准化应用到开发过程中。
重要的是要把互联网、组成它的系统及其组件视为模块化结构，也作为模块化方法的过程开发活动,可以分配给特定的团队和个人谁能找出解决他们的指定组件与其他组件的上下文中定义的接口,通过沟通与自己的团队成员和其他合作团队的成员。幸运的是，有一些开发方法可以作为这种方法的指导。这也适用于开发的最早期阶段，也就是所谓的“平台”。
平台不是什么深奥的东西，而是由现成的组件组成，这些组件可以组装成一个聚焦的功能环境，以增加独特的功能，代表设备对客户的实际价值。通常，嵌入式设备的平台将包括一个选定的单片机或者是微处理器与操作系统一起提供所需的功能、通信协议和驱动程序支持的芯片内外外设。操作系统的硬件接口和软件接口都应该遵循众所周知的标准。然后，开发人员可以从这一点开始，增加所需的应用程序及其各种功能的价值，并添加所需的操作系统模块、通信协议、芯片外外设及其驱动程序(图2)。
图2:飞思卡尔的这个单板开发平台包括一个ARM Cortex-M4处理器和一组片上外设和接口，允许进一步的外设连接。它提供了一个可配置的Unison RTOS包，开发者可以根据目标系统的需要进行设置，并立即开始开发特定的应用程序。
所选操作系统的特性很重要。如果它与POSIX等知名API一起工作，这是一个很大的优势，原因有二。首先,POSIX API它与Linux类似，为许多开发人员所熟悉。其次，有大量与posix兼容的第三方开源软件可用，它们可以适应正在开发的系统的需要。所选RTOS也应该支持不同的MCU和MPU架构的良好选择，使其更容易的开发人员已经为其他项目选择了一个适应RTOS。对于每个支持的体系结构，RTOS应该支持设备家族的不同成员，这对于客户可能希望构建的未来升级、产品版本或产品家族非常重要。
另一个问题是，尽管可能有无数的软件组件用于不同的应用程序需求，但对于给定的项目，只会选择其中的一小部分。它们可以包括各种通信协议以及功能模块，如存储系统、浮点数学或视频模块。这个RTOS有你的项目所需的所有组件吗?如果不是，你会找到与这个内核工作吗?你必须对它们进行测试——时间和现金的成本是多少?如果你自己写的话也是一样的。RTOS中预先测试和文档化的模块越多，您就越有信心可以在不经过彻底测试和确认的情况下使用它们，这可以节省大量的时间和金钱。这意味着更少的时间花在搜索和合格的开源组件上。在提交之前，您可以确保RTOS拥有您需要的所有(或大部分)组件。
从组件到精益流程
所有这些兼容性和资格的问题不仅仅涉及将碎片组装在一起的能力。它们构成了对项目和过程的认识的基础，可以扩展到影响整个组织。使用平台的方法不仅构成了设计的基础，它还提供了所谓的基础精益产品设计。由丰田首创的精益开发方法结合了必要软件组件的基于标准的平台的使用，以及由个人能力互补的人员组成的集成工作团队。这些团队成员经常相互沟通，但他们自己计划自己的工作和工作计划。这同样适用于不同的工作团队，每个团队都有自己的任务或“模块”要处理，但也要与其他工作团队进行通信。由于这些模块共享标准接口，它们可以在项目结束时组装成一个完整的系统，如图3中的汽车示例所示。
图3:在精益产品开发中，不同的小组1-3工作在逐渐更先进的发动机和刹车系统。在给定的车型年的最后一个可能的时间，技术插入发生了，创造了渐进的改进和技术插入越早越好。在当前型号年未使用的版本可以在以后年份使用或放弃;例如，Engine2集团的发动机可以在第二年用于基本型号。各种组件是标准化的混合和匹配选项，使底盘平台。
精益方法具有基于平台的模块化和兼容性，因此很容易适应性．设计几乎从来不是静态的，而是必须响应客户对增强和添加功能的需求。如上所述，具有通用硬件接口的微控制器和微处理器系列也应该提供不同的功能，以大大增强适应性。使用这种方法，核心mcu或mpu可以被替换，新的布局可以快速而轻松地实现，知道应用软件将不需要更改就可以运行，设备驱动程序已经经过测试、验证并准备就绪。使用新部件降低功耗、增加内存、提高性能或增加新的连接性的能力，只关注需要更改的系统部分，而不是一个完整的新设计，减少了上市时间和总拥有成本。
很明显，关键的设计决策不仅仅在于实时操作系统的选择还有一个处理器，但更重要的是选择一个平台，它结合了可扩展性，适应性和长期的可扩展性。它包括一个(或多个)具有这些特性的处理器族，以及一个RTOS，该RTOS具有类似的适应目标系统需求的能力，以及适应和平滑扩展未来需求的能力。
除了文件系统、通信协议、无线支持、视频支持等标准功能之外，还应该有对安全性的强大支持。安全性是一个问题，从最低级别的设备驱动程序一直到应用程序的编码标准。正如坚实的硬件/软件平台是设备设计的基础一样，它也是安全的基石。它既影响到附加组件的选择，也影响到实时操作系统的基本设计。
RTOS提供一个补充资格预审的安全组件,可以选择性地连接并集成到操作系统映像可以去很远的地方朝着建立一个安全的系统,还可以安全地与元素在其网络环境和外部系统,它必须沟通。在沟通方面，这包括传输层安全(TLS)，它取代了安全套接字层(SSL)、IPSec/VPN、安全无线连接和加密/解密等。安全RTOS的其他固有特征包括安全引导服务与加密的安全远程字段服务的组合，以及在检测到不成功的尝试或攻击时自动回退到原始状态。
我们已经注意到许多使用平台方法更容易获得的特征，包括精益过程中,适应性和安全．其他包括安全，这取决于安全以及功能保障。辅助安全的实时系统的两个主要特点是确定性和紧急停止(停止)的即时启动。确定性提供了可预测性，可以进行测试，并允许系统快速停止和重新启动以应对紧急情况。
有了物联网，我们有了一套新的标准连接系统。由于传感器的范围非常广泛，而且传感器用于更广泛的系统，因此连接具有更广泛的意义。无线意味着无线调制方案的任何子集和所使用的协议也有很大的增长。它们现在包括无线:Wi-Fi, Wi-Fi mesh, Bluetooth Classic和Bluetooth Smart/Smart Ready，与6 802.15.4 lowpan、3G、4G和超高频。电缆连接解决方案也很广泛。串行I/O，异步和同步，SPI, SDIO, I2C,我2S, USB, CAN和互联网连接都将经过测试，验证和测试。
为了使系统完整，额外的协议应该包括控制和连接的机械，内存，显示，摄像头和传感器系统，以及先进的存储设备，如闪存，RAM和MMC接口。当然，这些系统都会连接到云，通常传递大量数据。
“从坚实的基础开始”的告诫既适用于嵌入式互联系统的设计，也适用于建筑行业。从一个模块化的、基于标准的、可适应的、可配置的实时操作系统和处理器的组合开始，并专注于未来的扩展和增强，可能是成功的关键。这适用于上市时间、初始开发费用、可维护性和满足未来客户需求的能力。
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