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1990年11月27日，英國(guó)劍橋有一家叫做Advanced RISC Machines (ARM)的公司成立。這家從Acorn和Apple Computer的合資公司獨(dú)立出來(lái)的企業(yè)，在成立三年后推出了ARM7架構(gòu)，間接推動(dòng)了九十年代的手機(jī)熱潮，并開啟了專注于指令集和架構(gòu)的授權(quán)經(jīng)營(yíng)方式。
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時(shí)至25年后的今日，可能連ARM公司的創(chuàng)始人也沒(méi)想到，該公司能夠取得現(xiàn)在的成就。截止到2015年第三季度，基于ARM架構(gòu)的全球出貨量超過(guò)750億，且ARM架構(gòu)在85%的智能移動(dòng)設(shè)備中得到應(yīng)用，尤其是在我們熟悉的智能手機(jī)領(lǐng)域，有95%的設(shè)備用的都是基于ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)的處理器。
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這些成績(jī)歸功于其上千家合作伙伴和其獨(dú)特的商業(yè)模式。ARM公司的產(chǎn)品并不是芯片，而是半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），通過(guò)授權(quán)的模式向芯片公司或硬件系統(tǒng)廠商提供ARM先進(jìn)的IP技術(shù)，并收取授權(quán)廠商的授權(quán)費(fèi)。廠商在獲得這些IP后，則可以進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)與開發(fā)。并在出貨以后交付相關(guān)版權(quán)稅。
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在過(guò)去嵌入式設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備高速發(fā)展的日子里，ARM公司憑借其優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)，通過(guò)IP授權(quán)的模式獲得了可觀的利潤(rùn)和增長(zhǎng)率，，而在如今物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)的大環(huán)境下，ARM公司也厲兵秣馬，用全新的產(chǎn)品、技術(shù)和模式切入新市場(chǎng)，卡位下一波成長(zhǎng)機(jī)會(huì)。
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滿足物聯(lián)網(wǎng)需求的Mali-470
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ARM公司豐富的IP產(chǎn)品中，GPU IP是其重要的組成部分，根據(jù)ARM公司的數(shù)據(jù)顯示，截止2014年，基于ARM Mali的GPU芯片全球出貨量超過(guò)5.5億，這些產(chǎn)品應(yīng)用在75%的數(shù)字電視、超過(guò)50%的安卓平板電腦和超過(guò)35%的智能手機(jī)。而在面向上萬(wàn)億的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，ARM新推出了GPU產(chǎn)品Mali-470，新產(chǎn)品是專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的。
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據(jù)ARM多媒體處理器事業(yè)部市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Dennis Laudick介紹，和前一代產(chǎn)品Mali-400相比，Mali-470要在節(jié)能性方面進(jìn)行了優(yōu)化，其功耗大約只有前者的一半，能效提高兩倍。另外，Mali-470針對(duì)屏幕分辨率優(yōu)化能效，單核心配置可達(dá)640x640屏幕分辨率，多核心配置則可達(dá)更高分辨率，在提高畫面幀頻并改善整體即時(shí)響應(yīng)能力的同時(shí)，降低芯片成本。芯片尺寸比Mali-400縮小10%。這也使其更適合被那些電池容量和散熱能力有限的設(shè)備使用，比如可穿戴設(shè)備。而在性能方面，Mali-470維持在了和Mali-400相同的水平，也就是說(shuō)其節(jié)能性的提升并非是以犧牲性能而獲得的。
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“目前大多數(shù)的Android、Android Wear和其他新興系統(tǒng)均采用了OpenGL ES2.0應(yīng)用程序接口和驅(qū)動(dòng)棧，而OpenGL ES2.0也的確可以讓用戶界面可以在像素控制和能效之間取得理想的平衡，因此Mali-470用的也是OpenGL ES2.0 標(biāo)準(zhǔn)?！盌ennis Laudick說(shuō)。
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現(xiàn)代GPU的使用一般是和CPU搭配設(shè)計(jì)，而ARM同時(shí)作為出貨量巨大的CPU和GPU IP廠商，在Mali-470和CPU IP的搭配上有什么要求呢？
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Dennis Laudick表示，Mali-470可在低功耗芯片上與同樣主打節(jié)能性的Cortex-A7或A53處理器設(shè)計(jì)配合工作。同時(shí)還支持一核到四核的多種搭配。
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在人們對(duì)可穿戴顯示日益增加的前提下，首款搭載此GPU的設(shè)備預(yù)計(jì)將于2016年底推出，這將會(huì)是ARM在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)攻城拔寨的重要棋子。
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基于ARMv8-A架構(gòu)的Cortex A35處理器
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在介紹這個(gè)新產(chǎn)品之前，我們先要了解一下什么是架構(gòu)。所謂的架構(gòu)就是“指令集體系結(jié)構(gòu)”，我們平常說(shuō)的ARMv8、ARMv7-A、ARMv6等都是ARM設(shè)計(jì)的一些RISC指令集。而所謂指令集體系結(jié)構(gòu)就是ARM公司推出的一整套的精簡(jiǎn)指令，它是計(jì)算機(jī)最低層的命令，比如說(shuō)應(yīng)用程序需要從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，那么最后就是通過(guò)調(diào)用ARM設(shè)計(jì)的指令是實(shí)現(xiàn)內(nèi)存讀取。
Cortex A35基本介紹
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ARM公司最新的ARM-v8-A架構(gòu)是近20年來(lái)，ARM架構(gòu)變動(dòng)最大的一次。它引入的Execution State、Exception Level、Security State等新特性，已經(jīng)突破了我們們對(duì)ARM架構(gòu)的傳統(tǒng)認(rèn)知。而新架構(gòu)對(duì)處理器的提升也是明顯的，新推出Cortex A35處理器就可以完全體現(xiàn)其特性。
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ARM處理器部門市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)Ian Smythe表示，Cortex-A35是其有史以來(lái)能效最高的處理器，還具備ARMv8-A架構(gòu)所具有的軟件成熟性和64位運(yùn)算性能。而其目標(biāo)功耗不超過(guò)125毫瓦，而且已經(jīng)在28nm工藝、1GHz頻率下做到了90毫瓦。如果采用16/14nm工藝的話，可以在保持功耗不變甚至更低的前提下，輕松超過(guò)2GHz。但一般來(lái)說(shuō)廠商會(huì)以 28nm 制程為主，因?yàn)檫@是性價(jià)比的最佳節(jié)點(diǎn)。
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作為 ARM Cortex-A7 的繼任者，Cortex-A35不但擁有Cortex-A7處理器的功耗水平和ARM big.LITTLE?多核可配置性，還具備ARMv8-A架構(gòu)所具有的軟件成熟性和64位運(yùn)算性能。ARM 有著更佳的功耗以及性能表現(xiàn)，其中平均性能與效率部分可以提升 20%。?
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而與Cortex-A53相比，Cortex-A35可以保留80-100％的性能，但是功耗降低32％、面積縮小25％，能效提升25％。Cortex-A35可以和Cortex-A53、Cortex-A57、Cortex-A72等大核心搭配，組成big.LITTLE混合架構(gòu)系統(tǒng)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)能效。
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這些優(yōu)越的性能來(lái)自于其精妙的設(shè)計(jì)，Cortex-A35在架構(gòu)上和Cortex-A53、Cortex-A7類似還是順序有限雙發(fā)射設(shè)計(jì)，8級(jí)流水線，但是精心優(yōu)化改進(jìn)了每一個(gè)模塊，甚至融入了A72上的而一些最新元素，性能和能效都大幅度提升。
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尤其是在前端，Cortex-A35重新設(shè)計(jì)了指令預(yù)取單元，提升了分支預(yù)測(cè)精度，指令預(yù)取帶寬更加平衡，指令隊(duì)列也更小了。
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它還采用了Cortex-A53的緩存、內(nèi)存架構(gòu)，可配置8-64KB一級(jí)指令和數(shù)據(jù)緩存、128KB-1MB二級(jí)緩存，加入了NEON/FP單元，改進(jìn)了存儲(chǔ)性能，支持完整流水線的雙精度乘法，還為CPU核心、NEON流水線都配備了硬件保留狀態(tài)(獨(dú)立電源域)以提升電源管理效率。
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未來(lái)的移動(dòng)市場(chǎng)會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，ARM靠Cortex-A7已經(jīng)征服了不少開發(fā)者，而全新的Cortex-A35作為全球最高功效的64位移動(dòng)處理器，將為消費(fèi)者在移動(dòng)和嵌入式市場(chǎng)帶來(lái)64位運(yùn)算的優(yōu)勢(shì)。
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內(nèi)含TrustZone技術(shù)的ARMv8-M架構(gòu)保設(shè)備安全
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在各種設(shè)備大爆發(fā)的環(huán)境下，尤其是在萬(wàn)物互聯(lián)的現(xiàn)狀下，如何保證設(shè)備的安全成為各大半導(dǎo)體原廠和開發(fā)商關(guān)注的問(wèn)題，ARM公司作為半導(dǎo)體上游的IP提供商，從IP層級(jí)入手，協(xié)助開發(fā)者解決安全問(wèn)題，這一切都來(lái)源于其TrustZone技術(shù)。在介紹TrustZone之前，我們要明晰一個(gè)概念，這里的ARMv8-M架構(gòu)和上一節(jié)的ARMv8-A架構(gòu)的區(qū)別在于前者只面向Cortex-M系列產(chǎn)品的開發(fā)，且只支持32位；而后者則可以開發(fā)32或64位的Cortex-A處理器。
TrustZone介紹
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回到TrustZone，這是ARM針對(duì)消費(fèi)電子設(shè)備安全所提出的一種架構(gòu)。我們知道對(duì)于設(shè)備的安全威脅，可以有幾種形態(tài)的解決方案：
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（1） 外部的硬件安全模塊
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比如設(shè)備上的SIM卡。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是SIM卡具有特定的軟硬件安全特性，能夠保護(hù)卡內(nèi)的密鑰等資源，而且要攻破其防護(hù)所付出的代價(jià)很高。缺點(diǎn)就是與設(shè)備的接口通訊速度低，而且不能保護(hù)用戶界面的安全，即與用戶交互的數(shù)據(jù)的安全，所以在交易支付方面該方案還不能提供好的保護(hù)；
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（2） 內(nèi)部的硬件安全模塊
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即把類似于智能卡的功能直接放到SoC里面。這種方式也只能保護(hù)諸如密鑰之類的資源，不能保護(hù)用戶交互數(shù)據(jù)。在SoC里面有兩個(gè)核：一個(gè)普通的app核和一個(gè)安全核。兩個(gè)核之間的通信速度也會(huì)比較低。而且在占用SoC面積，調(diào)試端口的訪問(wèn)控制等方面也需要很小心謹(jǐn)慎；
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（3） 軟件虛擬化
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虛擬化技術(shù)如果要保護(hù)用戶界面的安全，就需要在GPU的控制上加入很多的驗(yàn)證，這對(duì)于圖形處理的性能也會(huì)產(chǎn)生較大影響。同時(shí)，調(diào)試端口也仍然是一個(gè)問(wèn)題。
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ARM公司的TrustZone的硬件架構(gòu)則是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的安全體系的擴(kuò)展，目標(biāo)是防范設(shè)備可能遭受到的多種特定威脅（注意這種威脅除了來(lái)自惡意軟件，黑作坊，還有可能來(lái)自設(shè)備的持有人）。系統(tǒng)的安全，是通過(guò)將SoC的硬件和軟件資源劃分到兩個(gè)世界來(lái)獲得的。
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根據(jù)ARM處理器部門總經(jīng)理James McNiven介紹：“ARM的TrustZone CryptoCell產(chǎn)品系列將數(shù)據(jù)保護(hù)提升到了新的水準(zhǔn)。這一增強(qiáng)的安全技術(shù)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)硬件安全附加層，實(shí)現(xiàn)高價(jià)值資產(chǎn)的隔離存儲(chǔ)，提供優(yōu)化的加密法和對(duì)重要信息的生命周期管理?！?/span>
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這個(gè)全新的ARMv8-M架構(gòu)幫助開發(fā)者更輕松、便捷地編寫代碼，覆蓋從最高能效到最高性能的基于ARMv8-M架構(gòu)的各種處理器。它還能更簡(jiǎn)便地將低功耗的ARM Cortex-M處理器與性能更強(qiáng)Cortex-A處理器整合，進(jìn)而研發(fā)更高性能的系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）產(chǎn)品。通過(guò)提升行業(yè)設(shè)計(jì)高端嵌入式SoC的能力，ARM為智能互聯(lián)技術(shù)帶來(lái)了更多機(jī)遇。所有對(duì)安全數(shù)據(jù)的分析和使用會(huì)帶來(lái)全新價(jià)值的領(lǐng)域都將得益于此，包括健康、識(shí)別或者工廠機(jī)器管理。
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而作為對(duì)ARMv8-M架構(gòu)的補(bǔ)充，ARM AMBA 5 AHB5規(guī)范已經(jīng)推出，將TrustZone安全性基礎(chǔ)從處理器拓展至嵌入式設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)。全新的AHB互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已開放下載，它增加了安全控制和更多的內(nèi)存類型，以滿足更高性能嵌入式系統(tǒng)的要求。AMBA 5 AHB5支持ARMv8-M架構(gòu)和TrustZone技術(shù)。
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一個(gè)產(chǎn)品解決了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者對(duì)微控制器關(guān)注的安全性、可擴(kuò)展性和開發(fā)者效率三個(gè)問(wèn)題，可見ARM在這款產(chǎn)品上是下了一番苦工的。而這種既可以隔離軟件和數(shù)據(jù)，又可以隔離硬件的產(chǎn)品，勢(shì)必會(huì)受到市場(chǎng)的歡迎。
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免費(fèi)的Cortex-M0處理器IP
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在文章的開頭，我們提到ARM的盈利模式主要是靠IP授權(quán)，而其授權(quán)模式主要分為三種：
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（1） 處理器授權(quán)
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ARM設(shè)計(jì)好一顆CPU或者GPU，然后授權(quán)賣給伙伴。買下它們后，你只能照著圖紙實(shí)現(xiàn)，能發(fā)揮的地方不多，但是如何實(shí)現(xiàn)你就隨便了，比如配置哪些模塊、幾個(gè)核心、多少緩存、多高頻率、什么工藝、誰(shuí)來(lái)代工等等。
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ARM也會(huì)給你提供指導(dǎo)輔助，但如何將方案變成芯片、設(shè)定在什么規(guī)格，就看你的了。
（2） 處理器優(yōu)化包/物理IP包授權(quán)(POP)
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如果你想做ARM處理器，但無(wú)奈實(shí)力有限，那怎么辦呢？ARM很貼心地準(zhǔn)備了一系列的優(yōu)化處理器設(shè)計(jì)方案，你可以根據(jù)自己的需要，挑選合適的直接拿過(guò)去用。
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這樣你可以快速搞出產(chǎn)品，代價(jià)也很低，當(dāng)然能自由發(fā)揮的空間就小了，處理器類型、代工廠、工藝都是規(guī)定好的，比如Cortex-A12處理器，就要求你在臺(tái)積電使用28nm HPM工藝生產(chǎn)，或者在Global Foundries使用28-SLP工藝。
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（3） 架構(gòu)/指令集授權(quán)
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如果你實(shí)力雄厚，可以僅購(gòu)買ARM的架構(gòu)/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究設(shè)計(jì)芯片，高通Krait、蘋果Swift就是典型代表。
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這些自行設(shè)計(jì)的處理器和ARM的是指令集兼容的，但并沒(méi)有直接可比性，比如你不能說(shuō)Krait 400、Cortex-A15誰(shuí)更好更壞，它們是同一級(jí)別的不同實(shí)現(xiàn)方案而已。
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如果你成為了ARM的授權(quán)人，有兩部分錢是必須交的：前期授權(quán)費(fèi)(upfront license fee)、版稅(royalty)。其它收費(fèi)項(xiàng)目還有不少，比如軟件工具、技術(shù)支持等等。前期授權(quán)費(fèi)一般少則100萬(wàn)美元，多則1000萬(wàn)美元(也可能更少或者更多)，一次性付清。具體多少取決于所購(gòu)授權(quán)技術(shù)的復(fù)雜程度。版稅則是每賣出一顆芯片交一點(diǎn)，通常是售價(jià)的1-2％。
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這些高昂的授權(quán)費(fèi)用，就提高了芯片的開發(fā)門檻。在物聯(lián)網(wǎng)對(duì)芯片高需求時(shí)期，在代工廠和非晶圓廠模式非常清晰的時(shí)期。一些有想法、有創(chuàng)意的芯片開著困于授權(quán)費(fèi)的高昂，無(wú)法將創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)。ARM公司有見及此，特意改變了Cortex-M0的授權(quán)方式，助力物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。
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按照ARM處理器部門總經(jīng)理James McNiven說(shuō)法，ARM公司將為采用ARM Cortex-M0處理器進(jìn)行商業(yè)化之前的SoC元件的設(shè)計(jì)、原型建模和制造的設(shè)計(jì)人員提供免費(fèi)的Cortex-M0處理器IP，以及低成本的FPGA原型建模。
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“設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)ARM DesignStart門戶網(wǎng)站獲取這一打包服務(wù)，具體包括：Cortex-M0處理器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具包（SDK），其中包括系統(tǒng)IP、外設(shè)、測(cè)試平臺(tái)以及相關(guān)軟件；一份關(guān)于完整的ARM Keil? MDK開發(fā)工具的90天免費(fèi)授權(quán)許可?！?James McNiven補(bǔ)充說(shuō)。
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但這種授權(quán)也不是完全免費(fèi)的。
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James McNiven表示，開發(fā)者如果希望對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行商業(yè)化量產(chǎn)，可以以40,000美元的價(jià)格購(gòu)買簡(jiǎn)化的、標(biāo)準(zhǔn)化的快速授權(quán)，從而將ARM Cortex-M0處理器相關(guān)IP、SDK和Keli MDK開發(fā)工具用于商業(yè)目的，同時(shí)還能得到來(lái)自ARM的技術(shù)支持。當(dāng)然銷售階段的版權(quán)稅也是需要繳付的。
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簡(jiǎn)化授權(quán)模式，降低門檻，讓更多定制化的IC可以面向市場(chǎng)，這對(duì)開發(fā)者是一件大幸事，希望ARM的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)能涌現(xiàn)更多的芯片商，壯大國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體芯片體系。
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mbed：ARM一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)江湖的利器？
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現(xiàn)在幾乎所有的半導(dǎo)體廠商言必談物聯(lián)網(wǎng)，硬件開發(fā)商也基本都關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)，大家那么熱衷，主要是奔著物聯(lián)網(wǎng)醞釀出的萬(wàn)億大市場(chǎng)。ARM除了用處理器去占領(lǐng)市場(chǎng)外，還希望用mbed去一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的江湖。
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mBed是ARM公司針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)提供的一套用于快速開發(fā)ARM架構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用原型的工具集，包括免費(fèi)的軟件庫(kù)（Software Development Kit, SDK），硬件設(shè)計(jì)參考（Hardware Development Kit, HDK）和基于Web的在線編譯環(huán)境（mBed Compiler）三部分具體內(nèi)容。
mbed合作伙伴的增加
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也就是ARM mbed首先通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)硬件抽象層，屏蔽不同MCU廠商提供了微處理之間的差異，給開發(fā)者提供一個(gè)統(tǒng)一的硬件抽象層；再提供一個(gè)硬件參考設(shè)計(jì)，這個(gè)面向用戶開發(fā)的HDK提供了統(tǒng)一了程序上載接口，單步調(diào)試接口，串口調(diào)試接口，用戶無(wú)需購(gòu)買其它硬件就可以開始軟件開發(fā)工作；同時(shí)為了省去用戶開發(fā)環(huán)境安裝的麻煩，mbed提供了一個(gè)完備的基于瀏覽器的微處理器軟件開發(fā)環(huán)境，包括代碼編寫，程序編譯，版本控制等功能，用戶只要上網(wǎng)就可以開發(fā)，編譯結(jié)果只要下載保存到mbed開發(fā)板上即可工作，非常方便。
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總結(jié)來(lái)說(shuō)，mbed 可幫助您簡(jiǎn)便快捷地構(gòu)建自己的嵌入式連接設(shè)備，從規(guī)劃到原型設(shè)計(jì)再到生產(chǎn)。mbed 之所以能做到這一點(diǎn)，是通過(guò)允許您在可與所有支持 mbed 的硬件搭配使用的操作系統(tǒng)（mbed 操作系統(tǒng)）上編寫軟件，該操作系統(tǒng)還能使用我們的 mbed 設(shè)備連接器服務(wù)連接到云。也就是說(shuō)ARM mbed物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平臺(tái)提供了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)的所有關(guān)鍵組件，通過(guò) ARM 的 mbed 操作系統(tǒng)、mbed 設(shè)備服務(wù)器以及 mbed 社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建安全高效的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
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這個(gè)平臺(tái)也獲得了不錯(cuò)的成績(jī)。
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2014年，只有6萬(wàn)開發(fā)者使用mbed進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但2015年這個(gè)數(shù)字上升到15萬(wàn)。同樣的連接到mbed開發(fā)環(huán)境的設(shè)備的使用次數(shù)也從去年的290萬(wàn)上升到今年的430萬(wàn)。mbed的合作伙伴也從2014年的25家上升到今年的超過(guò)55個(gè)。
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然而ARM這個(gè)通過(guò)一個(gè)平臺(tái)統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)的想法是否行得通則未可知，我們知道谷歌、華為和Intel這些廠商也希望通過(guò)其OS來(lái)一統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。ARM是去統(tǒng)一這些標(biāo)準(zhǔn)，還是說(shuō)讓更多的競(jìng)爭(zhēng)者在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而盡力去籠絡(luò)自己的客戶。這些方式孰是孰非也暫未能判斷，但ARM作為設(shè)備內(nèi)核的主供應(yīng)商，無(wú)論哪種方式，這個(gè)領(lǐng)域的生意是只會(huì)有增無(wú)減的。
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從這些產(chǎn)品，我們可以看出，ARM對(duì)未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)是勢(shì)在必得。傳統(tǒng)產(chǎn)品的鞏固也是理所當(dāng)然?？磥?lái)Intel想從ARM手里搶走這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)大餅，還需要多花費(fèi)一些功夫。
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論