5G與嵌入式的邂逅，M1808帶您體驗超速“浪漫”
背景介紹
第五代移動通信技術(shù)（5th generation wireless systems）簡稱5G或5G技術(shù)）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。回顧移動通信發(fā)展史,從1G 到4G 是通信技術(shù)的量變階段,從4G到5G 是從數(shù)字通信技術(shù)到智能信息技術(shù)的變革階段。5G網(wǎng)絡(luò)不再局限于提供人與人之間的通信，還將人與人之間的通信擴(kuò)展到萬物智能連接，打造全連接的數(shù)字化和智能化的社會。
主要特點：
- 超高的傳輸速率，5G網(wǎng)絡(luò)的下載速度高達(dá)10 Gbit/s,，比4G速度快100倍。
- 超低的時延，5G時代要達(dá)到毫秒級的端到端時延。這將促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)制造、遠(yuǎn)程醫(yī)療等對于安全性、可靠性、時延要求較高的特殊行業(yè)的發(fā)展。
- 超大的容量，5G的超高容量不僅讓我們告別網(wǎng)絡(luò)擁塞，還將開啟萬物互聯(lián)時代，涉及的領(lǐng)域包括物流、交通、安防、能源、醫(yī)療、建筑、制造、家居、零售和農(nóng)業(yè)。
應(yīng)用場景：
5G的特點決定了其應(yīng)用，應(yīng)用趨勢將主要體現(xiàn)在以下3個方面，萬物互聯(lián)IoT、生活云端化及智能交互AI。5G為萬物互聯(lián)設(shè)計能讓各類智能硬件始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)近幾年將是5G發(fā)展的主要動力，物聯(lián)網(wǎng)擁有傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、射頻識別,但物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的控制操作、數(shù)據(jù)處理操作的基石就是嵌入式系統(tǒng)。人工智能的終極目的是實現(xiàn)人類智力的替代，而它的智力也體現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)。
國際無線電通信部門(ITU-R)為5G定義的三大主要應(yīng)用場景：
- eMBB(增強移動寬帶)。具體來說，eMBB主要是速率的提升，未來5G標(biāo)準(zhǔn)要求單個5G基站至少能夠支持20Gbps的下行速率以及10Gbps的上行速率，主要應(yīng)對4K/8K超高清視頻、VR/AR等大流量應(yīng)用。
- URLLC(低時延高可靠)。URLLC要求5G的時延必須低于1ms，才能應(yīng)對無人駕駛、智能工廠等低時延應(yīng)用。
- mMTC(海量大連接)。mMTC場景是海量大連接，對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)等連接量較大的應(yīng)用。目前火熱發(fā)展的NB-IoT、LTE-M即屬于這種場景的前奏技術(shù)。
2，5G與嵌入式的“邂逅”
從前文的介紹可知，5G具備高速率、低時延、大容量三大特性,這與邊緣計算所具備的敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等特性非常吻合。5G也正在對邊緣分析和移動邊緣計算(MEC)提出新的需求,推動著計算模式正在從以前的將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心化計算資源去處理,轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒂嬎阗Y源轉(zhuǎn)移到位于數(shù)據(jù)產(chǎn)生點的新方式。這種轉(zhuǎn)變的原因包括:新興應(yīng)用嚴(yán)格的延遲要求、越來越龐大的數(shù)據(jù)量,以及優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的愿望等。
這對基于邊緣計算的嵌入式系統(tǒng)提出了更高的要求，同時也帶來了巨大的發(fā)展機遇。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，一般可分為嵌入式微處理器MPU、嵌入式微控制器MCU、嵌入式DSP處理器和嵌入式片上系統(tǒng)SoC。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的特點，5G設(shè)備將面對更復(fù)雜的物理協(xié)議、算法，對邏輯控制、接口速率要求提高，必將激發(fā)SoC架構(gòu)支持的系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，該架構(gòu)包括一個高性能CPU子系統(tǒng)和一些硬件處理單元?？偠灾?G高速發(fā)展的背景下，嵌入式技術(shù)也會得到長足的發(fā)展。
(1) 5G,萬物互聯(lián)下的嵌入式機會
5G高速度、低延遲的特點對于感知層硬件設(shè)備的向外傳輸簡直如虎添翼。通俗說來，在工業(yè)生產(chǎn)中,可以將生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)信息實時傳輸至服務(wù)器,把工業(yè)自動化控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、環(huán)境特定指標(biāo)監(jiān)測實時數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控端。在日常生活中,智能穿戴產(chǎn)品、智能家居、智能醫(yī)療、智能家庭安防領(lǐng)域 ,每個終端都能夠自由連通,那么它們的工作狀態(tài)將更加靈活,數(shù)據(jù)也可以實時共享,對我們生活更加意義非凡。由于無論設(shè)備大小、功能強弱,都需要帶聯(lián)網(wǎng)功能,現(xiàn)在使用的產(chǎn)品可能需要大批量更新?lián)Q代。這將是一次嵌入式產(chǎn)品的需求盛會。
(2) 5G,人工智能下的嵌入式機會
隨著科技的進(jìn)步, 某些單一重復(fù)的工作將逐漸被人工智能取而代之,比如售票員。現(xiàn)在來看各大芯片廠商開始向人工智能、邊緣計算發(fā)力,5G這個能讓數(shù)據(jù)飛起來的快車道,能夠有效促進(jìn)端點信息采集設(shè)備的研發(fā)?？梢灶A(yù)見的是,5G 時代,嵌入式AI類產(chǎn)品也會得到長足發(fā)展，最終實現(xiàn)5G+AI+嵌入式的系統(tǒng)化整合。
3.M1808，讓5G和邊緣計算賦能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
關(guān)于5G 的熱議,雖然目前更多的是聚焦于智能手機,但事實上,在5G的大應(yīng)用時代,智能手機只是其中很小的一部分,更多的應(yīng)用會聚焦于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等,并悄無聲息地滲透到人們的生活當(dāng)中。
在各個領(lǐng)域5G升級的構(gòu)建過程中，基礎(chǔ)硬件設(shè)備作為硬件層建設(shè)的中流砥柱，5G在網(wǎng)絡(luò)層面實現(xiàn)的升級，無疑將對其的性能產(chǎn)生更多需求。對于其中的嵌入式硬件商而言，在5G時代，也需面對市場，實現(xiàn)功能上的突破。在硬件層面需要打造具有外部環(huán)境兼容性的產(chǎn)品方案，提高對于外部環(huán)境的硬件打造能力，在網(wǎng)絡(luò)接口等方面實現(xiàn)優(yōu)化，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層面的升級。作為嵌入式領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，ZLG致遠(yuǎn)電子憑借二十余年在嵌入式領(lǐng)域的經(jīng)驗積累，也不斷在進(jìn)行新的嘗試，實現(xiàn)新突破。
在2020年初，ZLG首款人工智能AI核心板M1808正式發(fā)布。該款核心板采用高端雙核架構(gòu)，集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器NPU，內(nèi)置專業(yè)AI算法，為用戶提供“硬件+軟件+算法”系統(tǒng)化解決方案。M1808還有豐富的外設(shè)接口，便于應(yīng)用擴(kuò)展。視頻支持MIPI/CIF/BT1120輸入，支持MIPI/RGB顯示輸出；具有PWM/I2C/SPI/UART等一系列傳感器輸入輸出接口；具有USB3.0/USB2.0/PCIE等高速設(shè)備接口，因此ZLG M1808 AI核心板同時支持有方的N510M 5G模塊驅(qū)動。
M1808AI核心板搭配5G上網(wǎng)模塊Neoway N510M，產(chǎn)品具有出色的射頻性能，支持 5G、4G、3G，頻段覆蓋廣，支持SA與NSA組網(wǎng)方式，支持Sub-6GHz，覆蓋全面。集成各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，最大限度滿足eMBB場景下的超高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，是電力物聯(lián)網(wǎng)、安防監(jiān)控、智慧能源、工業(yè)控制、智慧交通等領(lǐng)域的最佳選擇。
4，5G模塊測試效果
下面我們一起來看看M1808AI核心板搭配5G上網(wǎng)模塊Neoway N510M有何表現(xiàn)吧。5G模塊的評估測試基于M1808平臺，把5G網(wǎng)絡(luò)通過M1808千兆網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)給其它設(shè)備，相當(dāng)于一臺“5G千兆路由器”，具備有線網(wǎng)卡的設(shè)備可通過M1808訪問外部網(wǎng)絡(luò)。
（1）開發(fā)環(huán)境
- 開發(fā)主機環(huán)境：Ubuntu16.04（64位）、Ubuntu18.04（64位）和m1808-sdk（交叉工具鏈）
- 硬件清單：M1808-EV-Board（搭配任意支持的核心板）、有方5G模塊N510M及評估板
- 軟件資源：內(nèi)核源碼包m1808-linux-kernel-4.4.194.zip（需要申請得到）
- 把5G模塊N510M安裝在Neoway_N510M_EVK評估板。通過TYPE.C線纜連接Neoway_N510M_EVK評估板的USB3.1接口和M1808-EV-Board的USB HOST接口（需短接OTG跳線）。
- 連接M1808-EV-Board和PC機的網(wǎng)卡。
- 接通Neoway_N510M_EVK評估板的電源，長按PWR ON/OFF鍵即可開機，開機后M1808主機端就可以識別到N510M。
（2）硬件連接
（2）其他準(zhǔn)備工作
- USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動；
- 添加RNDIS驅(qū)動；
- 添加IPtables驅(qū)動；
- 編譯內(nèi)核；
- 修改文件系統(tǒng)；
- 更新M1808固件。
在所有的準(zhǔn)備工作完成以后（詳細(xì)步驟：https://manual.zlg.cn/web/#/15?page_id=5017），就可以對M1808搭載5G模塊的網(wǎng)速進(jìn)行測試了。用網(wǎng)線連接電腦和M1808-EV-Board的千兆網(wǎng)口，斷開電腦已連接的其它網(wǎng)絡(luò)（比如WiFi），把有線本地連接配置成自動獲取地址模式，電腦就能上網(wǎng)了。電腦打開瀏覽器并訪問測速網(wǎng)https://www.speedtest.cn/ 或https://www.speedtest.net，點擊“測速”按鈕進(jìn)行測試，下圖分別是聯(lián)通和電信4G網(wǎng)絡(luò)條件下的測試結(jié)果。
聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果
電信網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果
隨著5G技術(shù)的不斷落地，其將不再是一個名詞，而會更加真實的深入我們的生活，對于未來的生活場景，激發(fā)出無限的新遐想。5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會帶來工業(yè)領(lǐng)域變革，也對工業(yè)發(fā)展有了新的要求，在嵌入式硬件模塊，ZLG致遠(yuǎn)電子將鼎力相持，加速5G在工業(yè)領(lǐng)域的布局。
