鑒于物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 提高了連接性，讓開發(fā)人員能夠在本地或云端進(jìn)行工作負(fù)載整合，從而以更少的投入讓各種復(fù)雜系統(tǒng)做得更多，并使人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 等高級功能得以應(yīng)用于邊緣端。
許多嵌入式、工業(yè)、汽車和醫(yī)療應(yīng)用都可獲益于 AI 和 ML。例如，工業(yè)系統(tǒng)可以采用視覺處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他類型的復(fù)雜算法來提高生產(chǎn)效率。為此，這些系統(tǒng)就必須能夠?qū)崟r處理大量數(shù)據(jù)。
某些應(yīng)用具有能夠連接至云端的優(yōu)勢，可借此獲取大量處理資源。例如，工業(yè)系統(tǒng)可將性能數(shù)據(jù)發(fā)送至云端以供后期處理，從而評估設(shè)備是否按預(yù)期運行。當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)異常時，可以采取相應(yīng)的修正措施（無論是手動操作還是通過調(diào)整操作算法），以提高性能并延長平均故障間隔時間。
不過，對于云訪問的延遲，許多應(yīng)用是無法接受的。例如，自主駕駛車輛做出的實時駕駛決策可能影響駕駛員安全，因而需要快速處理視頻。同樣，對于采用了視覺處理的工業(yè)系統(tǒng)，絕不能因數(shù)據(jù)處理而大幅減慢生產(chǎn)速度。
圖 1：NXP 的 S32V234 等處理器在單個芯片上集成了多個處理器，可在各種應(yīng)用中同時將實時視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理能力提升至新的水平。S32V234 包含圖像信號處理器 (ISP)、3D 圖形處理器單元 (GPU) 和雙 APEX-2 視覺加速器。（圖片來源：NXP）
NXP 的 S32V2 系列處理器可在各種應(yīng)用中同時將實時視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理能力提升至新的水平。例如，S32V234 包含圖像信號處理器 (ISP)、3D 圖形處理器單元 (GPU) 和雙 APEX-2 視覺加速器（見圖 1）。這款 MPU 可提供高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 所需的汽車級可靠性和功能安全方面的重要功能。此外，該處理器還集成了基于硬件的安全和加密功能，以確保數(shù)據(jù)完整性并保護(hù)系統(tǒng)免受黑客攻擊。
邊緣安全
在本地整合處理資源并在邊緣端使用 AI 和 ML 功能，存在若干缺點。其中，安全性首當(dāng)其沖。在智能邊緣應(yīng)用中，開發(fā)人員可以考慮采用三種方式來提高安全性，即保護(hù)完整性、保護(hù)隱私和保護(hù) IP。
保護(hù)完整性：修改系統(tǒng)代碼不是劫持系統(tǒng)的唯一方法。例如，智能系統(tǒng)基于實時數(shù)據(jù)做出決策，因此若對決策背后的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，就可以控制系統(tǒng)。假設(shè)有一臺工業(yè)電機(jī)正在進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，如果數(shù)據(jù)顯示電機(jī)負(fù)載過大，算法可以調(diào)整操作以減輕電機(jī)負(fù)載，從而延長其使用壽命。相反，若負(fù)載過小就增加負(fù)載。但是，如果黑客修改了輸入的電機(jī)數(shù)據(jù)，就可誘使算法調(diào)整操作，反而加大電機(jī)負(fù)載，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障或損壞。試想一下，如果黑客入侵的機(jī)器是用于診斷患者是否健康的醫(yī)療設(shè)備，后果何其嚴(yán)重。同樣，用戶也會對系統(tǒng)造成威脅。例如，個人或公司可能會為了“減少”電費支出而入侵電表。
保護(hù)隱私：尚不論保護(hù)用戶隱私的需求這個爭論不休的問題，《健康保險隱私及責(zé)任法案》(HIPAA) 和《通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例》(GDPR) 等法律，已將不注重隱私管理劃歸為代價不菲的失察。例如，對于需收集用戶數(shù)據(jù)的任何物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，尤其是醫(yī)療設(shè)備，如果用戶信息有可能會泄露，則公司可能面臨巨額罰款的風(fēng)險。
保護(hù) IP：隨著實時數(shù)據(jù)和低成本的處理資源可用于邊緣側(cè)，公司將面臨重大機(jī)遇，可借助 AI 和 ML 為產(chǎn)品增值。鑒于這是公司開發(fā)工作的重點所在，因此知識產(chǎn)權(quán) (IP) 可謂公司最重要的資產(chǎn)。
IP 是許多公司在競爭對手中脫穎而出的關(guān)鍵，尤其是那些主營“跟風(fēng)產(chǎn)品”的模仿者近來也開始憑借創(chuàng)新打開市場。如果 IP 唾手可得（例如能從處理器的存儲器中復(fù)制），那么 OEM 的 IP 投資反而會使其他公司受益。為了防止這種情況發(fā)生，OEM 需要一種可靠的方法來保護(hù)其固件和應(yīng)用程序代碼免遭復(fù)制。
為了應(yīng)對這類風(fēng)險，系統(tǒng)需要采取安全措施以保護(hù)數(shù)據(jù)完整性、隱私和系統(tǒng) IP。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)不僅需要保護(hù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和代碼，還需保護(hù)處理器內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)和代碼。
這種安全性需要通過硬件實現(xiàn)，不僅要包含加密算法，還需具有從根本上防止數(shù)據(jù)和代碼外泄的機(jī)制。例如，將代碼存儲于外部閃存，然后將其加載到處理器。代碼在閃存中就必須進(jìn)行加密保護(hù)，否則當(dāng)代碼加載到處理器時，黑客就能從存儲器總線上讀取代碼。此外，還需保護(hù)處理器固件的安全。如果固件疏于保護(hù)，那么黑客可以將惡意代碼加載到處理器，再通過處理器讀取和解密閃存中存儲的代碼。
圖 2：Texas Instruments 的 Sitara 系列處理器包含一系列功能強大的處理器，支持構(gòu)建安全系統(tǒng)所需的各種安全功能。（圖片來源：Texas Instruments）
Texas Instruments 的 Sitara 系列處理器是功能強大的嵌入式處理器的典范，支持構(gòu)建安全系統(tǒng)所需的各種安全功能（見圖 2）。借助 AM335x、AM4x、AM5x 和 AM6x 系列，開發(fā)人員可以構(gòu)建具有高性能、高連接性的可靠工業(yè) 4.0 應(yīng)用。
Sitara 的安全性在于安全引導(dǎo)，這是安全處理器的基礎(chǔ)。安全引導(dǎo)通過驗證引導(dǎo)固件的完整性來建立系統(tǒng)信任根。從這個受信任的已知根開始，再使用 AES 和 3DES 加密等標(biāo)準(zhǔn)加密技術(shù)以安全的方式啟動系統(tǒng)的其余部分。此外，代碼可以在外部閃存中加密存儲，以確保代碼的完整性并保護(hù) IP 免于被盜。有了安全代碼基礎(chǔ)基礎(chǔ)，OEM 就可以確保系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)隱私。
在邊緣端整合工作負(fù)載有助于系統(tǒng)實現(xiàn)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，從而提高整個應(yīng)用的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)效率。如今，像 S32V2 這樣的集成處理器僅憑單個芯片就能提供強大的功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全新的應(yīng)用。此外，OEM 也可以借此開發(fā)依賴于實時數(shù)據(jù)訪問的新功能。
不過，隨著數(shù)據(jù)處理向邊緣端發(fā)展，安全問題也隨之增加。為了確保數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)隱私和 IP 保護(hù)，處理器需要集成高級安全功能。Sitara 系列等嵌入式處理器集成了各種安全功能（例如安全引導(dǎo)和基于硬件的解密），使得 OEM 能夠構(gòu)建出真正安全的系統(tǒng)，從而幫助 OEM 將安全風(fēng)險降至最低，并減少最終用戶的潛在損失。
