技术解读：5G与嵌入式的邂逅

5G最突出的优点在于低时延和高速通信,它会给嵌入式产业带来哪些机会呢?在各领域5G升级构建过程中,基础硬件设备作为硬件层建设的中流砥柱, 硬件厂商又需要做哪些方面的准备和改变呢?本文将为您详细解读。

 认识5G

背景介绍

第五代移动通信技术(5th generation wireless systems)简称5G或5G技术)是最新一代蜂窝移动通信技术。回顾移动通信发展史,从1G 到4G 是通信技术的量变阶段,从4G到5G 是从数字通信技术到智能信息技术的变革阶段。5G网络不再局限于提供人与人之间的通信,还将人与人之间的通信扩展到万物智能连接,打造全连接的数字化和智能化的社会。

主要特点:

超高的传输速率,5G网络的下载速度高达10 Gbit/s,比4G速度快100倍;

超低的时延,5G时代要达到毫秒级的端到端时延。这将促进车联网、工业制造、远程医疗等对于安全性、可靠性、时延要求较高的特殊行业的发展;

超大的容量,5G的超高容量不仅让我们告别网络拥塞,还将开启万物互联时代,涉及的领域包括物流、交通、安防、能源、医疗、建筑、制造、家居、零售和农业。

应用场景:

5G的特点决定了其应用,应用趋势将主要体现在以下3个方面,万物互联IoT、生活云端化及智能交互AI。5G为万物互联设计能让各类智能硬件始终处于联网状态,物联网近几年将是5G发展的主要动力,物联网拥有传感器、无线网络、射频识别,但物联网系统的控制操作、数据处理操作的基石就是嵌入式系统。人工智能的终极目的是实现人类智力的替代,而它的智力也体现在嵌入式系统。

国际无线电通信部门(ITU-R)为5G定义的三大主要应用场景:

eMBB(增强移动宽带)。具体来说,eMBB主要是速率的提升,未来5G标准要求单个5G基站至少能够支持20Gbps的下行速率以及10Gbps的上行速率,主要应对4K/8K超高清视频、VR/AR等大流量应用;

URLLC(低时延高可靠)。URLLC要求5G的时延必须低于1ms,才能应对无人驾驶、智能工厂等低时延应用;

mMTC(海量大连接)。mMTC场景是海量大连接,对应物联网等连接量较大的应用。目前火热发展的NB-IoT、LTE-M即属于这种场景的前奏技术。

 5G与嵌入式的“邂逅”

从前文的介绍可知,5G具备高速率、低时延、大容量三大特性,这与边缘计算所具备的敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等特性非常吻合。5G也正在对边缘分析和移动边缘计算(MEC)提出新的需求,推动着计算模式正在从以前的将数据发送到中心化计算资源去处理,转变为将计算资源转移到位于数据产生点的新方式。这种转变的原因包括:新兴应用严格的延迟要求、越来越庞大的数据量,以及优化网络资源的愿望等。

这对基于边缘计算的嵌入式系统提出了更高的要求,同时也带来了巨大的发展机遇。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件,一般可分为嵌入式微处理器MPU、嵌入式微控制器MCU、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统SoC。根据5G网络的特点,5G设备将面对更复杂的物理协议、算法,对逻辑控制、接口速率要求提高,必将激发SoC架构支持的系统进一步发展,该架构包括一个高性能CPU子系统和一些硬件处理单元。总而言之,在5G高速发展的背景下,嵌入式技术也会得到长足的发展。

1、 5G,万物互联下的嵌入式机会

5G高速度、低延迟的特点对于感知层硬件设备的向外传输简直如虎添翼。通俗说来,在工业生产中,可以将生产设备状态信息实时传输至服务器,把工业自动化控制、设备状态监测、环境特定指标监测实时数据传输至监控端。在日常生活中,智能穿戴产品、智能家居、智能医疗、智能家庭安防领域 ,每个终端都能够自由连通,那么它们的工作状态将更加灵活,数据也可以实时共享,对我们生活更加意义非凡。由于无论设备大小、功能强弱,都需要带联网功能,现在使用的产品可能需要大批量更新换代。这将是一次嵌入式产品的需求盛会。

2、5G,人工智能下的嵌入式机会

随着科技的进步,某些单一重复的工作将逐渐被人工智能取而代之,比如售票员。现在来看各大芯片厂商开始向人工智能、边缘计算发力,5G这个能让数据飞起来的快车道,能够有效促进端点信息采集设备的研发。可以预见的是,5G 时代,嵌入式AI类产品也会得到长足发展,最终实现5G+AI+嵌入式的系统化整合。

 M1808,让5G和边缘计算赋能工业物联网

关于5G 的热议,虽然目前更多的是聚焦于智能手机,但事实上,在5G的大应用时代,智能手机只是其中很小的一部分,更多的应用会聚焦于工业互联网、物联网、车联网等,并悄无声息地渗透到人们的生活当中。

在各个领域5G升级的构建过程中,基础硬件设备作为硬件层建设的中流砥柱,5G在网络层面实现的升级,无疑将对其的性能产生更多需求。对于其中的嵌入式硬件商而言,在5G时代,也需面对市场,实现功能上的突破。在硬件层面需要打造具有外部环境兼容性的产品方案,提高对于外部环境的硬件打造能力,在网络接口等方面实现优化,实现网络层面的升级。作为嵌入式领域的领导者,ZLG致远电子凭借二十余年在嵌入式领域的经验积累,也不断在进行新的尝试,实现新突破。

在2020年初,ZLG首款人工智能AI核心板M1808正式发布。该款核心板采用高端双核架构,集成神经网络处理器NPU,内置专业AI算法,为用户提供“硬件+软件+算法”系统化解决方案。M1808还有丰富的外设接口,便于应用扩展。视频支持MIPI/CIF/BT1120输入,支持MIPI/RGB显示输出;具有PWM/I2C/SPI/UART等一系列传感器输入输出接口;具有USB3．0/USB2．0/PCIE等高速设备接口,因此ZLG M1808 AI核心板同时支持有方的N510M 5G模块驱动。

M1808AI核心板搭配5G上网模块Neoway N510M,产品具有出色的射频性能,支持 5G、4G、3G,频段覆盖广,支持SA与NSA组网方式,支持Sub-6GHz,覆盖全面。集成各种网络协议并提供行业标准接口,最大限度满足eMBB场景下的超高速数据传输应用,是电力物联网、安防监控、智慧能源、工业控制、智慧交通等领域的最佳选择。

 5G模块测试效果

下面我们一起来看看M1808AI核心板搭配5G上网模块Neoway N510M有何表现吧。5G模块的评估测试基于M1808平台,把5G网络通过M1808千兆网卡转发给其它设备,相当于一台“5G千兆路由器”,具备有线网卡的设备可通过M1808访问外部网络。

1、开发环境

开发主机环境:Ubuntu16．04(64位)、Ubuntu18．04(64位)和m1808-sdk(交叉工具链);

硬件清单:M1808-EV-Board(搭配任意支持的核心板)、有方5G模块N510M及评估板;

软件资源:内核源码包m1808-linux-kernel-4．4．194．zip(需要申请得到)。

2、硬件连接

把5G模块N510M安装在Neoway_N510M_EVK评估板。通过TYPE．C线缆连接Neoway_N510M_EVK评估板的USB3．1接口和M1808-EV-Board的USB HOST接口(需短接OTG跳线);

连接M1808-EV-Board和PC机的网卡;

接通Neoway_N510M_EVK评估板的电源,长按PWR ON/OFF键即可开机,开机后M1808主机端就可以识别到N510M。

3、其他准备工作

USB转串口驱动;

添加RNDIS驱动;

添加IPtables驱动;

编译内核;

修改文件系统;

更新M1808固件。

在所有的准备工作完成以后,就可以对M1808搭载5G模块的网速进行测试了。用网线连接电脑和M1808-EV-Board的千兆网口,断开电脑已连接的其它网络(比如WiFi),把有线本地连接配置成自动获取地址模式,电脑就能上网了。电脑打开浏览器并访问测速网,点击“测速”按钮进行测试,下图分别是联通和电信4G网络条件下的测试结果。

联通网络测试结果

电信网络测试结果

随着5G技术的不断落地,其将不再是一个名词,而会更加真实的深入我们的生活,对于未来的生活场景,激发出无限的新遐想。5G在工业领域的应用会带来工业领域变革,也对工业发展有了新的要求,在嵌入式硬件模块,ZLG致远电子将鼎力相持,加速5G在工业领域的布局。