5G最突出的優點在于低時延和高速通信,它會給嵌入式產業帶來哪些機會呢?在各領域5G升級構建過程中,基礎硬件設備作為硬件層建設的中流砥柱, 硬件廠商又需要做哪些方面的準備和改變呢?本文將為您詳細解讀。

認識5G

背景介紹

第五代移動通信技術(5th generation wireless systems)簡稱5G或5G技術)是最新一代蜂窩移動通信技術。回顧移動通信發展史,從1G 到4G 是通信技術的量變階段,從4G到5G 是從數字通信技術到智能信息技術的變革階段。5G網絡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展到萬物智能連接,打造全連接的數字化和智能化的社會。

主要特點:

超高的傳輸速率,5G網絡的下載速度高達10 Gbit/s,比4G速度快100倍;

超低的時延,5G時代要達到毫秒級的端到端時延。這將促進車聯網、工業制造、遠程醫療等對于安全性、可靠性、時延要求較高的特殊行業的發展;

超大的容量,5G的超高容量不僅讓我們告別網絡擁塞,還將開啟萬物互聯時代,涉及的領域包括物流、交通、安防、能源、醫療、建筑、制造、家居、零售和農業。

應用場景:

5G的特點決定了其應用,應用趨勢將主要體現在以下3個方面,萬物互聯IoT、生活云端化及智能交互AI。5G為萬物互聯設計能讓各類智能硬件始終處于聯網狀態,物聯網近幾年將是5G發展的主要動力,物聯網擁有傳感器、無線網絡、射頻識別,但物聯網系統的控制操作、數據處理操作的基石就是嵌入式系統。人工智能的終極目的是實現人類智力的替代,而它的智力也體現在嵌入式系統。

國際無線電通信部門(ITU-R)為5G定義的三大主要應用場景:

eMBB(增強移動寬帶)。具體來說,eMBB主要是速率的提升,未來5G標準要求單個5G基站至少能夠支持20Gbps的下行速率以及10Gbps的上行速率,主要應對4K/8K超高清視頻、VR/AR等大流量應用;

URLLC(低時延高可靠)。URLLC要求5G的時延必須低于1ms,才能應對無人駕駛、智能工廠等低時延應用;

mMTC(海量大連接)。mMTC場景是海量大連接,對應物聯網等連接量較大的應用。目前火熱發展的NB-IoT、LTE-M即屬于這種場景的前奏技術。

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、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等特性非常吻合。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據發送到中心化計算資源去處理,轉變為將計算資源轉移到位于數據產生點的新方式。這種轉變的原因包括:新興應用嚴格的延遲要求、越來越龐大的數據量,以及優化網絡資源的愿望等。

這對基于邊緣計算的嵌入式系統提出了更高的要求,同時也帶來了巨大的發展機遇。嵌入式處理器是嵌入式系統的核心部件,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SoC。根據5G網絡的特點,5G設備將面對更復雜的物理協議、算法,對邏輯控制、接口速率要求提高,必將激發SoC架構支持的系統進一步發展,該架構包括一個高性能CPU子系統和一些硬件處理單元。總而言之,在5G高速發展的背景下,嵌入式技術也會得到長足的發展。

1、 5G,萬物互聯下的嵌入式機會

5G高速度、低延遲的特點對于感知層硬件設備的向外傳輸簡直如虎添翼。通俗說來,在工業生產中,可以將生產設備狀態信息實時傳輸至服務器,把工業自動化控制、設備狀態監測、環境特定指標監測實時數據傳輸至監控端。在日常生活中,智能穿戴產品、智能家居、智能醫療、智能家庭安防領域 ,每個終端都能夠自由連通,那么它們的工作狀態將更加靈活,數據也可以實時共享,對我們生活更加意義非凡。由于無論設備大小、功能強弱,都需要帶聯網功能,現在使用的產品可能需要大批量更新換代。這將是一次嵌入式產品的需求盛會。

2、5G,人工智能下的嵌入式機會

隨著科技的進步,某些單一重復的工作將逐漸被人工智能取而代之,比如售票員。現在來看各大芯片廠商開始向人工智能、邊緣計算發力,5G這個能讓數據飛起來的快車道,能夠有效促進端點信息采集設備的研發。可以預見的是,5G 時代,嵌入式AI類產品也會得到長足發展,最終實現5G+AI+嵌入式的系統化整合。

M1808,讓5G和邊緣計算賦能工業物聯網

關于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的大應用時代,智能手機只是其中很小的一部分,更多的應用會聚焦于工業互聯網、物聯網、車聯網等,并悄無聲息地滲透到人們的生活當中。

在各個領域5G升級的構建過程中,基礎硬件設備作為硬件層建設的中流砥柱,5G在網絡層面實現的升級,無疑將對其的性能產生更多需求。對于其中的嵌入式硬件商而言,在5G時代,也需面對市場,實現功能上的突破。在硬件層面需要打造具有外部環境兼容性的產品方案,提高對于外部環境的硬件打造能力,在網絡接口等方面實現優化,實現網絡層面的升級。作為嵌入式領域的領導者,ZLG致遠電子憑借二十余年在嵌入式領域的經驗積累,也不斷在進行新的嘗試,實現新突破。

在2020年初,ZLG首款人工智能AI核心板M1808正式發布。該款核心板采用高端雙核架構,集成神經網絡處理器NPU,內置專業AI算法,為用戶提供“硬件+軟件+算法”系統化解決方案。M1808還有豐富的外設接口,便于應用擴展。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等高速設備接口,因此ZLG M1808 AI核心板同時支持有方的N510M 5G模塊驅動。

M1808AI核心板搭配5G上網模塊Neoway N510M,產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組網方式,支持Sub-6GHz,覆蓋全面。集成各種網絡協議并提供行業標準接口,最大限度滿足eMBB場景下的超高速數據傳輸應用,是電力物聯網、安防監控、智慧能源、工業控制、智慧交通等領域的最佳選擇。

5G模塊測試效果

下面我們一起來看看M1808AI核心板搭配5G上網模塊Neoway N510M有何表現吧。5G模塊的評估測試基于M1808平臺,把5G網絡通過M1808千兆網卡轉發給其它設備,相當于一臺“5G千兆路由器”,具備有線網卡的設備可通過M1808訪問外部網絡。

1、開發環境

開發主機環境: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:內核源碼包m1808-linux-kernel-4．4．194．zip(需要申請得到)。

2、硬件連接

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。

3、其他準備工作

USB轉串口驅動;

添加RNDIS驅動;

添加IPtables驅動;

編譯內核;

修改文件系統;

更新M1808固件。

在所有的準備工作完成以后,就可以對M1808搭載5G模塊的網速進行測試了。用網線連接電腦和M1808-EV-Board的千兆網口,斷開電腦已連接的其它網絡(比如WiFi),把有線本地連接配置成自動獲取地址模式,電腦就能上網了。電腦打開瀏覽器并訪問測速網,點擊“測速”按鈕進行測試,下圖分別是聯通和電信4G網絡條件下的測試結果。

聯通網絡測試結果

電信網絡測試結果

隨著5G技術的不斷落地,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,激發出無限的新遐想。5G在工業領域的應用會帶來工業領域變革,也對工業發展有了新的要求,在嵌入式硬件模塊,ZLG致遠電子將鼎力相持,加速5G在工業領域的布局。