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【IOT大廠佈局】探究Microsoft Azure Sphere技術方案

作者:陸向陽

在之前的文章 — 《Amazon推廣AWS IoT的最後一塊拼圖:a: FreeRTOS》 中,筆者曾介紹 “a:FreeRTOS”是Amazon整體物聯網技術策略的一環,而目前在雲端市場上最具份量的業者,除了Amazon的AWS(Amazon Web Services)外,就是Microsoft的Azure與Google的GCP(Google Cloud Platform)或稱Google Cloud,更次則為IBM Cloud。

對於物聯網的前端技術佈局,Google早在2015年5月就提出Android Things(更早之前稱為Brillo)為物聯網前端裝置所用的作業系統,Amazon則在2017年11月提出a:FreeRTOS,而Microsoft直到2018年4月才提出相似定位的技術方案,稱為Azure Sphere。

Azure Sphere MT3620 Development Kit(圖片來源

Azure Sphere基本介紹

Azure Sphere是由三部分所構成,一個是微控制器晶片(MCU)、一個是在微控制器晶片上執行的嵌入式作業系統(OS),還有一個是與之對應的雲端服務。真正與Android Things、a:FreeRTOS對應抗衡的是Azure Sphere OS。

在這裡先說明一點名稱的典故,Microsoft與其雲端服務有關的方案多會冠上Azure一詞,例如其物聯網雲端服務稱為Azure IoT,其中又包含了Azure IoT Hub、Azure IoT、Azure IoT Edge、Azure IoT Central、Azure IoT Suite等,而去年第二季,Microsoft推出放置於客戶端執行的Azure雲單執行環境方案則稱為Azure Stack,以Azure開頭為名的軟體、服務、技術方案有非常多。

Sphere(球體)一詞在資訊技術(IT)產業相當常用,一些知名的軟體多以此為名,如IBM的中介軟體WebSphere,VMware的虛擬化系統軟體vSphere等。(題外話,資訊技術產業愛用的另外一個詞是Cube(立方體),多用在硬體上,但不知為何,以Cube為名的硬體產品多半不熱銷,如Steve Jobs(賈柏斯)創立的NeXT所推出的NeXTCube工作站,之後在Apple時期推出的PowerPC G4 Cube桌上型電腦也是賣一年就停產,其他如Nintendo(任天堂)的GameCube遊樂器、ASUS(華碩)的CUBE with Google TV。)

回歸正題,Microsoft提出的Azure Sphere,與Amazon、Google不同的地方在於強調全層面、全環節的安全性,安全性從MCU晶片的設計開發階段就已經進行要求,然後OS作業系統也是。最後連線運作時,將資料傳遞到雲端的過程標榜安全晶片、安全軟體、安全雲端服務。

在具體發展上,Microsoft與聯發科合作,以聯發科的MT3620晶片來發展Azure Sphere MCU,從目前的報導來看,Microsoft有意以自家品牌推廣此晶片,因為晶片外打印Microsoft字樣,但估計為了擴大與加速發展,也會採行與Amazon相同政策,即廣泛對晶片商提供Azure Sphere認證,合乎其安全規範則可使用,或者是授權晶片電路技術供他人量產。

Azure Sphere OS未來發展

至於Azure Sphere OS方面,Microsoft已坦言是以Linux為基礎所修改成,COMPUTEX展上的Azure Sphere方案解說人員表示,未來有可能將Azure Sphere OS的原始程式碼開放出來,目前仍在封閉階段。

至此有一個疑問:Azure Sphere OS需要多少硬體效能與硬體資源才能執行?目前這方面的資訊尚未完整,但以MT3620晶片來推敲,至少需要500MHz Cortex-A7、4MB SRAM系統記憶體才行。另外,晶片內有個Pluton(冥王星)安全子系統,是另一個獨立系統在運作,該系統有一個Cortex-M4F核心,搭配特有的Pluton引擎,來實現晶片層面的安全性。

微軟的物聯網的生態體系:連網微控制器(MCU)、Linux核心,與Azure Sphere雲端服務(圖片來源

晶片內針對I/O部份也使用2個Cortex-M4F核心,在Wi-Fi無線收發方面則再用一個晶心科技(Andes)的N9核心。有趣的是,過去聯發科於2014年針對創客提出的LinkIt Connect 7681,其晶片MT7681的核心就是使用N9,而聯發科也有投資晶心。

以4MB記憶體來看,Azure Sphere OS正好介於Android Things與a:FreeRTOS間,Android Things官方要求32MB~64MB以上記憶體,a:FreeRTOS則是16KB~64KB,看來科技大廠對物聯網前端裝置的終極硬體規格形貌,仍在嘗試探索中。

小結

另外,各位可能會好奇Azure Sphere支援的通訊協定,就目前所知,似乎僅支援Wi-Fi一類,然而多數的物聯網作業系統為了加速普及化,多半廣泛支援多種通訊協定,即便是Apple的HomeKit都支援Wi-Fi與藍牙(Bluetooth)兩類。因此,Azure Sphere仍在很前期的發展階段,講究的是三環節的完整串連,各環節的發展都很初步,未來才可能擴展延伸強化。

至於雲端服務方面,則是由Microsoft自家的Azure雲端服務提供全程加密,另外前述的各類Azure IoT服務與軟體也能與之呼應。其他的支援項目當然也包含Microsoft最知名的程式開發工具Visual Studio。

最後,由於要500MHz Coretex-A7核心、4MB記憶體,筆者估計,短期內無法使用於電池運作的物聯網裝置上。事實上,現有的Microsoft介紹中,似乎都是暗示電冰箱、洗衣機等有插頭的家電內使用Azure Sphere,或者Microsoft未來會再推行適合電池運作的Azure Sphere方案。

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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