嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)的急劇增長(zhǎng)，所有的目光都轉(zhuǎn)向嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，他們的任務(wù)是將微處理器，連接和操作系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，這些系統(tǒng)涵蓋從最小的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到嵌入大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各種應(yīng)用。系統(tǒng)。

據(jù)IDC稱，智能系統(tǒng)市場(chǎng)將從今年的14億部增長(zhǎng)到2019年的22億部。雖然營(yíng)銷人員和金融家可能對(duì)收入前景垂涎三尺，但這對(duì)嵌入式系統(tǒng)意味著什么?設(shè)計(jì)師?從我的扶手椅來(lái)看，我很容易猜到這些挑戰(zhàn)可能是電氣工程設(shè)計(jì)面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)的重點(diǎn)：尺寸，成本，功耗和上市時(shí)間。我最近向ARM的培訓(xùn)經(jīng)理Chris Shore和IAR Systems公司的高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師Shawn Prestridge詢問(wèn)了這個(gè)問(wèn)題。 Shore和Prestridge都是ARM TechCon技術(shù)計(jì)劃委員會(huì)(TPC)的成員，并將在下周的圣克拉拉ARM TechCon會(huì)議上就這些主題發(fā)表演講。

設(shè)計(jì)

最大的設(shè)計(jì)方面的考慮是Shore“正在掌握多核平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中的安全系統(tǒng)，彈性和可靠的編程以及節(jié)能開(kāi)發(fā)?！笨梢钥隙ǖ氖?，這些是嵌入式貿(mào)易期刊和會(huì)議中經(jīng)常討論的主題?？紤]到整個(gè)開(kāi)發(fā)周期，Prestridge指出縮短產(chǎn)品上市時(shí)間與增加設(shè)計(jì)功能是一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。這是一個(gè)市場(chǎng)上常見(jiàn)的痛點(diǎn)，隨著許多新玩家進(jìn)入該領(lǐng)域而變得“熱”。

Prestridge說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵的瓶頸是，今天可用的許多電路板只能讓設(shè)計(jì)師“走到成功的一半”。他們需要的功能。“因此，他們需要使用其他可用的硬件和軟件完成其余的設(shè)計(jì)。然后，工程師必須進(jìn)入嚴(yán)格的測(cè)試周期，以確保一切都在壓力下工作良好，并且與他們添加的硬件和軟件的集成盡可能無(wú)缺陷。他指出，使用“參考設(shè)計(jì)以及具有智能功能的可信工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)試和代碼分析，即使設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加，也可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間?！?/p>

Power

但能效呢?不只是工程師正在研究以前所未有的電池供電設(shè)備，以降低功耗并尋找創(chuàng)造性的電源選擇。 Prestridge指出，在過(guò)去十年中，綠色工程運(yùn)動(dòng)已經(jīng)引起所有團(tuán)隊(duì)關(guān)注他們的產(chǎn)品碳足跡，無(wú)論他們是電池操作還是插在墻上。 “綠色工程運(yùn)動(dòng)已經(jīng)讓工程師考慮如何充分利用他們使用的每一種電子，市場(chǎng)已經(jīng)做出回應(yīng)，讓人們很容易獲得流行設(shè)備的低功耗變體，”他補(bǔ)充道。此外，Prestridge觀察到，由于新的調(diào)試工具將能耗與源代碼聯(lián)系起來(lái)，因此更容易確定設(shè)計(jì)的功耗曲線，“因此，設(shè)計(jì)節(jié)能是硬件和軟件工程師的責(zé)任?！?> Shore認(rèn)為，軟件和硬件都需要實(shí)現(xiàn)能源效率。他指出，需要完成工作，編寫真正節(jié)能的軟件，并說(shuō)“工具正在出現(xiàn)，支持這一點(diǎn)，但業(yè)界有很多需要學(xué)習(xí)的東西?！?/p>

經(jīng)典的權(quán)衡之一是權(quán)力和性能之間。如何在嵌入式設(shè)計(jì)中解決這個(gè)問(wèn)題? Shore提供了一些提示：

?精心設(shè)計(jì)軟件以利用硬件提供的設(shè)施

?確保您始終了解硬件的確切用途?具有深入的節(jié)能知識(shí)您的平臺(tái)提供的設(shè)施

?認(rèn)真，認(rèn)真地設(shè)計(jì)您的軟件(從算法到機(jī)器代碼)?仔細(xì)設(shè)計(jì)中斷處理程序

Prestridge說(shuō)他的公司IAR Systems已經(jīng)做了很多研究，幫助開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)最佳的功率和性能組合。他建議從軟件方面來(lái)看，一種好的方法是優(yōu)化代碼以提高速度，這樣您就可以快速將微控制器置于低功耗狀態(tài)。 (他指出，許多商業(yè)RTOS已經(jīng)在他們的產(chǎn)品中利用了這一點(diǎn)。)但是，如果應(yīng)用程序不斷處理數(shù)據(jù)，他建議您找到微控制器的最小時(shí)鐘頻率，這仍然可以讓您獲得所需的吞吐量。 (這種方法還要求您優(yōu)化代碼以提高速度，這樣可以實(shí)現(xiàn)盡可能低的時(shí)鐘頻率。)

安全性

您似乎無(wú)法就物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行對(duì)話沒(méi)有討論安全或最新汽車黑客的日子。 Shore指出，物聯(lián)網(wǎng)中的安全挑戰(zhàn)不僅需要在硬件和架構(gòu)方面，還需要在軟件設(shè)計(jì)方面得到滿足。隨著時(shí)間的推移，“安全只會(huì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)變得更加重要，”肖爾補(bǔ)充道?！癙restridge指出(盡管最近引人注目的是黑客行為)汽車行業(yè)多年來(lái)一直致力于安全保障，醫(yī)療和航空航天業(yè)。直到最近，安全才成為商業(yè)和耐用品的關(guān)注點(diǎn)。 Prestridge概述了這一挑戰(zhàn)：“功能安全認(rèn)證的工具還不夠;代碼分析工具(靜態(tài)和運(yùn)行時(shí))可以通過(guò)在設(shè)計(jì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)之前發(fā)現(xiàn)經(jīng)典緩沖區(qū)溢出漏洞等內(nèi)容來(lái)幫助找出潛在的安全問(wèn)題。通過(guò)使用代碼分析工具，開(kāi)發(fā)人員可以在檢查構(gòu)建之前預(yù)防這些問(wèn)題。通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)專業(yè)安全要求的獨(dú)立第三方組織進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試的預(yù)認(rèn)證工具，整個(gè)公司可以節(jié)省寶貴的時(shí)間和金錢?！?/p>

展望未來(lái)

Shore提供了一些分離建議：“現(xiàn)在，在許多情況下，現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)與5年前的桌面系統(tǒng)一樣復(fù)雜。嵌入式開(kāi)發(fā)人員需要了解和利用幾年前僅作為桌面社區(qū)專屬的設(shè)計(jì)和編碼技術(shù)。到目前為止，這些工具可以帶你進(jìn)入，開(kāi)發(fā)人員有一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，就像超標(biāo)量處理器，無(wú)序內(nèi)存，緩存，多核平臺(tái)等事情進(jìn)行自我教育?！?/p>

Prestridge認(rèn)為這很棒前進(jìn)的方向是查看潛在的供應(yīng)商/合作伙伴的示例項(xiàng)目，因?yàn)樗鼈儗?duì)于在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)方面領(lǐng)先一步至關(guān)重要。他還說(shuō)，一次為一個(gè)代碼塊添加軟件功能有助于更容易識(shí)別故障所在。 “這就是為什么使用與盡可能多的半導(dǎo)體合作伙伴合作的工具鏈至關(guān)重要的原因，以便您擁有最廣泛，最深入的示例。當(dāng)您可以從可靠代碼的大型存儲(chǔ)庫(kù)中獲取并具有同樣可靠的工具鏈來(lái)調(diào)試應(yīng)用程序時(shí)，您最有可能滿足項(xiàng)目的日程安排?！?/p>