嵌入式硬件的軟件開(kāi)發(fā)工具趨勢(shì)

都說(shuō)手里只有錘子的人，看什么都像釘子。為正確的工作使用正確的工具對(duì)于任何技術(shù)職業(yè)的有效性和效率都是至關(guān)重要的。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)也不例外。也就是說(shuō)，直到最近，針對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)的工具還缺乏針對(duì)桌面、Web 和移動(dòng)開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)工具中的改進(jìn)和現(xiàn)代功能集。此外，對(duì)微控制器和 FPGA 進(jìn)行編程歷來(lái)需要相當(dāng)昂貴的硬件編程器/調(diào)試器和專有軟件許可證。最近對(duì)更多開(kāi)源生態(tài)系統(tǒng)（例如，RISC-V 微處理器、Arduino IDE 等）的推動(dòng)，可以說(shuō)對(duì)許多嵌入式開(kāi)發(fā)工具的穩(wěn)健性和用戶友好性產(chǎn)生了積極影響。

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)：許多開(kāi)發(fā)人員喜歡使用簡(jiǎn)單的文本編輯器進(jìn)行編碼，尤其是 Linux 上的 Vim 或 Nano。它們是輕量級(jí)的，默認(rèn)情況下幾乎可以在每個(gè) Linux 發(fā)行版中找到。然而，現(xiàn)代代碼編輯器和 IDE 提供了更多的功能，這使得它們對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)人員非常有吸引力。此外，許多嵌入式硬件制造商提供特定于其各種微控制器系列的定制 IDE。以制造商為中心的 IDE 提供了許多優(yōu)勢(shì)，例如訪問(wèn)外部組件的支持庫(kù)、多個(gè)微控制器的模板以及幫助開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始使用新硬件的示例。

版本控制工具：如果不是連續(xù)的，軟件開(kāi)發(fā)就什么都不是。此外，很少有單個(gè)開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)?；蛘咧辽伲度胧介_(kāi)發(fā)人員必須與移動(dòng)或 Web 開(kāi)發(fā)人員合作，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)往往是更大軟件生態(tài)系統(tǒng)的一部分。Git 等版本控制工具提供了在整個(gè)開(kāi)發(fā)周期中管理源代碼迭代的能力。GitHub 和 GitLab 是兩個(gè)流行的基于云的源代碼和其他設(shè)計(jì)文件存儲(chǔ)庫(kù)。版本控制、發(fā)布管理和錯(cuò)誤報(bào)告只是使用版本控制工具的部分好處。但是，也有一些缺點(diǎn)。主要是它們已成為網(wǎng)絡(luò)安全攻擊鏈的一部分，因?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員有時(shí)會(huì)不小心留下用戶名、密碼、或他們推送到公開(kāi)可用存儲(chǔ)庫(kù)的提交中的加密密鑰。然后，不良行為者會(huì)搜索這些存儲(chǔ)庫(kù)以查找該信息并將其整合到他們的惡意軟件攻擊中。

調(diào)試器：從歷史上看，調(diào)試微控制器意味著昂貴的硬件。在線仿真器 (ICE) 是插入更廣泛系統(tǒng)的微控制器插座的設(shè)備。它們?cè)试S實(shí)時(shí)執(zhí)行固件，同時(shí)還提供調(diào)試功能，例如寄存器和內(nèi)存訪問(wèn)、條件斷點(diǎn)和跟蹤緩沖區(qū)。更常見(jiàn)且更便宜的是在線調(diào)試器 (ICD)。通常，設(shè)備位于開(kāi)發(fā)人員工作站和目標(biāo)微控制器之間，并允許通過(guò)在線串行編程 (ICSP) 協(xié)議進(jìn)行調(diào)試。某些現(xiàn)代微控制器開(kāi)發(fā)板甚至內(nèi)置調(diào)試 ICSP 硬件，并通過(guò)直接連接目標(biāo)開(kāi)發(fā)板和開(kāi)發(fā)人員工作站的 USB 電纜進(jìn)行訪問(wèn)。

Linter：當(dāng)我們寫(xiě)文章或報(bào)告時(shí)，我們通過(guò)拼寫(xiě)和語(yǔ)法檢查工具運(yùn)行最終草稿。linter 是一個(gè)類似的概念，但用于源代碼。linter 靜態(tài)地查看源代碼（即，在編譯之前，而不是在機(jī)器代碼在目標(biāo)設(shè)備上運(yùn)行時(shí)），并且可以檢測(cè)由風(fēng)格錯(cuò)誤、配置錯(cuò)誤、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤、庫(kù)依賴性錯(cuò)誤引起的問(wèn)題。這些錯(cuò)誤會(huì)影響從可讀性到阻止成功編譯的任何事情。

GitHub Copilot：幾十年來(lái)，自動(dòng)完成一直是許多代碼編輯器的一個(gè)功能。自動(dòng)完成通過(guò)在開(kāi)發(fā)人員輸入源代碼時(shí)為關(guān)鍵字和變量名稱提供實(shí)時(shí)智能建議來(lái)幫助開(kāi)發(fā)人員提高效率。GitHub 的 Copilot 是一種基于 AI 的代碼完成工具（Visual Studio Code 的插件），它將自動(dòng)完成的理念提升到了一個(gè)全新的水平。Copilot 將檢查開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)的函數(shù)名稱，并推薦執(zhí)行該函數(shù)所需的全部源代碼。例如，假設(shè)您編寫(xiě)以下內(nèi)容：

float calculateVolume

Copilot 將完成函數(shù)聲明如下：

float calculateVolume(float radius) {

return (4.0/3.0) * PI * radius * radius * radius;

}

Copilot 本質(zhì)上是一位 AI 同事，他可以通過(guò)至少提供函數(shù)定義的起點(diǎn)來(lái)幫助開(kāi)發(fā)代碼。但是，與任何自動(dòng)化工具一樣，它并不能取代人工審查并在必要時(shí)更正 Copilot 生成的代碼的需要。

HTTP 和 API 檢查工具：嵌入式設(shè)備（即物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的情況越來(lái)越少，即使不是互聯(lián)網(wǎng)本身。不幸的是，Web 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員很可能正在（與嵌入式開(kāi)發(fā)工作）并行創(chuàng)建軟件。Postman 等工具允許嵌入式開(kāi)發(fā)人員獨(dú)立檢查和測(cè)試 HTTP 請(qǐng)求方法（例如，PUT、POST、GET）和 API 請(qǐng)求并在將它們提交到固件之前。因此，故障排除與嵌入式硬件無(wú)關(guān)，確保 API 的任何問(wèn)題都完全是因?yàn)?API 本身，而不是固件或嵌入式硬件。

數(shù)據(jù)包檢查工具：雖然面向開(kāi)發(fā)的 HTTP 和 API 檢查工具非常適合高級(jí)調(diào)試，但有時(shí)需要在數(shù)據(jù)包級(jí)別進(jìn)行檢查，或者可能需要檢查不同的協(xié)議，例如 Zigbee。在這些情況下，有必要使用 Wireshark 等數(shù)據(jù)包檢測(cè)工具。Wireshark 可以記錄和檢查許多基于數(shù)據(jù)包的通信協(xié)議。

基于軟件的邏輯分析儀：開(kāi)發(fā)人員越來(lái)越普遍地使用基于軟件的工具來(lái)調(diào)試他們的設(shè)備，而不是擺滿笨重的基于硬件的示波器和邏輯分析儀。通常，基于軟件的工具通過(guò) USB 電纜連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)，界面以桌面應(yīng)用程序的形式提供。流行的入門(mén)級(jí)/中級(jí)邏輯分析儀是 Saleae 邏輯分析儀。這些基于軟件的工具對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)非常有吸引力。通過(guò)將傳統(tǒng)上基于實(shí)驗(yàn)室的分析帶到現(xiàn)場(chǎng)，他們可以更有效地檢查和排除已部署設(shè)備的故障?；谲浖姆治銎鞯囊粋€(gè)重要優(yōu)勢(shì)是，除了支持的默認(rèn)協(xié)議（例如 I2C、SPI、串行）之外，還可以為自定義通信協(xié)議編寫(xiě)您自己的協(xié)議分析器。

安全外殼 (SSH) 終端客戶端：對(duì)于運(yùn)行操作系統(tǒng)并提供 shell 訪問(wèn)以進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的更強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)，可能需要通過(guò) SSH 連接到設(shè)備以執(zhí)行特定的維護(hù)任務(wù)?；蛘呖赡苄枰h(yuǎn)程登錄多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與之通信的服務(wù)器，并對(duì)后端服務(wù)進(jìn)行更改。無(wú)論如何，遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)的能力至關(guān)重要，而 Termius 等 SSH 終端客戶端使之成為可能?，F(xiàn)代客戶端中的其他有用功能包括通過(guò)單擊鼠標(biāo)創(chuàng)建、存儲(chǔ)和運(yùn)行 bash 代碼片段。它們還提供一次訪問(wèn)多個(gè)終端的能力。最后，一些客戶端還提供安全文件傳輸 (SFTP) 功能，用于將文件傳輸?shù)奖镜赜?jì)算機(jī)或從遠(yuǎn)程設(shè)備傳輸文件。

審核編輯黃昊宇