Как развивалась встраиваемая разработка за последние два десятилетия

Как и в любой другой области разработки, разработка встроенных систем подобна океану:глубокие течения в основном остаются неизменными, скрываясь за поверхностью, которая редко бывает. Рискуя утонуть в этом сравнении, я хочу сказать, что основы разработки встраиваемых систем в основном те же самые, что и были, когда инженерам приходилось переключать тумблеры на микрокомпьютерах с проводным подключением для запуска машинного кода. Как и эти инженеры, мы все еще пытаемся отслеживать внешние события и надлежащим образом реагировать. То, как мы туда доберемся, постоянно меняется.

На первый взгляд, оборудование, программное обеспечение и методы, используемые для создания встраиваемых систем, становятся лучше - или, по крайней мере, разными. Как своего рода мера этого изменения, опросы Embedded за 1999, 2009 и 2019 годы дают представление о том, как развивалась встраиваемая разработка за последние два десятилетия.

Фактически, сами вопросы каждого опроса отражают некоторые из этих изменений. В обзоре 1999 г. были большие разделы с вопросами о кросс-компиляторах, методологиях объектно-ориентированного проектирования и внутрисхемных эмуляторах, но относительно немного об операционных системах. К 2009 году в опросе были исключены эти конкретные разделы и было включено больше о многопроцессорной конструкции, операционных системах и, в частности, о встроенном Linux, но такие темы, как Интернет вещей (IoT) и искусственный интеллект (AI), никого не интересовали. В опросе 2019 года эти темы, а также безопасность показали как широкий интерес, так и активное использование.

Трудно попытаться сравнить детали этих опросов, потому что к 2009 году методологии опросов значительно изменились. В некоторых случаях один и тот же общий вопрос был расширен до вопросов с несколькими вариантами ответов, где разрешалось более одного ответа. Это добавляет неопределенности любой интерпретации. Вы увидите это при обсуждении возможностей дизайна. Кроме того, в некоторых из приведенных ниже результатов отсутствуют соответствующие данные из опроса 1999 года, поэтому для них вы увидите только 2009 и 2019 годы. Наконец, имейте в виду, что погрешность результатов обычно составляет от 3% до более 6%, поэтому подробное сравнение рискованно. Наконец, как человек, который исследовал печальные глубины (снова эта метафора) статистических манипуляций, выполнив количественные исследования и сравнительный анализ производительности системы в предыдущей карьере, эти цифры предназначены только для развлекательных целей . Я определенно нашел их такими.

Направленность и возможности приложений

Как изменились основные сегменты приложений для встраиваемых систем за последнее десятилетие? Хотя промышленные и потребительские товары остались в первой пятерке, дизайн для автомобильной промышленности и приложений Интернета вещей начал доминировать (таблица 1). Вероятно, это безопасная ставка на то, что мы разработали для того, что мы называем datacomm в 2009 году были отнесены к категории коммуникации в 2019 году.

Таблица 1. 5 основных сегментов приложений (% респондентов)

20092019Промышленный30Промышленный32Датакомм24Потребитель29Потребитель22IoT25Электронные приборы16Связь19Аэрокосмическая промышленность16Автомобиль17

Как изменилась природа дизайна за последние два десятилетия? В опросе 1999 г. было задано несколько вопросов о встраивании веб-технологий в дизайн. Что особенно интересно при изучении опроса 1999 года, так это то, что 43% респондентов заявили, что не планируют этого, а 14% сказали, что были. Я не знаю, что именно имелось в виду под «веб-технологиями» в этом вопросе, но будем надеяться, что никто не пытался встроить httpd-сервер в свои системы.

В более общем плане таблица 2 показывает, как развивались три ключевые возможности дизайна. Единственным реальным изменением был огромный рост подключенных дизайнов с 35% в начале тысячелетия до чуть более 90% даже десять лет назад. (Я бы сказал, что методология опроса оставила сетевую и беспроводной как потенциально взаимозаменяемые, но чтобы их сумма статистически показывала одинаковый уровень связанных дизайна в 2009 и 2019 годах.)

Точно так же разработчики встраиваемых систем создают проекты с батарейным питанием не менее десяти лет. Иногда отрасль забывает, что конструкция с батарейным питанием существовала задолго до появления Интернета вещей и носимых устройств.

Таблица 2. Основные возможности дизайна (% респондентов)

199920092019сетевая355949беспроводная n / a3342батарейная n / a3534

Язык программирования

Следует помнить, что C / C ++ не всегда был доминирующим языком для встраиваемых систем (рисунок 1). Если учесть некоторые другие ответы, скрытые в каждом опросе, вполне вероятно, что появление более высокопроизводительных процессоров уменьшило потребность в коде уровня сборки. Ну, и тот факт, что только около 37% проектов были выполнены по графику - цифра, которая существенно не изменилась в 2019 году, несмотря на заявленное в 2009 году желание исправить процесс разработки (см. Рисунок 6 ниже).

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 1. Основные языки разработки (% респондентов).

К концу 2009 года операционные системы (ОС) с открытым исходным кодом начали вытеснять использование коммерческих ОС. К 2019 году эта тенденция сохранилась. Интересно то, что вытеснение коммерческой ОС произошло не только из-за появления ОС с открытым исходным кодом. Пользовательские / собственные ОС также продолжали находить все большее применение (рис. 2).

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рисунок 2. Тип операционной системы (% респондентов).

Архитектура процессора

Хотя использование 32-битных архитектур оставалось неизменным за последнее десятилетие, 64-битные архитектуры значительно выиграли (рисунок 3). Можно было бы подозревать, что это простая эволюционная тенденция, поскольку разработчики переходят на более широкую разрядность - от 8-разрядной до 16-разрядной, от 32-разрядной до 64-разрядной - поскольку разработчики ищут более высокую производительность процессора и более эффективные циклы памяти, включая выборку инструкций. .

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рисунок 3. Архитектуры процессоров (% респондентов).

Отдельные процессоры и многоядерные устройства

Возможно, наиболее явной тенденцией в 2010-х годах было сокращение дизайна от нескольких процессорных микросхем к многоядерным устройствам - от нескольких микросхем с одним и тем же процессором к однородному многоядерному устройству или от нескольких микросхем с разными процессорами к гетерогенному многоядерному устройству (рисунок 4).>

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 4. Сравнение отдельных процессорных микросхем и многоядерных процессоров (% респондентов).

Драйверы решения процессора

Главный фактор, определяющий выбор процессора, не изменился за два десятилетия (рис. 5). Доступность инструментов разработки программного обеспечения по-прежнему остается главным выбором. Включение машинного кода на панели никому не нравится. Интересно то, что знакомство с архитектурой потеряло большое значение с начала тысячелетия, а стоимость и возможности ввода-вывода / периферийных устройств продолжали приобретать (относительную) важность.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рисунок 5. Факторы выбора процессора (% респондентов).

Технологические проблемы

Наконец, как изменились представления о предстоящих технологических проблемах? Если мы посмотрим на пять основных проблем, перечисленных в опросах 2009 и 2019 годов, интеграция, сложность кода и программные инструменты по-прежнему остаются ключевыми проблемами. Что здесь интересно, так это то, что заявленные опасения по поводу процесса разработки за последнее десятилетие сошли на нет, вместо этого они были заменены опасениями по поводу низкого энергопотребления и безопасности. Фактически, рост озабоченности по поводу безопасности и шаги, предпринятые для смягчения угроз, составили большую часть обзора 2019 года. В 2009 году только 3% респондентов указали на безопасность как на проблему. Как отмечалось ранее, статистически схожий низкий показатель своевременности выполнения проектов в 2009 и 2019 годах предполагает, что изменение относительной важности в 2019 году процесса разработки меньше связано с каким-либо очевидным успехом в этом отношении, а больше связано с появлением более серьезных проблем.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 6. Основные технологические проблемы (% респондентов).

Итак, что все это означает для 2020-х годов?

Мы можем экстраполировать эти результаты, чтобы предположить, что такие вопросы, как инструменты разработки программного обеспечения и управление размером кода, останутся важными, а характеристики процессора, такие как производительность и периферийные устройства, будут иметь относительное значение. С другой стороны, появление в 2020-х годах всего нескольких новых технологий, таких как инструменты разработки без кода, квантовые вычисления и ядра искусственного интеллекта, поддерживающие модели нейронных сетей, обучаемые в полевых условиях, могло бы стать причиной резкого сдвига в задачах проектирования. Но будут ли они?

Встроенным системам по-прежнему потребуются инструменты для написания (или генерации) кода и, вероятно, они потребуются для более сложных гетерогенных многопроцессорных конструкций оборудования. Эти проекты по-прежнему должны будут взаимодействовать с физическим миром, но природа интерфейсов может еще больше уйти от проводных интерфейсов от датчиков или взаимодействующих одноранговых устройств. Спрос на дополнительные функции будет продолжать расти, вызывая потребность в большей производительности и расширенных возможностях оборудования, способного запускать более сложные приложения. В конечном счете, конструкции встроенных систем для этого нового десятилетия по-прежнему должны будут более эффективно взаимодействовать с источниками данных, выполнять более сложный код с минимальной задержкой и бороться с более изощренными угрозами безопасности, при этом потребляя минимальный ток от источников сверхнизкого энергопотребления. Скорее всего, мы будем использовать совершенно разные подходы, но цели останутся прежними.

Изучите приведенные здесь три опроса за 1999, 2009 и 2019 годы и поделитесь с нами собственными выводами или прогнозами в разделе комментариев ниже.