隨著嵌入式系統(tǒng)市場的急劇增長，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，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)市場將從今年的14億部增長到2019年的22億部。雖然營銷人員和金融家可能對收入前景垂涎三尺，但這對嵌入式系統(tǒng)意味著什么?設(shè)計(jì)師?從我的扶手椅來看，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公司的高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師Shawn Prestridge詢問了這個(gè)問題。 Shore和Prestridge都是ARM TechCon技術(shù)計(jì)劃委員會(TPC)的成員，并將在下周的圣克拉拉ARM TechCon會議上就這些主題發(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，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)能開發(fā)。”可以肯定的是，這些是嵌入式貿(mào)易期刊和會議中經(jīng)常討論的主題。考慮到整個(gè)開發(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)市場上常見的痛點(diǎn)，隨著許多新玩家進(jìn)入該領(lǐng)域而變得“熱”。

Prestridge說，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?！耙虼?，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，在過去十年中，綠色工程運(yùn)動已經(jīng)引起所有團(tuán)隊(duì)關(guān)注他們的產(chǎn)品碳足跡，無論他們是電池操作還是插在墻上。 “綠色工程運(yùn)動已經(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，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“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)能知識您的平臺提供的設(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說他的公司IAR Systems已經(jīng)做了很多研究，幫助開發(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

您似乎無法就物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行對話沒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，“安全只會對我們來說變得更加重要，”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))可以通過在設(shè)計(jì)進(jìn)入現(xiàn)場之前發(fā)現(xiàn)經(jīng)典緩沖區(qū)溢出漏洞等內(nèi)容來幫助找出潛在的安全問題。通過使用代碼分析工具，開發(fā)人員可以在檢查構(gòu)建之前預(yù)防這些問題。通過選擇經(jīng)過專業(yè)安全要求的獨(dú)立第三方組織進(jìn)行質(zhì)量測試的預(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。“

展望未來

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，開發(fā)人員有一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，就像超標(biāo)量處理器，無序內(nèi)存，緩存，多核平臺等事情進(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τ谠趹?yīng)用程序開發(fā)方面領(lǐng)先一步至關(guān)重要。他還說，一次為一個(gè)代碼塊添加軟件功能有助于更容易識別故障所在。 “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庫中獲取并具有同樣可靠的工具鏈來調(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>