Sisseehitatud tarkvara

Siemens pakub mõlemat autotööstuse manustatud tarkvara ja sisseehitatud tarkvaratehnika lahendused. Siemens lõpetas SoC-dele eraldiseisva manustatud tarkvara pakkumise, kuna Nucleus, Nucleus Hypervisor, Nucleus ReadyStart, Sokol Flex Linux, Sokol Omni Linux ja Sourcery CodeBench tooted (sealhulgas seotud lisandmoodulid) läksid novembris 2023 pensionile. Nende toodete olemasolevaid tugilepinguid täidetakse endiselt, palun võtke ühendust Siemens Tugikeskus lisateabe saamiseks.

Millised on erinevad manustatud tarkvara tüübid ja nende eesmärgid?

• Operatsioonisüsteem — operatsioonisüsteem (OS) on kõige üldisemas tähenduses tarkvara, mis võimaldab kasutajal arvutiseadmes käivitada teisi rakendusi. Operatsioonisüsteem haldab protsessori riistvararessursse, sealhulgas sisendseadmeid nagu klaviatuur ja hiir, väljundseadmeid nagu ekraanid või printerid, võrguühendusi ja salvestusseadmeid, nagu kõvakettad ja mälu. Operatsioonisüsteem pakub ka teenuseid, et hõlbustada tarkvararakenduste programmide tõhusat täitmist ja haldamist ning mälu eraldamist.
• Püsivara - püsivara on teatud tüüpi tarkvara, mis kirjutatakse otse riistvara jaoks. See töötab ilma API-sid, operatsioonisüsteemi või seadme draivereid läbimata - pakkudes vajalikke juhiseid ja juhiseid teiste seadmetega suhtlemiseks või põhiülesannete ja funktsioonide täitmiseks ettenähtud viisil.
• Vahendvara - vahendvara on tarkvarakiht, mis asub rakenduste ja operatsioonisüsteemide vahel. Vahevara kasutatakse sageli hajutatud süsteemides, kus see lihtsustab tarkvaraarendust, pakkudes järgmist:
  • Hajutatud rakenduste keerukuse peitmine
  • Riistvara, operatsioonisüsteemide ja protokollide heterogeensuse varjamine
  • Ühtsete ja kõrgetasemeliste liideste pakkumine, mida kasutatakse koostalitlusvõimeliste, korduvkasutatavate ja kaasaskantavate
  • Ühiste teenuste komplekti pakkumine, mis minimeerib jõupingutuste dubleerimist ja parandab rakenduste vahelist koostööd
• Rakendus — lõppkasutaja töötab välja lõpliku tarkvararakenduse, mis töötab operatsioonisüsteemis, kasutab vahendvara ja püsivara või suhtleb nendega ning on sisseehitatud süsteemide sihtfunktsiooni peamine fookus. Iga lõpprakendus on ainulaadne, samas kui operatsioonisüsteemid ja püsivara võivad seadmest seadmesse olla identsed.

Manustatud tarkvara vs manustatud süsteemid

Manustatud tarkvaraga seadme riistvarakomponente nimetatakse „manustatud süsteemiks”. Mõned näited sisseehitatud süsteemides kasutatavatest riistvarakomponentidest on toiteallika ahelad, tsentraalsed protsessoriseadmed, välkmäluseadmed, taimerid ja jadasisidepordid. Seadme varases projekteerimisetapis otsustatakse sisseehitatud süsteemi moodustava riistvara ja selle konfiguratsioon seadmes. Seejärel töötatakse sisseehitatud tarkvara välja nullist, et see töötab ainult sellel riistvaral selles täpses konfiguratsioonis. See muudab manustatud tarkvarakujunduse spetsialiseeritud valdkonnaks, mis nõuab sügavaid teadmisi riistvara võimalustest ja arvutiprogrammeerimisest

Sisseehitatud tarkvarapõhiste funktsioonide näited

Peaaegu igas trükkplaatide ja arvutikiipidega seadmes on need komponendid paigutatud sisseehitatud tarkvarasüsteemi. Selle tulemusena on sisseehitatud tarkvarasüsteemid igapäevaelus üldlevinud ja neid leidub kogu tarbija-, tööstus-, autotööstus-, lennundus-, meditsiini-, kaubandus-, telekommunikatsiooni- ja sõjatehnoloogias.

Sisseehitatud tarkvarapõhiste funktsioonide levinumad näited on järgmised:

• Meditsiinilistes pildistamisseadmetes leiduvad pilditöötlussüsteemid
• Õhusõidukitest leitud fly-by-wire juhtimissüsteemid
• Liikumistuvastussüsteemid turvakaamerates
• Valgusfooridest leiduvad liiklusjuhtimissüsteemid
• Nutikoduseadmetes leiduvad ajastus- ja automatiseerimissüsteemid

Millised on erinevad sisseehitatud süsteemide tüübid?

Toimivuse ja funktsionaalsete nõuete põhjal on sisseehitatud süsteemide viis peamist klassi:

• Reaalajas sisseehitatud süsteemid täidavad ülesandeid deterministlikult ja korrataval viisil, mida mõjutavad operatsioonisüsteemide aluseks olev arhitektuur ja ajakava, samuti lõimede jõudlus, hargnemine ja katkestamise latentsus. Üldotstarbelised sisseehitatud süsteemid ei sisalda reaalajas vajalikke nõudeid ja suudavad hallata katkestusi või hargnemist ilma sõltuvuseta valmimisajast. Graafikakuvärid ning klaviatuuri ja hiire haldamine on head näited üldistest süsteemidest.
• Eraldiseisvad sisseehitatud süsteemid suudavad ülesandeid täita ilma hostisüsteemi või väliste töötlemisressurssideta. Nad saavad ühendatud seadmetest andmeid väljastada või vastu võtta, kuid ei sõltu neist oma ülesande täitmisel.
• Eraldiseisvad sisseehitatud süsteemid saavad oma ülesande täita ilma hostisüsteemi või väliste töötlemisressurssideta. Nad saavad ühendatud seadmetest andmeid väljastada või vastu võtta, kuid ei sõltu neist oma ülesande täitmisel.
• Võrguühendatud sisseehitatud süsteemid sõltuvad määratud ülesannete täitmiseks ühendatud võrgust.
• Süsteemi riistvaraarhitektuuri keerukuse põhjal on sisseehitatud süsteemide kolme peamist tüüpi: Võrgustatud sisseehitatud süsteemid sõltuvad määratud ülesannete täitmiseks ühendatud võrgust.

Kuidas lõppturud mõjutavad sisseehitatud süsteeme

Sisseehitatud süsteeminõuded ja komponendid erinevad vastavalt sihtturu nõudmistele. Mõned näited hõlmavad järgmist:

• Tarbija - sellistes rakendustes nagu tarbekaubad, näiteks pesumasinad, kantavad seadmed ja mobiiltelefonid rõhutavad sisseehitatud süsteemid vähendatud suurust
• Süsteem kiibil, madal energiatarve või aku töö ja graafikaliidesed. Nendes rakendustes hinnatakse konfigureeritavaid opsüsteeme ja võimalust välja lülitada disaini mittetoimivad „domeenid”.
• Võrgustik — rakendused, mis võimaldavad ettevõtte võrgu ühenduvust, kommunikatsiooni, toimimist ja haldamist. See pakub kasutajate, protsesside, rakenduste, teenuste ja väliste võrkude/Interneti vahelist sideteed ja teenuseid. Manustatud võrgurakendused keskenduvad reageerimiskiirusele, pakettide töötlemisele ja perifeersele riistvarateedele.
• Tööstuslik - sellistes rakendustes nagu tehase põrandahaldus, mootorid ja tuuleveskid kipub rõhk turvalisele pilveühenduvusele ja deterministlikule „reaalajas” toimimisele ning võib keskenduda suuresti vahendavarale.
• Meditsiin, autotööstus ja lennundus — need tööstusharud vajavad segaohutusega kriitilisi süsteeme, kus disaini osad on üksteisest isoleeritud, et tagada ainult vajalikud andmed süsteemi sisenemise või sealt lahkumise (turvalisus), tagades samas lõppkasutajale kahju (ohutus). Näited on autode ja meditsiiniseadmete autonoomsed juhtimissüsteemid. Need sisseehitatud süsteemid võivad sisaldada segu avatud lähtekoodiga (Linux) ja deterministlikest reaalajas operatsioonisüsteemidest (RTOS) ning kasutada tugevalt tõestatud vahevara.

Miks on autotööstuse sisseehitatud tarkvara erinev?

Autoelektroonikas tekivad keerulised reaalajas interaktsioonid mitmes sisseehitatud süsteemis, millest igaüks juhib funktsioone, nagu pidurdamine, roolimine, vedrustus, jõuülekanne jne. Iga sisseehitatud süsteemi sisaldavat füüsilist korpust nimetatakse elektrooniliseks juhtseadmeks (ECU). Iga ECU ja selle sisseehitatud tarkvara on osa keerukast elektriarhitektuurist, mida tuntakse hajutatud süsteemina.

Omavahel suheldes saavad sõiduki hajutatud süsteemi moodustavad ECU-d täita mitmesuguseid funktsioone, nagu automaatne hädapidurdus, adaptiivne püsikiiruse hoidja, stabiilsuskontroll, adaptiivsed esituled ja palju muud. Üks funktsioon võib vajada interaktsioone 20 või enama manustatud tarkvararakenduse vahel, mis on jaotatud arvukate ECU-de vahel, mis on ühendatud mitme võrguprotokolliga. Sisseehitatud tarkvaraga juurutatud keerulised juhtimisalgoritmid tagavad funktsioonide õige ajastuse, vajalike sisendite ja väljundite ning andmeturbe.

Autotööstuse tarkvara rakenduste põhiste funktsioonide levinumad näited on järgmised:

• ADAS (Advanced Driver Assist Systems) funktsioonid nagu adaptiivne püsikiiruse hoidja, automaatne hädapidurdus, rada hoidmise abi, liiklusabi, rajast lahkumise hoiatused
• Aku haldamine
• pöördemomendi kompenseerimine
• Kütuse sissepritsekiiruse reguleerimine

ECU tarkvarapakk

Elektrooniline juhtseade ehk ECU koosneb põhilisest arvutusseadmest, millel on kiibitaseme riistvara ja manustatud tarkvara virn. Kuid autotootjate seas on üha suurem trend kujundada ECU-sid keerukate integraallülitustega, mis sisaldavad ühel kiibil mitut arvutussüdamikku - mida nimetatakse kiibil süsteemiks (SoC). Need SoC-d võivad riistvara konsolideerimiseks hostida hulgaliselt ECU abstraktsioone. ECU tarkvarapakk sisaldab tavaliselt mitmesuguseid lahendusi, alates madala taseme püsivarast kuni kõrgetasemelise manustatud tarkvararakendusteni.