Iegultā programmatūra

Siemens piedāvā abus automobiļu iegultā programmatūra un iegultās programmatūras inženierija risinājumi. Siemens ir pārtraucis atsevišķas iegultās programmatūras piedāvāšanu SoC, 2023. gada novembrī atkāpjoties Nucleus, Nucleus Hypervisor, Nucleus ReadyStart, Sokol Flex Linux, Sokol Omni Linux un Sourcery CodeBench produktiem (ieskaitot saistītos papildinājumus). Esošie atbalsta līgumi šiem produktiem joprojām tiek ievēroti, lūdzu, sazinieties ar Siemens Atbalsta centrs lai iegūtu vairāk informācijas.

Kādi ir dažādi iegultās programmatūras veidi un to mērķi?

• Operētājsistēma — operētājsistēma (OS) tās vispārīgākajā nozīmē ir programmatūra, kas ļauj lietotājam palaist citas lietojumprogrammas skaitļošanas ierīcē. Operētājsistēma pārvalda procesora aparatūras resursus, tostarp ievades ierīces, piemēram, tastatūru un peli, izvades ierīces, piemēram, displejus vai printerus, tīkla savienojumus un atmiņas ierīces, piemēram, cietos diskus un atmiņu. OS nodrošina arī pakalpojumus, lai atvieglotu programmatūras lietojumprogrammu efektīvu izpildi un pārvaldību un atmiņas piešķiršanu.
• Programmaparatūra - programmaparatūra ir programmatūras veids, kas tiek rakstīts tieši aparatūrai. Tas darbojas, neizmantojot APIs, operētājsistēmu vai ierīču draiverus, sniedzot nepieciešamos norādījumus un norādījumus, lai sazinātos ar citām ierīcēm vai veiktu pamatuzdevumus un funkcijas, kā paredzēts.
• Starpprogrammatūra - starpprogrammatūra ir programmatūras slānis, kas atrodas starp lietojumprogrammām un operētājsistēmām. Starpprogrammatūra bieži tiek izmantota izplatītās sistēmās, kur tā vienkāršo programmatūras izstrādi, nodrošinot sekojošo:
  • Izplatīto lietojumprogrammu sarežģītības slēpšana
  • Aparatūras, operētājsistēmu un protokolu neviendabības maskēšana
  • Vienotu un augsta līmeņa saskarņu nodrošināšana, ko izmanto sadarbspējīgas, atkārtoti lietojamas un pārnēsājamas lietojumprogrammas.
  • Kopīgu pakalpojumu kopuma nodrošināšana, kas samazina centienu dublēšanos un uzlabo sadarbību starp lietojumprogrammām
• Lietojumprogramma - galalietotājs izstrādā galīgo programmatūras lietojumprogrammu, kas darbojas operētājsistēmā, izmanto vai mijiedarbojas ar starpprogrammatūru un programmaparatūru un ir iegulto sistēmu mērķa funkcijas galvenais fokuss. Katra gala lietojumprogramma ir unikāla, savukārt operētājsistēmas un programmaparatūra dažādās ierīcēs var būt identiskas.

Iegultā programmatūra pret iegultajām sistēmām

Aparatūras komponentus ierīcē, kurā darbojas iegultā programmatūra, sauc par “iegulto sistēmu”. Daži iegultajās sistēmās izmantoto aparatūras komponentu piemēri ir barošanas shēmas, centrālās apstrādes bloki, zibatmiņas ierīces, taimeri un sērijveida sakaru porti. Ierīces agrīnās projektēšanas posmos tiek izlemta aparatūra, kas veidos iegulto sistēmu, un tās konfigurācija ierīcē. Pēc tam iegultā programmatūra tiek izstrādāta no nulles, lai tā darbotos tikai ar šo aparatūru šajā precīzajā konfigurācijā. Tas padara iegulto programmatūras dizainu par specializētu jomu, kurai nepieciešama dziļas zināšanas par aparatūras iespējām un datorprogrammēšanu.

Iegulto uz programmatūru balstītu funkciju piemēri

Gandrīz katrā ierīcē ar shēmu plates un datoru mikroshēmām šie komponenti ir sakārtoti iegultā programmatūras sistēmā. Tā rezultātā iegultās programmatūras sistēmas ir visuresošas ikdienas dzīvē un ir sastopamas visā patērētāju, rūpniecībā, automobiļu, aviācijas un kosmosa, medicīnas, komerciālajās, telekomunikāciju un militārajās tehnoloģijās.

Bieži uz programmatūru balstītu iegulto funkciju piemēri ir šādi:

• Medicīnas attēlveidošanas iekārtās atrodamas attēlu apstrādes sistēmas
• Lidmašīnās atrodamas “Fly-by-Wire” vadības sistēmas
• Kustības noteikšanas sistēmas drošības kamerās
• Satiksmes kontroles sistēmas, kas atrodamas luksoforos
• Laika un automatizācijas sistēmas, kas atrodamas viedās mājas ierīcēs

Kādi ir dažādi iegulto sistēmu veidi?

Pamatojoties uz veiktspējas un funkcionālajām prasībām, ir piecas galvenās iegulto sistēmu klases:

• Reāllaika iegultās sistēmas veic uzdevumus deterministiskā un atkārtojamā veidā, ko ietekmē operētājsistēmu pamatā esošā arhitektūra un plānošana, kā arī pavedienu veiktspēja, atzarošana un pārtraukšanas latentums. Vispārējas nozīmes iegultās sistēmas nesatur reāllaika prasības, un tās var pārvaldīt pārtraukumus vai sazarojumus bez atkarības no pabeigšanas laika. Grafikas displeji un tastatūras un peles pārvaldība ir labi vispārējo sistēmu piemēri.
• Atsevišķas iegultās sistēmas var veikt uzdevumus bez resursdatora sistēmas vai ārējiem apstrādes resursiem. Viņi var izvadīt vai saņemt datus no pievienotām ierīcēm, bet nav atkarīgi no tām, lai izpildītu savu uzdevumu.
• Atsevišķas iegultās sistēmas var izpildīt savu uzdevumu bez resursdatora sistēmas vai ārējiem apstrādes resursiem. Viņi var izvadīt vai saņemt datus no pievienotām ierīcēm, bet nav atkarīgi no tām, lai izpildītu savu uzdevumu.
• Tīkla iegultās sistēmas ir atkarīgas no pievienotā tīkla, lai veiktu piešķirtos uzdevumus.
• Pamatojoties uz sistēmas aparatūras arhitektūras sarežģītību, ir trīs galvenie iegulto sistēmu veidi: Tīkla iegultās sistēmas ir atkarīgas no pievienota tīkla, lai veiktu piešķirtos uzdevumus.

Kā gala tirgi ietekmē iegultās sistēmas

Iegultās sistēmas prasības un komponenti atšķirsies atkarībā no mērķa tirgus prasībām. Daži piemēri ietver:

• Patērētājs - tādās lietojumprogrammās kā patēriņa preces, piemēram, mazgāšanas mašīnas, valkājamās ierīces un mobilie tālruņi, iegultās sistēmas uzsver samazinātu izmēru
• Sistēma mikroshēmā, mazenerģijas patēriņš vai akumulatora darbība un grafikas saskarnes. Šajās lietojumprogrammās tiek novērtētas konfigurējamas operētājsistēmas un spēja izslēgt nedarbojošus dizaina “domēnus”.
• Tīklošana - lietojumprogrammas, kas nodrošina uzņēmuma tīkla savienojamību, komunikāciju, darbību un pārvaldību. Tas nodrošina saziņas ceļu un pakalpojumus starp lietotājiem, procesiem, lietojumprogrammām, pakalpojumiem un ārējiem tīkliem/internetu. Iegultās tīkla lietojumprogrammas koncentrējas uz reakcijas ātrumu, pakešu apstrādi un perifērijas aparatūras ceļiem.
• Rūpnieciskais - tādām lietojumprogrammām kā rūpnīcas grīdas pārvaldība, motoriem un vējdzirnavām uzsvars tiek likts uz mākoņa savienojamību un deterministisku “reāllaika” darbību, un tas var lielā mērā koncentrēties uz starpprogrammatūru.
• Medicīnas, automobiļu un aviācijas un aviācijas nozarēm ir vajadzīgas jauktas drošības kritiskas sistēmas, kurās konstrukcijas daļas ir izolētas viena no otras, lai nodrošinātu tikai nepieciešamo datu ievadīšanu vai iziet no sistēmas (drošība), vienlaikus garantējot nekaitējumu gala lietotājam (drošība). Piemēri ir autonomās braukšanas sistēmas automašīnās un medicīnas ierīcēs. Šajās iegultajās sistēmās var būt atvērtā pirmkoda (Linux) un deterministisko reāllaika operētājsistēmu (RTOS) sajaukums, un tās lielā mērā izmanto pārbaudītu starpprogrammatūru.

Kāpēc automobiļu iegultā programmatūra atšķiras?

Automobiļu elektronikā sarežģīta reāllaika mijiedarbība notiek vairākās iegultās sistēmās, kuras katra kontrolē, piemēram, bremzēšanu, stūrēšanu, balstiekārtu, spēka agregātu utt. Fizisko korpusu, kurā ir katra iegultā sistēma, sauc par elektronisko vadības bloku (ECU). Katrs ECU un tā iegultā programmatūra ir daļa no sarežģītas elektriskās arhitektūras, kas pazīstama kā izplatīta sistēma.

Sazinoties savā starpā, ECU, kas veido transportlīdzekļa sadalīto sistēmu, var izpildīt dažādas funkcijas, piemēram, automātisku avārijas bremzēšanu, adaptīvo kruīza kontroli, stabilitātes kontroli, adaptīvos lukturus un daudz ko citu. Vienai funkcijai var būt nepieciešama mijiedarbība 20 vai vairāk iegultās programmatūras lietojumprogrammās, kas izplatītas daudzos ECU, kurus savieno vairāki tīkla protokoli. Kompleksie vadības algoritmi, kas izvietoti kopā ar iegulto programmatūru, nodrošina pareizu funkciju laiku, nepieciešamo ievadi un izvadi un datu drošību.

Bieži uz automobiļu programmatūras lietojumprogrammu balstītu funkciju piemēri ir šādi:

• ADAS (Advanced Driver Assist Systems) funkcijas, piemēram, adaptīvā kruīza kontrole, automātiska avārijas bremzēšana, joslas uzturēšanas palīgs, satiksmes palīgs, brīdinājumi par izbraukšanu no joslas
• Akumulatora pārvaldība
• Griezes momenta kompensācija
• Degvielas iesmidzināšanas ātruma kontrole

ECU programmatūras kaudze

Elektronisko vadības bloku jeb ECU veido galvenā skaitļošanas bloka ar mikroshēmas līmeņa aparatūru un iegultās programmatūras kaudzes. Tomēr automobiļu ražotāju vidū pieaug tendence projektēt ECU ar sarežģītām integrētajām shēmām, kurās vienā mikroshēmā ir vairāki skaitļošanas kodoli - ko sauc par sistēmu mikroshēmā (SoC). Šajos SoC var izvietot daudzas ECU abstrakcijas, lai konsolidētu aparatūru. ECU programmatūras kaudze parasti ietver virkni risinājumu, sākot no zema līmeņa programmaparatūras līdz augsta līmeņa iegultajām programmatūras lietojumprogrammām.