Ugrađeni softver

Siemens nudi oboje ugrađeni softver za automobile i ugrađeni softverski inženjering rešenja. Siemens je prestao da nudi samostalni ugrađeni softver za SoC-ove sa penzionisanjem u novembru 2023. proizvoda Nucleus, Nucleus Hipervisor, Nucleus ReadiStart, Sokol Flek Linuk, Sokol Omni Linuk i Sourceri CodeBench proizvoda (uključujući povezane dodatke). Postojeći ugovori o podršci za ove proizvode i dalje se poštuju, kontaktirajte Siemens Centar za podršku za više informacija.

Koje su različite vrste ugrađenog softvera i njihove svrhe?

• Operativni sistem (OS), u svom najopštijem smislu, je softver koji omogućava korisniku da pokreće druge aplikacije na računarskom uređaju. Operativni sistem upravlja hardverskim resursima procesora, uključujući ulazne uređaje kao što su tastatura i miš, izlazne uređaje kao što su displeji ili štampači, mrežne veze i uređaje za skladištenje kao što su čvrsti diskovi i memorija. OS takođe pruža usluge za olakšavanje efikasnog izvršavanja i upravljanja softverskim aplikacijskim programima i dodeljivanja memorije za njih.
• Firmver — Firmver je vrsta softvera koji je napisan direktno za komad hardvera. Radi bez prolaska kroz API-je, operativni sistem ili upravljačke programe uređaja - pružajući potrebna uputstva i smernice za komunikaciju sa drugim uređajima ili obavljanje osnovnih zadataka i funkcija kako je predviđeno.
• Middlever — Srednji softver je softverski sloj koji se nalazi između aplikacija i operativnih sistema. Srednji softver se često koristi u distribuiranim sistemima gde pojednostavljuje razvoj softvera pružajući sledeće:
  • Skrivanje zamršenosti distribuiranih aplikacija
  • Maskiranje heterogenosti hardvera, operativnih sistema i protokola
  • Pružanje ujednačenih interfejsa na visokom nivou koji se koriste za pravljenje interoperabilnih, višekratnih i prenosivih aplikacija.
  • Pružanje skupa zajedničkih usluga koje minimiziraju dupliranje napora i poboljšavaju saradnju između aplikacija
• Aplikacija - Krajnji korisnik razvija konačnu softversku aplikaciju koja radi na operativnom sistemu, koristi ili komunicira sa međuprogramom i firmverom i predstavlja primarni fokus ciljne funkcije ugrađenih sistema. Svaka krajnja aplikacija je jedinstvena, dok operativni sistemi i firmver mogu biti identični od uređaja do uređaja.

Ugrađeni softver nasuprot ugrađenim sistemima

Hardverske komponente unutar uređaja sa ugrađenim softverom nazivaju se „ugrađeni sistem“. Neki primeri hardverskih komponenti koje se koriste u ugrađenim sistemima su krugovi napajanja, centralne procesorske jedinice, fleš memorijski uređaji, tajmeri i serijski komunikacioni portovi. Tokom ranih faza dizajna uređaja, odlučuje se hardver koji će činiti ugrađeni sistem - i njegova konfiguracija unutar uređaja. Zatim se ugrađeni softver razvija od nule da bi se pokrenuo isključivo na tom hardveru u toj preciznoj konfiguraciji. Ovo čini dizajn ugrađenog softvera specijalizovanim poljem koje zahteva duboko poznavanje hardverskih mogućnosti i računarskog programiranja.

Primeri ugrađenih funkcija zasnovanih na softveru

Skoro svaki uređaj sa pločama i računarskim čipovima ima ove komponente raspoređene u ugrađeni softverski sistem. Kao rezultat toga, ugrađeni softverski sistemi su sveprisutni u svakodnevnom životu i nalaze se u potrošačkoj, industrijskoj, automobilskoj, vazduhoplovnoj, medicinskoj, komercijalnoj, telekom i vojnoj tehnologiji.

Uobičajeni primeri ugrađenih funkcija zasnovanih na softveru uključuju:

• Sistemi za obradu slika pronađeni u medicinskoj opremi za snimanje
• Kontrolni sistemi za prelet po žicu pronađeni u avionima
• Sistemi za detekciju pokreta u sigurnosnim kamerama
• Sistemi za kontrolu saobraćaja pronađeni u semaforima
• Sistemi vremena i automatizacije pronađeni u pametnim kućnim uređajima

Koje su različite vrste ugrađenih sistema?

Kada se zasniva na performansama i funkcionalnim zahtevima, postoji pet glavnih klasa ugrađenih sistema:

• Ugrađeni sistemi u realnom vremenu izvršavaju zadatke na deterministički i ponovljiv način, na što utiče osnovna arhitektura i zakazivanje operativnih sistema, kao i performanse niti, grananje i prekid kašnjenja. Ugrađeni sistemi opšte namene ne sadrže zahteve u realnom vremenu i mogu da upravljaju prekidima ili grananjem bez zavisnosti od vremena završetka. Grafički displeji i upravljanje tastaturom i mišem dobri su primeri opštih sistema.
• Samostalni ugrađeni sistemi mogu da izvršavaju zadatke bez sistema domaćina ili spoljnih resursa za obradu. Oni mogu da izlaze ili primaju podatke sa povezanih uređaja, ali se ne oslanjaju na njih da bi izvršili svoj zadatak.
• Samostalni ugrađeni sistemi mogu izvršiti svoj zadatak bez sistema domaćina ili spoljnih resursa za obradu. Oni mogu da izlaze ili primaju podatke sa povezanih uređaja, ali se ne oslanjaju na njih da bi izvršili svoj zadatak.
• Umreženi ugrađeni sistemi zavise od povezane mreže za obavljanje dodeljenih zadataka.
• Na osnovu složenosti hardverske arhitekture sistema, postoje tri glavne vrste ugrađenih sistema: Umreženi ugrađeni sistemi zavise od povezane mreže za obavljanje dodeljenih zadataka.

Kako krajnja tržišta utiču na ugrađene sisteme

Ugrađeni sistemski zahtevi i komponente će se razlikovati u zavisnosti od zahteva ciljnog tržišta. Neki primeri uključuju:

• Potrošač - U aplikacijama poput robe široke potrošnje kao što su perilice, nosivi uređaji i mobilni telefoni ugrađeni sistemi naglašavaju smanjenu veličinu
• Sistem na čipu, mala potrošnja energije ili rad baterije i grafički interfejsi. U ovim aplikacijama vrednuju se podesivi operativni sistemi i mogućnost isključivanja neoperativnih „domena“ dizajna.
• Umrežavanje — Aplikacije koje omogućavaju povezivanje, komunikaciju, operacije i upravljanje mrežom preduzeća. Pruža komunikacioni put i usluge između korisnika, procesa, aplikacija, usluga i spoljnih mreža/interneta. Ugrađene mrežne aplikacije fokusiraju se na brzinu odziva, obradu paketa i periferne hardverske putanje.
• Industrijski - Za aplikacije kao što su upravljanje fabričkim podovima, motori i vetrenjače, naglasak teži obezbeđivanju povezivanja u oblaku i determinističkom radu u „realnom vremenu“ i može se u velikoj meri fokusirati na međuver.
• Medicinska, automobilska i vazduhoplovna industrija - Ovim industrijama su potrebni mešoviti kritični sistemi za bezbednost, gde su delovi dizajna izolovani jedan od drugog kako bi se osiguralo da samo neophodni podaci ulaze ili napuste sistem (bezbednost), a istovremeno ne garantuje štetu krajnjem korisniku (bezbednost). Primeri su autonomni sistemi vožnje u automobilima i medicinskim uređajima. Ovi ugrađeni sistemi mogu da sadrže mešavinu otvorenog koda (Linuk) i determinističkih operativnih sistema u realnom vremenu (RTOS) i uveliko koriste dokazani međusoftver.

Zašto se ugrađeni softver u automobilima razlikuje?

U automobilskoj elektronici, složene interakcije u realnom vremenu se dešavaju preko više ugrađenih sistema koje svaki upravlja funkcijama kao što su kočenje, upravljanje, ogibljenje, pogonski sklop itd. Fizičko kućište koje sadrži svaki ugrađeni sistem naziva se elektronska upravljačka jedinica (ECU). Svaki ECU i njegov ugrađeni softver deo su složene električne arhitekture poznate kao distribuirani sistem.

Komunicirajući jedni s drugima, ECU-ovi koji čine distribuirani sistem vozila mogu da izvršavaju različite funkcije, kao što su automatsko kočenje u nuždi, prilagodljivi tempomat, kontrola stabilnosti, adaptivni farovi i još mnogo toga. Za jednu funkciju mogu biti potrebne interakcije preko 20 ili više ugrađenih softverskih aplikacija raspoređenih na brojnim ECU-ima povezanim više mrežnih protokola. Složeni kontrolni algoritmi raspoređeni sa ugrađenim softverom osiguravaju pravilno vreme funkcija, potrebne ulaze i izlaze i sigurnost podataka.

Uobičajeni primeri funkcija zasnovanih na aplikacijama automobilskog softvera uključuju:

• Funkcije ADAS (Advanced Driver Assist Sistems) kao što su prilagodljivi tempomat, automatsko kočenje u nuždi, pomoć pri održavanju trake, pomoć u saobraćaju, upozorenja o napuštanju trake
• Upravljanje baterijama
• Kompenzacija obrtnog
• Kontrola brzine ubrizgavanja goriva

ECU softverski stek

Elektronska kontrolna jedinica ili ECU sastoji se od glavne računarske jedinice sa hardverom na nivou čipa i hrpom ugrađenog softvera. Međutim, postoji sve veći trend među proizvođačima automobila da dizajniraju ECU-ove sa složenim integrisanim krugovima koji sadrže više računarskih jezgara na jednom čipu - ono što se naziva Sistem na čipu (SoC). Ovi SoC-ovi mogu da ugostiju mnoštvo ECU apstrakcija kako bi se konsolidovao hardver. Softverski stek za ECU obično uključuje niz rešenja, od firmvera niskog nivoa do ugrađenih softverskih aplikacija na visokom nivou.