Разработка программного обеспечения для embedded систем: коротко о главном

4 голосов

3.85 5

24.04.2020

embedded разработка ПО в Украине

Embedded-разработка  что это?

Если при создании нового устройства в цепях присутствуют умные элементы, способные к вычислению и обработке команд, для их работы необходимо наличие встроенных систем. За примерами встраиваемых систем далеко ходить не нужно – это умные элементы, небольшие сопроцессоры или микроконтроллеры, предназначенные для комплексных устройств. Вы можете найти их в роутерах, наручных электронных часах или в умной кофе-машине. Они выполняют заранее запрограммированную задачу, недостаточно сложную для создания отдельного устройства, но необходимую для работы прибора. Поєтому, когда в проектировании и создании схемы устройства фигурирует умный узел, его нужно обучить и запрограммировать выполнять конкретную задачу. 

Как это происходит?

Генерируем концепты, подбираем железную часть

Прототип устройства уже на чертежах, его основные положения и функционал продуман. Осталось дело за малым: определить, каким образом он будет обрабатывать информацию, с чем именно взаимодействовать и по какому алгоритму. 

Начинается процесс разработки с генерации концептов, применимых для рабочего оборудования, их подгонки под существующий бюджет проекта и просчета базовых взаимодействий между устройством и его окружением. Должна ли микросхема передавать данные в облачный сервис? Потребуется ли от нее запуск прикладных программ, кроме штатных? Подразумевается ли взаимодействие с внешними ОС через веб-интерфейс? Все эти вопросы помогут определиться, какое железо будет использовано и как это отразится на бюджете.

генерация концептов для embedded-систем

Таблица с примерными показателями различных встраиваемых систем

Следующая стадия embedded-разработки для электронных устройств, начинается, когда команда разработчиков составляет документ со спецификациями железа, его особенностями и подбирает платформу для реализации ПО. Это может быть Arduino, Raspberry Pi, микропроцессор, сопроцессор, или иной программируемый элемент с логическими цепями. Выбор зависит от выполняемой задачи. 

Например, кофеварка, заваривающая один вид кофе, может работать и с микроконтроллером на борту, который реализует команды по принципу логических вентилей – кнопка нажата, вода разогрета, кофе налито. 

Но для более умной кофеварки, которая может приготовить латте-макиато или же капучино, потребуется более сложный механизм, к примеру Arduino. В таких условиях необходимо точно определиться с функционалом устройства, чтобы уже от него отталкиваться при выборе технической части проекта.

*Примеры приведены для показательной ясности, embedded-разработка касается не только домашней утвари, но и сложной инфраструктуры серверов, мейнфреймов. Все вышесказанное будет верно и для разработки программ для микропроцессоров. 

Отсекаем нежизнеспособные концепты

На этой стадии разработки встроенных программ идет отсечение тех концептов, которые в силу ряда причин не могут быть реализованы: не хватает бюджета, не поддерживаются драйверы, разработка дополнительных драйверов займет слишком много времени и тд. Выбирается наиболее жизнеспособный спартанец, который на своих плечах будет нести весь проект. А сама проверка концептов на жизнеспособность проводится эмпирическим путем «взлетит или не взлетит», когда, исходя из предыдущего опыта, можно сказать о потенциальном функционале и подводных камнях устройства.

разработка ПО для встроенных систем

Выжить должен самый приспособленный концепт

Альтернатива этому варианту — тестирование методом «запускаем вслепую», когда железную часть выбирают отталкиваясь от целей иных, нежели оптимальная реализация самого продукта. Недостаток метода плачевен, без отсутствия предварительного исследования высок риск наскочить на выбоину в разработке, которая может потопить проект. Разработка электроники и программного обеспечения идут рука об руку, рядышком. Все дело в том, что для реализации проектных задач может понадобится создание отдельного узла или элемента. Обычно, работа идет с уже существующими и готовыми деталями, однако в индивидуальном случае может быть принято решение о создании принципиально новых систем. 

И было слово, и слово было Код

Когда задачи и ограничения проекта embedded-разработки ясны, подобно небу летом, начинается длительный процесс написания кода для микропроцессоров. Первые концепты превращаются в строки логических операторов, переменных и модулей. Разумеется, если это поддерживается устройством. 

Например, процессор ПК работает на микрокодах, которые являются частью его архитектуры, он и выполняет заданный код. Однако, у него есть ограничения по типам команд, которые операционная система не сможет запустить.

разработка программного обеспечения для встроенных систем

Первые прототипы нужны для доказательства работы самих концептов, после которого наступает этап тестирования

Прототипируем концепты

Когда из всех концептов был отобран финальный, его начинают воплощать в реальность. Разработка встроенного программного обеспечения идет блок за блоком, строка за строкой, после чего каждый прототип концепта тестируют на выбранном оборудовании. 

прототипирование в embedded-системах

Первые прототипы должны выполнить только одну задачу — доказать, что концепт рабочий

Здесь и всплывают те подводные камни, которые в силу обстоятельств невозможно было учесть. Тестирование прототипов проводится методом «Запустится, если поменяем здесь или нет?», благодаря которому получается выявить основные слабые места существующего кода. 

Кстати, у нас есть материал про hardware-разработку: прочесть его можно здесь.

Каждый прототип запускают в среде, максимально приближенной к реальной, но не на самом устройстве. Если устройство работает на микрокодах, собиратется тестовый стенд, на котором проверяют их работоспособность. 

Когда же устройство поддерживает работу на одном из языков программирования, то код проверяется на рабочей станции в режиме отладки. Это позволяет до запуска в производство обнаружить неочевидные слабые моменты и баги в сотнях строк кода. 

Создаем корпус, паяем, внедряем в инфраструктуру

Параллельно программированию и разработке ПО кипит работа у дизайнеров и инженеров. Встроенному устройству необходима железная часть, иногда и корпус. Этим занимаются, когда на руках есть существующие концепты, известны задачи устройства. После успешной отработки концептов, тестирования и разработки драйверов наступает стадия сборки. На этой стадии разработанные встроенные программы переносятся в железо и готовы к работе.

разработка программы для встроенных систем

Пора собирать!

Но не совсем. Каждое встроенное устройство должно взаимодействовать в уже существующем окружени0и, для чего требуется дальнейшее внедрение и интеграция. Это сопроводительные этапы, индивидуальные для каждого проекта. Они могут закончиться за два дня, а могут потребоваться месяцы. В любом случае необходимо дальнейшее наблюдение. Нельзя предусмотреть всё, но можно избежать многого. 

На этом всё, друзья! Заказать embedded-разработку вы можете у студии KLONA. Напишите нам о своей идее! 

arrowwww
arrow
Понравилась статья?
Оставьте свой голос:)

Читайте еще

comments powered by HyperComments

Получай больше эксклюзивной информации на свой e-mail