嵌入式系统设计面临的问题及未来发展趋势

随着嵌入式系统市场的急剧增长，所有的目光都转向嵌入式系统设计人员，他们的任务是将微处理器，连接和操作系统结合起来，这些系统涵盖从最小的物联网设备到嵌入大型网络设备的各种应用。系统。

据IDC称，智能系统市场将从今年的14亿部增长到2019年的22亿部。虽然营销人员和金融家可能对收入前景垂涎三尺，但这对嵌入式系统意味着什么?设计师?从我的扶手椅来看，我很容易猜到这些挑战可能是电气工程设计面临的长期挑战的重点：尺寸，成本，功耗和上市时间。我最近向ARM的培训经理Chris Shore和IAR Systems公司的高级现场应用工程师Shawn Prestridge询问了这个问题。 Shore和Prestridge都是ARM TechCon技术计划委员会(TPC)的成员，并将在下周的圣克拉拉ARM TechCon会议上就这些主题发表演讲。

设计

最大的设计方面的考虑是Shore“正在掌握多核平台，实现物联网中的安全系统，弹性和可靠的编程以及节能开发。”可以肯定的是，这些是嵌入式贸易期刊和会议中经常讨论的主题。考虑到整个开发周期，Prestridge指出缩短产品上市时间与增加设计功能是一项关键挑战。这是一个市场上常见的痛点，随着许多新玩家进入该领域而变得“热”。

Prestridge说，一个关键的瓶颈是，今天可用的许多电路板只能让设计师“走到成功的一半”。他们需要的功能。“因此，他们需要使用其他可用的硬件和软件完成其余的设计。然后，工程师必须进入严格的测试周期，以确保一切都在压力下工作良好，并且与他们添加的硬件和软件的集成尽可能无缺陷。他指出，使用“参考设计以及具有智能功能的可信工具进行设计，调试和代码分析，即使设计的复杂性增加，也可以缩短产品上市时间。”

Power

但能效呢?不只是工程师正在研究以前所未有的电池供电设备，以降低功耗并寻找创造性的电源选择。 Prestridge指出，在过去十年中，绿色工程运动已经引起所有团队关注他们的产品碳足迹，无论他们是电池操作还是插在墙上。 “绿色工程运动已经让工程师考虑如何充分利用他们使用的每一种电子，市场已经做出回应，让人们很容易获得流行设备的低功耗变体，”他补充道。此外，Prestridge观察到，由于新的调试工具将能耗与源代码联系起来，因此更容易确定设计的功耗曲线，“因此，设计节能是硬件和软件工程师的责任。” > Shore认为，软件和硬件都需要实现能源效率。他指出，需要完成工作，编写真正节能的软件，并说“工具正在出现，支持这一点，但业界有很多需要学习的东西。”

经典的权衡之一是权力和性能之间。如何在嵌入式设计中解决这个问题? Shore提供了一些提示：

•精心设计软件以利用硬件提供的设施

•确保您始终了解硬件的确切用途•具有深入的节能知识您的平台提供的设施

•认真，认真地设计您的软件(从算法到机器代码)•仔细设计中断处理程序

Prestridge说他的公司IAR Systems已经做了很多研究，帮助开发人员实现最佳的功率和性能组合。他建议从软件方面来看，一种好的方法是优化代码以提高速度，这样您就可以快速将微控制器置于低功耗状态。 (他指出，许多商业RTOS已经在他们的产品中利用了这一点。)但是，如果应用程序不断处理数据，他建议您找到微控制器的最小时钟频率，这仍然可以让您获得所需的吞吐量。 (这种方法还要求您优化代码以提高速度，这样可以实现尽可能低的时钟频率。)

安全性

您似乎无法就物联网进行对话没有讨论安全或最新汽车黑客的日子。 Shore指出，物联网中的安全挑战不仅需要在硬件和架构方面，还需要在软件设计方面得到满足。随着时间的推移，“安全只会对我们来说变得更加重要，”肖尔补充道。“Prestridge指出(尽管最近引人注目的是黑客行为)汽车行业多年来一直致力于安全保障，医疗和航空航天业。直到最近，安全才成为商业和耐用品的关注点。 Prestridge概述了这一挑战：“功能安全认证的工具还不够;代码分析工具(静态和运行时)可以通过在设计进入现场之前发现经典缓冲区溢出漏洞等内容来帮助找出潜在的安全问题。通过使用代码分析工具，开发人员可以在检查构建之前预防这些问题。通过选择经过专业安全要求的独立第三方组织进行质量测试的预认证工具，整个公司可以节省宝贵的时间和金钱。“

展望未来

Shore提供了一些分离建议：“现在，在许多情况下，现代嵌入式系统与5年前的桌面系统一样复杂。嵌入式开发人员需要了解和利用几年前仅作为桌面社区专属的设计和编码技术。到目前为止，这些工具可以带你进入，开发人员有一项艰巨的任务，就像超标量处理器，无序内存，缓存，多核平台等事情进行自我教育。“

Prestridge认为这很棒前进的方向是查看潜在的供应商/合作伙伴的示例项目，因为它们对于在应用程序开发方面领先一步至关重要。他还说，一次为一个代码块添加软件功能有助于更容易识别故障所在。 “这就是为什么使用与尽可能多的半导体合作伙伴合作的工具链至关重要的原因，以便您拥有最广泛，最深入的示例。当您可以从可靠代码的大型存储库中获取并具有同样可靠的工具链来调试应用程序时，您最有可能满足项目的日程安排。“