嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和嵌入式開發(fā)的各種趨勢包括芯片和板級更大的系統(tǒng)集成、更多的連接設(shè)備以及“虛擬”革命。本文將介紹其中的一些趨勢。
不斷增長的芯片和板級系統(tǒng)集成——這其中的一些關(guān)鍵方面是什么?
今天的任何嵌入式設(shè)計都與二十年前大不相同。首先，連接是最重要的，它增加了額外的功能并強(qiáng)調(diào)了安全性。此外，作為用戶，我們期望嵌入式系統(tǒng)的交互水平很高，無論是與我們的智能設(shè)備、在車內(nèi)還是在工作中。再多幾個LED燈也不夠了;某種形式的光滑顯示，無論多么小，以及功能豐富的用戶界面，已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)。僅這兩項功能——連接性和顯示器——就引入了許多相互沖突的設(shè)計約束，如最小尺寸和功耗。
工程團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)自己在新產(chǎn)品的營銷規(guī)范中有一系列嚴(yán)格的要求，而當(dāng)今市場的競爭性質(zhì)決定了上市期限較短。然而，工程師善于找到解決挑戰(zhàn)的方法，集成多種功能的設(shè)備和模塊提供了可行的方法。以無線連接為例：射頻工程是一門專業(yè)技能，設(shè)計無線收發(fā)器和匹配天線非常復(fù)雜。還需要區(qū)域無線標(biāo)準(zhǔn)的型式認(rèn)證。設(shè)計任務(wù)、測試和認(rèn)證帶來了高成本和時間延遲。選擇預(yù)先認(rèn)證的無線模塊是一個有吸引力的建議。集成無線模塊可以節(jié)省時間和預(yù)算，大大加快嵌入式開發(fā)進(jìn)度。另外，芯片上無線系統(tǒng)(SoCs)提供了高度的設(shè)計靈活性和定制，減少了設(shè)計時間，盡管需要測試、認(rèn)證和批準(zhǔn)。
DC/DC轉(zhuǎn)換器是板級集成的另一個很好的例子。它們以緊湊的占地面積提供了密集、熱優(yōu)化的功率轉(zhuǎn)換功能，是當(dāng)今空間受限設(shè)計的理想選擇。工程團(tuán)隊將花費數(shù)年的設(shè)計努力來復(fù)制DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的特性和尺寸。選擇一個不僅是謹(jǐn)慎的選擇，而且與使用任何高度集成的模塊或SoC一樣，簡化了材料清單和相關(guān)物流。
從組件供應(yīng)商的角度來看，將許多功能集成到單個SoC或模塊中可以使他們從競爭對手中脫穎而出。認(rèn)識到工程團(tuán)隊面臨的挑戰(zhàn)，并使用集成產(chǎn)品進(jìn)行響應(yīng)，提供了一個引人注目的解決方案。集成解決方案還鼓勵采用和設(shè)計，這也是供應(yīng)商的關(guān)鍵因素。最近的一個例子是TI的毫米波雷達(dá)模塊，其封裝中帶有天線。對于希望將毫米波雷達(dá)功能整合到新產(chǎn)品中的工程師而言，TI解決方案提供了一種快速原型制作方法，而無需忍受其開發(fā)復(fù)雜性。
連接設(shè)備的趨勢：嵌入式開發(fā)人員需要注意什么?
我們今天的世界是一個相互聯(lián)系的世界。我們每秒從海洋浮標(biāo)、智能手表和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣傳感器收集、傳輸和分析大量數(shù)據(jù)。從用戶的角度來看，我們認(rèn)為連接是理所當(dāng)然的，并期望它能夠可靠地工作。然而，對于工程團(tuán)隊來說，提供無線連接打開了一個需求清單。問題包括范圍、數(shù)據(jù)量、頻率、互操作性以及應(yīng)用程序的供電方式。反過來，這有助于指導(dǎo)無線協(xié)議和拓?fù)涞倪x擇。
隨著連接設(shè)備使用案例的多樣性增加，對最適合應(yīng)用的新無線方法的需求也隨之增加。例如，Wi-Fi非常適合以非常高的速度發(fā)送大量數(shù)據(jù)，但它耗電量很大。最近，Wi-SUN和Wi-Fi HaLow等新協(xié)議為大規(guī)模智能城市和公用事業(yè)計量部署提供了解決方案。
對于嵌入式開發(fā)人員來說，跟上潮流和新技術(shù)是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。需要考慮的其他因素包括軟件工具的可用性和成本。為了提供競爭優(yōu)勢，一些半導(dǎo)體供應(yīng)商投資開發(fā)集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，向客戶免費提供這些環(huán)境，但也有大量的第三方IDE可用。在某些情況下，對軟件兼容性的要求將限制微控制器的選擇。例如，如果設(shè)備需要運行為Arm處理器或Intel x86系列編寫的應(yīng)用程序，則只能選擇兼容處理器。
最后，決定哪個微控制器可以歸結(jié)為工程團(tuán)隊使用最多的硬件和軟件這樣簡單的事情。以前與供應(yīng)商的微控制器相關(guān)的專業(yè)知識有助于減少開發(fā)時間和出現(xiàn)技術(shù)問題的風(fēng)險。
虛擬革命如何影響嵌入式開發(fā)的未來?
這種流行病加速了我們所有人的虛擬工作，嵌入式開發(fā)也不例外。地理上分散的開發(fā)概念早在最近的事件發(fā)生之前就已經(jīng)存在，在企業(yè)應(yīng)用程序開發(fā)中已經(jīng)司空見慣。與嵌入式開發(fā)相關(guān)的任務(wù)適合協(xié)作開發(fā)。GitHub和PlatformIO等在線工具提供了嵌入式開發(fā)人員編碼、協(xié)作和調(diào)試所需的所有資源。許多傳統(tǒng)的IDE供應(yīng)商也在更新他們的工具鏈，以增加協(xié)作并將其上線。半導(dǎo)體和平臺供應(yīng)商已經(jīng)開始“在云中”部署他們的IDE和工具鏈，例如Microchip的MP Lab X和Arduino的“Arduino編輯器”。由于要應(yīng)對許多硬件挑戰(zhàn)，例如保持低功耗和可接受的喚醒響應(yīng)，開發(fā)團(tuán)隊已轉(zhuǎn)向具有深入知識的專家，無論他們位于世界何處。
了解技術(shù)趨勢，并與我們的供應(yīng)商交談，我們還看到簡單的“低代碼”偽語言(如Node RED)的興起，這些偽語言是對傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)語言(如C)的補充。
嵌入式開發(fā)人員正在經(jīng)歷他們的工作方式的轉(zhuǎn)變，并且正在被實現(xiàn)新功能(如TinyML)所困擾。TinyML將機(jī)器學(xué)習(xí)帶到了資源最少、低功耗的微控制器上，并且非常迅速地獲得了普及。像Edge Impulse這樣的在線開發(fā)資源大大簡化了任務(wù)。
虛擬嵌入式開發(fā)最近又向前邁進(jìn)了一步，推出了MikroE的Planet Debug服務(wù)，該服務(wù)支持嵌入式開發(fā)平臺的完全遠(yuǎn)程硬件調(diào)試，我們確信這只是一個開始!