Embedded elektronika pohledem expertů

S blížící se přehlídkou embedded elektroniky na veletrhu embedded world Exhibition&Conference v Norimberku by mohlo být zajímavé znát názory manažerů některých významných společností na aktuální otázky v tomto oboru [1].

Vývojové desky jsou důležitými nástroji pro vývojáře. Které jsou nejoblíbenější?

Cliff Ortmeyer, Premier Farnell

Vývojové desky hrají důležitou roli při vývoji produktu. Představují užitečnou platformu v počátečním stadiu vývoje, kdy pomáhají jednoduše ohodnotit určité typy procesorů a kontrolérů nebo lépe pochopit určité obvodové techniky. Tak například, když zamýšlíte použít pro komunikaci LoRa a moc o tom nevíte, potom vývojová deska LoRa umožní velmi dobrý start.

Vývojáři také mohou snadno rozšířit funkčnost desky s pomocí příslušenství vývojových desek, přídavných add-on desek nebo HAT, takže výsledný návrh hardwaru může být převzat přímo z vývojové desky upravené za daným účelem.

V současnosti jsou nejžádanějšími deskami Raspberry Pi, BeagleBone Black a Arduino a dalšími populárními platformami jsou také Nucleo Boards a Discovery od STMicroelectronics, Curiosity desky od Microchipu a Lounch- Pads od TI. Pro bastlíře a amatéry, stejně jako pro školy, máme ještě CodeBug a micro:bit. Na skladě máme také rozšiřující desky, které pomohou při přechodu od amatérského k profesionálnímu vývoji, stejně jako desky pro vývoj komerční a průmyslové elektroniky, včetně vývoje FPGA s použitím řady Xilinx.

Zabezpečení je pro embedded elektroniku velmi důležité. Co pro to dělá právě vaše firma?

Jack Ogawa, Cypress Semiconductor

Zabezpečení je silnou stránkou našeho procesoru PSoC 6. Vývoj zabezpečené embedded elektroniky obecně předpokládá zavedení jisté strategie, kryptografie a bezpečnou ochranu zařízení. Pravidla si definuje uživatel, takže je potřeba mít programovatelné řešení. Kromě toho se nyní hodně spoléhá na vícenásobnou autentizaci pro ověření identity subjektu, při kterém se používají jak tradiční metody, například certifikát, tak i fyzická data, jako jsou místo, blízkost, otisk prstu atd. Procesory PSoC 6 jsou výborné pro integraci snímačů do navrhovaného obvodu a zajišťují CapSense pro snímání dotyku a přiblížení.

Kryptografické algoritmy jsou velmi dobře známé, ale důležitý je výkon. Procesory PSoC 6 zahrnují kryptografické akcelerátory, které nabízí rychlou odezvu v případě ověření identity. Navíc jsou PSoC 6 navrženy s architekturou, která používá hardware vlastnosti k izolaci umístění paměti. Tak je možné zajistit izolaci s pomocí hardwaru, která je podobná zabezpečeným komponentům. Procesory PSoC 6 nabízí všechny tyto možnosti na jednom čipu.

Pokud byste mohl vyřešit jednu věc v embedded návrhu, co by to bylo?

Adrian Fernandez, Texas Instruments

Byla by to rovnováha mezi hardwarem a softwarem, která by zajistila více dostupného hardwaru pro určité typy úloh. Máme už sice vícejádrové komponenty, které používají kombinaci hardwarových akcelerátorů, ale zákazníci zápasí s nalezením optimálního dělení mezi hardware a software. Proto by bylo dobré mít nástroj, který by pomohl s dělením přes různá jádra a našel nejlepší přístup pro každou aplikaci.

Dnes když chce vývojář navrhnout systém, musí se online dívat na dostupné součástky, aby získal potřebný výpis materiálu. A je často spíše otázka štěstí, zda ty nejvhodnější součástky najde. Lepší by bylo zajistit kompletní řešení systému a my se tomuto cíli už blížíme. Jednou z možností je využít naše referenční návrhy (TI Design reference designs). Zatímco zákazníci vybírají objednací čísla součástek, TI se pokouší dívat na danou aplikaci odshora dolů, aby na sebe jednotlivé součástky navazovaly. Máme sdílené SDK, plug-in koncept pro integraci externích součástek a TI LaunchPad.

Někdy jsou požadavky na různé aplikace docela podobné. Například měřič kroků potřebuje LCD displej, management baterie, komunikaci a akcelerometr. To není tolik rozdílné od připojeného snímače teploty – akcelerometr je pouze nahrazen snímačem teploty. Zcela rozdílné aplikace mohou sdílet podobné blokové zapojení. Z toho vyplývá, že i když naši zákazníci mají různá koncová zařízení, jejich funkčnosti jsou mnohdy sdílené.

Arm dominuje trhu s 32bitovými embedded mikrokontroléry. Co je výhodou a nevýhodou této pozice?

Henry Wiechman, Texas Instruments

Pozitivní je, že se výrobci polovodičových součástek mohou odlišovat až za jádrem, a to vlastními periferiemi, procesory bezdrátových sítí atd. To znamená, že řešíme úlohy na úrovni systému. Pokud vývojáři potřebují mít odlišný produkt, nedívají se na jádro, ale dále.

TI má ovšem také vlastní jádra – procesor MSP430 je 16bitová řada s ultranízkou spotřebou. V takovém případě umožňuje vlastní jádro zajistit unikátní možnosti výrobku, od velmi nízké spotřeby energie až k paměti FRAM.

Jsme přesvědčeni, že existují relevantní důvody pro použití jádra třetí strany, jako například Arm, stejně jako pro použití procesoru s vlastním jádrem.

Na kterou část trhu s embedded elektronikou se společnost Silicon Labs zaměřuje?

Øivind Loe, Silicon Labs

V širokém spektru trhu s embedded elektronikou se zaměřujeme na aplikace, které vyžadují bezdrátové připojení. V podstatě se jedná o Internet věcí (IoT). Vnímáme IoT jako nejzajímavější a nejrychleji rostoucí trh. Společnost Silicon Labs má v oblasti IoT unikátní pozici díky svým znalostem v bezdrátové komunikaci a ucelenému rozsahu nabízeného portfolia, které zahrnuje bezdrátové SoC a moduly, protokolové složení i vývojové nástroje. Protože vlastní bezdrátové řešení je pro mnohé IoT aplikace také velmi důležité, naše bezdrátové SoC podporují jak standardní, tak vlastní protokoly. Nabízíme také techniku multiprotokolového propojení, která umožňuje našim zákazníkům předělat staré vlastní bezdrátové systémy tak, aby mohly používat standardní protokoly, jako jsou Bluetooth a Zigbee.

Někdy existují důvody pro použití vlastního bezdrátového systému. Tak například sub-GHz komunikace podporuje vyšší výstupní výkon a dlouhý dosah komunikace. V Evropě například pracují rádia pro chytrá měření v pásmu sub-GHz, která pronikají zdmi a tím umožňují, aby byly termostaty umístěné kdekoliv v domě.

V embedded elektronice je kladen velký důraz na 32 bitů. Očekáváte i jiné zaměření?

Laurent Vera, STMicroelectronics

32bitové procesory jsou jistě tím, čemu se dnes věnuje pozornost, i když se 8bitové procesory také ještě hodně prodávají. Cena nižší řady 32bitových MCU je ale natolik nízká, že většina nových návrhů, které by mohly využívat 8bitové procesory, používá právě ty 32bitové nižší řady. Dalším důvodem pro právě toto řešení je skutečnost, že použití 32bitových procesorů usnadňuje vývojářům návrh produktu s dlouhodobou perspektivou – zařízením s 32bitovým MCU se mohou později nové vlastnosti přidat mnohem snadněji, než by tomu bylo u produktů s 8bitovým procesorem.

Co je tak užitečného na periferiích na čipu?

Geoff Lees, NXP

Jak optimalizujete výkon periferií a výkon jádra procesoru? Je to zcela s pomocí softwaru. Můžete mít nejlepší hardware, ale když ho software neumí využít, uživatel k němu nemá přístup. Před 20−30 lety museli vývojáři využít hardware co nejvíce, aby se lišili od konkurence. V dnešní době opětovného použití návrhů a volně přístupných zdrojů je primárním požadavkem kompatibilita. To znamená, že dobrá periferie s dobrými nástroji ekosystému má větší hodnotu. My vyvíjíme periferie, které mohou mít vícenásobné využití. Jsou to univerzální periferie, které můžeme upravovat směrem nahoru i dolů v celé řadě procesorů, takže nepotřebujeme mít oddělené návrhy. Ovladače umožňují periferiím pracovat se softwarem na vyšší úrovni systému. Naši vývojáři optimalizují ovladače a někdy se stane, že můžeme získat přístup k vlastnostem s vyšším výkonem a přenést ho do open source softwaru – tím vytváříme „bohaté ovladače“ pro Android, Linux a více standardizovaných Real-time operating systems (RTOS), jakými jsou například FreeRTOS, Arm Embed OS, UCOS.