Можно ли считать встраиваемые системы инженерными в традиционном смысле?

Встраиваемые системы — это устройства, ресурс которых ограничен, а назначение строго определенное. Их нельзя относить к вычислительным устройствам с широким назначением. Чаще всего это отдельный тип контроллеров, сенсорных узлов и прочего оборудования. Разработчики таких систем стараются сохранить баланс между доступной стоимостью и высокой функциональностью. Они должны отвечать потребностям покупателя в использовании программного обеспечения. Это приводит к необходимости создать систему, которая могла бы быть эффективной, при этом стоила бы не слишком дорого.

За последние годы было создано достаточно много систем подобного плана, однако большинство из них игнорируют подобный баланс: они либо слишком дорогие, либо не могут выполнять ряд функций. Например, интеллектуальные термостаты, работающие на основе многоядерных процессоров Arm Cortex-M7, а некоторые на более мощных и дорогих Cortex-A с частотой работы 600 МГц устройства имеют несколько мегабайт памяти. Такая система слишком сложна и стоит неоправданно дорого. Такие приборы можно строить на базе Arm Cortex-M4 с частотой до 100 МГц, памяти хватит и несколько сот килобайт. При этом термостаты будут прекрасно работать, но станут намного дешевле и проще в изготовлении.

Основные трудности

Большинство систем комплектуется увеличенным объемом памяти, мощностью, которая на самом деле им не пригодится. Некоторым видам техники действительно нужны такие параметры для выполнения своих задач, однако не всегда производители соблюдают меру и устанавливают запас, который станет удорожающим систему балластом. Развитие IoT и граничных устройств приводит к повышению уровня сложности встраиваемых систем. Они становятся менее оптимизированными и более сложными в производстве. Требуется добавление новых функций и возможности подключать новое оборудование течение ближайших 10 лет. Разработчики должны учитывать эту специфику.

Существуют и другие важные моменты, которые требуют внимания:

• Часто создание систем с дополнительным пространством и возможностью расширения по мере необходимости — отличная идея, так как рано или поздно потребуется включать дополнительное оборудование, однако производители часто включают ненужные излишества. Например, не всегда система отвечает нужным требованиям производительности и поддержки программного обеспечения, при этом на нее установлен самый современный микроконтроллер. Это вызвано тем, что производитель сам не знает возможностей своей системы и страхуется, устанавливая самый большой из существующих контроллеров. Такое проектирование сложно назвать инженерией, так как в основе лежит не точный расчет, а банальный страх.
• На данный момент на рынке наблюдается снижение цен на микроконтроллеры, у производителей появляется возможность поставить Raspberry Pi для Linux и улучшить характеристики продукта. Однако такой подход нерационален с точки зрения экономики. Кроме того, что установка такого оборудования вызывает повышение цены, она приводит и к большему расходу электроэнергии из-за более высокой мощности. Сейчас это особенно актуально, так как многие клиенты стараются экономить электроэнергию.
• Еще одной актуальной проблемой можно назвать чрезмерную инженерию, касающуюся программного обеспечения. Высокопроизводительное ПО используется редко. Чаще используются мобильные и веб-приложения, разработка которых намного проще, не требуется привлечение суперпрофессионалов. В индустрии не хватает специалистов с большим опытом, вместо них нанимают тех, кто привык работать с большими объемами памяти. Такие специалисты не берут в расчет производительность системы, они не обращают внимание на то, сколько циклов у процессора, сколько реально он использует памяти.

По этим причинам встроенные системы переживают чрезмерное проектирование, которое ведет только к повышению цены и большему расходу электроэнергии. Такие системы удобнее производителю, но могут причинить вред потребителю. Грамотное проектирование продуктов смогло бы помочь не только сделать действительно надежный и производительный, экономичный продукт, но и привлечь к нему внимание покупателей.

Конечно, это субъективное мнение господина Джейкоба Бенинга, являющегося консультантом по встроенному программному обеспечению, который специализируется на системах с микроконтроллерами, работающими в реальном времени. Однако данная статья, возможно, поможет производителям пересмотреть свои взгляды на производство, сделать его более выгодным как для себя, так и для покупателя. Она носит лишь рекомендательный характер, однако наводит на мысль о создании сбалансированного, продукта, имеющего идеальное соотношение цены, качества и возможностей.