Integrovaný software

Společnost Siemens nabízí integrovaný software pro automobilový průmysl i řešení pro inženýrství integrovaného softwaru. Společnost Siemens ukončila nabídku samostatného integrovaného softwaru pro SoC a v listopadu 2023 vyřadila z prodeje produkty Nucleus, Nucleus Hypervisor, Nucleus ReadyStart, Sokol Flex Linux, Sokol Omni Linux a Sourcery CodeBench (včetně souvisejících doplňků). Stávající smlouvy o podpoře pro tyto produkty jsou stále aktivní, pro více informací kontaktujte centrum podpory společnosti Siemens.

Jaké jsou různé typy integrovaného softwaru a k čemu slouží?

• Operační systém – Operační systém je v nejobecnějším slova smyslu software, který umožňuje uživateli spouštět další aplikace na výpočetním zařízení. Operační systém spravuje hardwarové zdroje procesoru, včetně vstupních zařízení, jako je klávesnice a myš, výstupních zařízení, jako jsou displeje nebo tiskárny, síťových připojení a úložných zařízení, jako jsou pevné disky a paměť. Operační systém také poskytuje služby, které usnadňují efektivní spouštění a správu aplikačních programů a přidělování paměti pro ně.
• Firmware – Firmware je typ softwaru, který je napsaný přímo pro určitý hardware. Funguje bez použití rozhraní API, operačního systému nebo ovladačů zařízení a poskytuje potřebné pokyny a vedení pro komunikaci s ostatními zařízeními nebo provádění základních úkolů a funkcí podle svého určení.
• Middleware – Middleware je softwarová vrstva umístěná mezi aplikacemi a operačními systémy. Middleware se často používá v distribuovaných systémech, kde zjednodušuje vývoj softwaru tím, že poskytuje následující funkce:
  • Skrytí složitostí distribuovaných aplikací
  • Maskování různorodosti hardwaru, operačních systémů a protokolů
  • Poskytování jednotných a vysokoúrovňových rozhraní, která slouží k vytváření interoperabilních, opakovaně použitelných a přenositelných aplikací
  • Poskytování sady běžných služeb, které minimalizují duplicitu úsilí a zlepšují spolupráci mezi aplikacemi
• Aplikace – Koncový uživatel vyvíjí konečnou softwarovou aplikaci, která běží na operačním systému, používá middleware a firmware nebo s nimi komunikuje a je hlavním prvkem funkce integrovaných systémů. Každá koncová aplikace je jedinečná, zatímco operační systémy a firmware mohou být v jednotlivých zařízeních totožné.

Integrovaný software vs. integrované systémy

Hardwarové komponenty zařízení s integrovaným softwarem se označují jako „integrované systémy“. Příklady hardwarových komponent používaných v integrovaných systémech jsou napájecí obvody, centrální procesorové jednotky, paměťová zařízení flash, časovače a sériové komunikační porty. V raných fázích návrhu zařízení se rozhoduje o hardwaru, který bude integrovaný systém tvořit, a o jeho konfiguraci v zařízení. Poté se od základu vyvíjí integrovaný software, který běží výhradně na tomto hardwaru a v této přesné konfiguraci. Návrh integrovaného softwaru je tak specializovanou oblastí vyžadující hluboké znalosti hardwarových možností a počítačového programování.

Příklady integrovaných softwarových funkcí

Téměř každé zařízení s deskami s plošnými spoji a počítačovými čipy má tyto komponenty uspořádané do integrovaného softwarového systému. Integrované softwarové systémy jsou proto všudypřítomné v každodenním životě a vyskytují se ve spotřební, průmyslové, automobilové, letecké, zdravotnické, komerční, telekomunikační a vojenské technice.

Mezi běžné příklady integrovaných softwarových funkcí patří:

• Systémy zpracování obrazu v lékařských zobrazovacích zařízeních
• Řídicí systémy letové kontroly v letadlech
• Systémy detekce pohybu v bezpečnostních kamerách
• Systémy řízení dopravy v semaforech
• Systémy časování a automatizace v chytrých domácích zařízeních

Jaké jsou různé typy integrovaných systémů?

Na základě výkonnostních a funkčních požadavků existuje pět hlavních tříd integrovaných systémů:

• Integrované systémy pracující v reálném čase dokončují úlohy deterministickým a opakovatelným způsobem, který je ovlivněn základní architekturou operačních systémů a plánováním, jakož i výkonem vláken, větvením a latencí přerušení. Integrované systémy pro všeobecné použití neobsahují požadavek na reálný čas a mohou spravovat přerušení nebo větvení bez závislosti na čase dokončení. Dobrými příklady těchto systémů jsou grafické displeje a správa klávesnice a myši.
• Samostatné integrované systémy mohou plnit úlohy bez hostitelského systému nebo externích výpočetních zdrojů. Mohou vysílat nebo přijímat data z připojených zařízení, ale nejsou na nich závislé, aby mohly plnit svůj úkol.
• Samostatné integrované systémy mohou plnit své úlohy bez hostitelského systému nebo externích výpočetních zdrojů. Mohou vysílat nebo přijímat data z připojených zařízení, ale nejsou na nich závislé, aby mohly plnit svůj úkol.
• Síťové integrované systémy jsou při plnění zadaných úkolů závislé na připojené síti.
• Podle složitosti hardwarové architektury systému existují tři hlavní typy integrovaných systémů: Síťové integrované systémy jsou při plnění zadaných úkolů závislé na připojené síti.

Jak koncové trhy ovlivňují integrované systémy

Požadavky a komponenty integrovaného systému se liší podle požadavků cílového trhu. Patří mezi ně například:

• Spotřebitel – V oblastech, jako je spotřební zboží, například pračky, nositelná zařízení a mobilní telefony, kladou integrované systémy důraz na co nejmenší velikost,
• systémy na čipu, nízkou spotřebu energie nebo energie z baterie a grafická rozhraní. V těchto oblastech se cení konfigurovatelné operační systémy a možnost vypnout neprovozní „oblasti“ návrhu.
• Síťování – Aplikace, které umožňují připojení, komunikaci, provoz a správu podnikové sítě. Zajišťuje komunikační cestu a služby mezi uživateli, procesy, aplikacemi, službami a externími sítěmi / internetem. Integrované síťové aplikace se zaměřují na rychlost odezvy, zpracování paketů a periferní hardwarové cesty.
• Průmysl – U aplikací, jako je správa dílny, motory a větrné turbíny, se klade důraz na bezpečné připojení ke cloudu a deterministický provoz v reálném čase. Také může být kladen velký důraz na middleware.
• Zdravotnictví a automobilový a letecký průmysl – Tato odvětví potřebují systémy se smíšeným kritickým zabezpečením, kde jsou části návrhu navzájem izolované, aby se zajistilo, že do systému vstupují nebo z něj vystupují pouze nezbytná data (zabezpečení), a zároveň aby nedošlo k poškození koncového uživatele (bezpečnost). Příkladem jsou systémy autonomního řízení v automobilech a zdravotnická zařízení. Tyto integrované systémy mohou obsahovat kombinaci open source (Linux) a deterministických operačních systémů v reálném čase (RTOS) a ve velké míře využívat osvědčený middleware.

Proč je integrovaný software pro vozidla jiný?

V automobilové elektronice dochází ke složitým interakcím v reálném čase mezi několika integrovanými systémy, které řídí funkce, jako je brzdění, řízení, odpružení, hnací ústrojí a nejen to. Fyzické pouzdro obsahující každý integrovaný systém se označuje jako elektronická řídicí jednotka (ECU). Každá elektronická řídicí jednotka a její integrovaný software jsou součástí složité elektrické architektury známé jako distribuovaný systém.

Díky vzájemné komunikaci mohou elektronické řídicí jednotky, které tvoří distribuovaný systém vozidla, vykonávat řadu funkcí, jako je automatické nouzové brzdění, adaptivní tempomat, kontrola stability, adaptivní světlomety a mnoho dalších. Jedna funkce může vyžadovat interakci s 20 nebo více integrovanými softwarovými aplikacemi rozprostřenými v mnoha elektronických řídicích jednotkách propojených několika síťovými protokoly. Komplexní řídicí algoritmy zavedené s integrovaným softwarem zajišťují správné načasování funkcí, potřebné vstupy a výstupy a bezpečnost dat.

Mezi běžné příklady funkcí založených na automobilových aplikacích patří:

• Funkce asistenčních systémů řidiče (ADAS), jako je adaptivní tempomat, automatické nouzové brzdění, asistent pro udržování v jízdním pruhu, asistent pro jízdu v koloně a varování před opuštěním jízdního pruhu
• Správa baterie
• Kompenzace točivého momentu
• Řízení rychlosti vstřikování paliva

Softwarový zásobník elektronické řídicí jednotky

Elektronická řídicí jednotka (ECU) se skládá z hlavní výpočetní jednotky s hardwarem na úrovni čipu a zásobníku integrovaného softwaru. Výrobci automobilů však stále častěji navrhují elektronické řídicí jednotky se složitými integrovanými obvody, které obsahují více výpočetních jader na jediném čipu – tzv. systém na čipu (SoC). Tyto SoC mohou hostit množství abstrakcí elektronické řídicí jednotky, aby bylo možné konsolidovat hardware. Softwarový zásobník pro elektronické řídicí jednotky obvykle zahrnuje řadu řešení, od nízkoúrovňového firmwaru až po vysokoúrovňové integrované softwarové aplikace.