嵌入式系统设计的演进与未来

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嵌入式系统设计的演进与未来

- Michel Genard

嵌入式系统设计正处于演进之中,同时当今企业也正面临着压力,必须以前所未有的速度展开创新。那些曾经为专用目标而一次性建构的既有系统必须进行现代化改造,或让位于新的流动和互连系统。当然,这种转变并非一蹴而就。让我们先来回顾一下嵌入式系统的历史以及需求是如何发生变化从而推动了这种演进。

嵌入式系统的演进

嵌入式系统设计正在改变,依循着企业系统演进的轨迹,走向更加灵活,并且采用软件定义的模式。传统上,嵌入式系统的建构方式是使用各个设备相互独立的封闭式架构。他们运行VxWorks这类实时操作系统(RTOS),具有固定的时间约束,其中可预测性是关键。RTOS可确保这些系统不会出现故障。相比之下,没有实时性要求的系统可以运行自定义版本的Linux,例如Wind River Linux。

嵌入式系统设计正在变得更加灵活并采用软件定义模式。下图显示了一个嵌入式系统处于工作状态的简化示例。这个实例中,在一部汽车中并行运行着多个专用嵌入式系统。其中有一个用于车载娱乐信息、一个用于制动与控制,一个用于雷达,一个用于互连。每个系统都有自己的OS、专用芯片和认证流程。

这种传统的方法现在正在让位于软件定义的开放式架构与整合。采用开放标准,嵌入式系统设计可以借助于商业现货(COTS)产品,包括类似硬件的已认证/可认证的标准化板卡计算机、PC平台和其他产品。这种转变可以显着降低成本并加快产品上市速度。

曾经是孤立的系统,现在也越来越多地互连起来。在汽车这个示例中,信息娱乐系统、制动和连接系统可以一起工作,并将车辆数据发送给制造商、车队运营者,甚至是自治驾驶系统。伴随着信息娱乐系统的不断更新,制动和连接系统可能也需要更新,即使它们建构在不同的技术平台之上并由不同的公司制造。

曾经相互隔离的系统正变得越来越多互连起来。汽车中的嵌入式系统现在已经彼此连接,因而需要有比相互孤立时更强大的安全策略。正如最近许多令人瞩目的数据泄露事例所证明的那样,一个系统很可能为黑客提供进入另一个系统的途径。有一家大型零售连锁店就遇到这样的情况,其销售点(POS)系统遭到黑客攻击,因为攻击者侵入了商店不安全但互相连接的HVAC嵌入式系统!这对零售店的品牌和声誉造成了重大损害。

制造商获得嵌入式系统认证的方式也发生了类似的变化。与组件级认证相比,系统级认证的难度有所提升。这涉及确保系统组件中的各个独立嵌入式系统可以一致地协同工作。

嵌入式系统设计为何发生变化

嵌入式系统设计发生变化的驱动因素包括两个方面:硬件的改进以及软件开发方法的持续发展

在硬件级别,现在可以使用单个CPU完成更多工作。芯片上新的多核系统(SoC)可以在单个硬件平台上支持多个应用,同时仍能保持适度的功耗和成本要求,而不是仅仅运行单一应用。

与此同时,软件开发技术的进步趋向于更加软件定义,也比从前更加灵活多变。

核心价值观依然不变

虽然嵌入式系统领域有许多变化,但其核心要求保持不变。嵌入式系统必须确保功能安全、信息安全、高可靠性以及可进行认证。

信息安全性:完全隔离的系统变得越来越少,同时网络攻击变得越来越普遍。因此,嵌入式系统工程师比以前更加重视信息安全性。

功能安全性:这是指系统能够确保它对运营环境没有任何负面影响,无论负面影响可能是什么。如果嵌入式系统出现故障,工业、交通运输、航空航天和汽车等行业可能会导致人员伤亡或环境灾害。在这方面,确定性至上意味着绩效的可预测性和可靠性是至关重要的。一个局部的故障不应触发整个系统的故障。

可靠性:嵌入式系统设计的可靠性意味着它将始终按预期的方式运行。无论是第一次运行还是第一百万次运行,它都应该产生相同的结果,服从相同的时间框架。毕竟,在不允许故障的系统中,亡羊补牢不是一个选项。

可认证:认证过程是许多嵌入式系统开发工作中关键且昂贵的环节。既有系统已经通过的认证必须必须得到维护和利用,同时让未来系统轻松获得认证这项工作也必须得到妥善管理。

您如何管理这种演变? 让嵌入式系统虚拟化!

企业机构可以利用嵌入式系统设计中的这些变化,方法就是虚拟化。这种方法已经在企业IT系统中应用多年,现在正在进入嵌入式系统市场。像Wind River Helix Virtualization Platform这样强大的虚拟化解决方案,允许工程师设计一个单一平台,基本上就可以运行任何既有系统或新系统。这些工具可满足现代嵌入式系统所严格要求的信息安全性、功能安全性、可靠性和认证要求。我们应该运用虚拟化系统,将过去与未来联系起来,推动我们的创新。