嵌入式系統(tǒng)設計和嵌入式開發(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——這其中的一些關鍵方面是什么?
今天的任何嵌入式設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)成為標準。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計約束，如最小尺寸和功耗。
工程團隊發(fā)現(xiàn)自己在新產(chǎn)品的營銷規(guī)范中有一系列嚴格的要求，而當今市場的競爭性質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，設計無線收發(fā)器和匹配天線非常復雜。還需要區(qū)域無線標準的型式認證。設計任務、測試和認證帶來了高成本和時間延遲。選擇預先認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)省時間和預算，大大加快嵌入式開發(fā)進度。另外，芯片上無線系統(tǒng)(SoCs)提供了高度的設計靈活性和定制，減少了設計時間，盡管需要測試、認證和批準。
DC/DC轉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)化的功率轉換功能，是當今空間受限設計的理想選擇。工程團隊將花費數(shù)年的設計努力來復制DC/DC轉換器模塊的特性和尺寸。選擇一個不僅是謹慎的選擇，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物流。
從組件供應商的角度來看，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。認識到工程團隊面臨的挑戰(zhàn)，并使用集成產(chǎn)品進行響應，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計，這也是供應商的關鍵因素。最近的一個例子是TI的毫米波雷達模塊，其封裝中帶有天線。對于希望將毫米波雷達功能整合到新產(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)復雜性。
連接設備的趨勢：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、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，我們認為連接是理所當然的，并期望它能夠可靠地工作。然而，對于工程團隊來說，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、互操作性以及應用程序的供電方式。反過來，這有助于指導無線協(xié)議和拓撲的選擇。
隨著連接設備使用案例的多樣性增加，對最適合應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，一些半導體供應商投資開發(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，如果設備需要運行為Arm處理器或Intel
x86系列編寫的應用程序，則只能選擇兼容處理器。
最后，決定哪個微控制器可以歸結為工程團隊使用最多的硬件和軟件這樣簡單的事情。以前與供應商的微控制器相關的專業(yè)知識有助于減少開發(fā)時間和出現(xiàn)技術問題的風險。
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)應用程序開發(fā)中已經(jīng)司空見慣。與嵌入式開發(fā)相關的任務適合協(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供應商也在更新他們的工具鏈，以增加協(xié)作并將其上線。半導體和平臺供應商已經(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”。由于要應對許多硬件挑戰(zhàn)，例如保持低功耗和可接受的喚醒響應，開發(fā)團隊已轉向具有深入知識的專家，無論他們位于世界何處。
了解技術趨勢，并與我們的供應商交談，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變，并且正在被實現(xiàn)新功能(如TinyML)所困擾。TinyML將機器學習帶到了資源最少、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。
虛擬嵌入式開發(fā)最近又向前邁進了一步，推出了MikroE的Planet
Debug服務，該服務支持嵌入式開發(fā)平臺的完全遠程硬件調(diào)試，我們確信這只是一個開始!
