Embedded что это

Кто такой Embedded-разработчик. Обзор изнутри от Вадима Егораева

О профессии рассказывает Вадим Егораев, Software Engineering Team Leader в ЕРАМ, 10 лет в ИТ, развивает программы тренингов для Embedded-разработчиков.

Продолжаем цикл материалов про ИТ-специальности. Каждую из них описывает «типичный представитель» — опытный специалист. Надеемся, что цикл поможет школьникам, студентам, переквалификантам, джуниорам и сочувствующим выбрать специальность в ИТ, оценить свои перспективы или просто сверить часы с авторитетным коллегой. Можно обсуждать и дополнять материал в комментариях, чтобы сделать его ещё полезней. Спикер и автор материала поддержат дискуссию и ответят на вопросы.

О профессии рассказывает Вадим Егораев, Software Engineering Team Leader в ЕРАМ, 10 лет в ИТ, развивает программы тренингов для Embedded-разработчиков.

Продолжаем цикл материалов про ИТ-специальности. Каждую из них описывает «типичный представитель» — опытный специалист. Надеемся, что цикл поможет школьникам, студентам, переквалификантам, джуниорам и сочувствующим выбрать специальность в ИТ, оценить свои перспективы или просто сверить часы с авторитетным коллегой. Можно обсуждать и дополнять материал в комментариях, чтобы сделать его ещё полезней. Спикер и автор материала поддержат дискуссию и ответят на вопросы.

Что такое Embedded-разработка?

Это разработка встроенного программного обеспечения. Я определяю Embedded-разработку как «практически всё, что делается не под компьютер, мобильный телефон и сервер».

Встроенное ПО есть во многих привычных вещах. Например, беспроводные наушники — передача данных на них идёт при помощи софта. Веб-камеры — в звуковой карте есть ПО, которое управляет громкостью, входами, выходами, переключает их. Ещё люди ездят на машинах, смотрят телевизор, фотографируют на камеру и т. д. — процессоры сейчас есть практически везде, и Embedded-разработчики пишут для них ПО.

Как развивалась отрасль?

Активное развитие устройств со встраиваемыми системами началось, когда процессоры стали низкопотребляющими, достаточно дешёвыми в выпуске и внедрении. Личный пример: если в 1988 году у моего Audi 100 не было внутри никакой цифровой электроники, то в середине 90-х появились первые устройства, которые управляли системой антиблокировки тормозов (ABS) на основе процессора. А с 2000-х цифровой электроникой стали контролироваться стёкла, дворники, фары и всё, что угодно.

Последние 5 лет в тренде — умные устройства вроде интеллектуального чайника, роботов-пылесосов, смарт-ламп и область IoT в целом. Развитие направления происходит, в том числе, благодаря таким платформам, как AWS, Azure, Microsoft и GCP, к которым можно быстро и качественно подключать сотни тысяч умных устройств, а затем обрабатывать данные с них.

Чем занимается Embedded-разработчик?

Рассказать легче в сравнении. У разработчика, который пишет на Java, Python или других высокоуровневых языках, 70–80% времени уходит, чтобы создать само ПО. То есть бизнес-логику — разработку того, что приходит из требований заказчика.

У Embedded-инженеров наоборот: они используют 70% времени, чтобы заставить платформу работать. Мы создаем все условия, чтобы ПО запустилось, можно было принимать данные от сенсоров, управлять мотором, работать с драйверами и загрузчиками, светить светодиодами и так далее в зависимости от контекста. Делаем то, что не связано с непосредственными задачами устройства.

Типичные задачи Embedded-разработчиков: написать что-то, что даёт данные или куда-то их пересылает. Например, принять данные от температурного датчика и передать их в облако. Другой задачей может быть написание, скажем, драйвера сенсора.

Какие знания пригодятся?

• Понимать платформенные особенности: как устроены процессоры и микропроцессорные системы, каким образом данные располагаются в памяти, про кэш данных, как работает программа, как происходит ее исполнение с операционной системой и без и др.
• Знать базу: что такое системы версионирования, bug-трекеры и СI-инструменты, такие как Jenkins или Azure DevOps.
• Из языков программирования чаще всего нужен С, хотя в последнее время всё больше Embedded-программ пишутся на С++. Процессоры становятся дешевле в производстве, поэтому почти в каждое устройство можно поставить Linux — серьёзную систему, которая фактически даёт возможность писать встроенное ПО на любом языке программирования.
• Электроника — один из главных пунктов. Все встроенные устройства сделаны на базе специализированных приборов, которые предназначены для решения конкретных задач. Они очень разнообразны и отличаются друг от друга схемотехникой, набором периферии, элементной базой. Embedded-разработчик должен уметь разбираться во всём этом: читать схему устройств, понимать, как это воплощено в печатных платах, как работают сенсоры и так далее.
• Понимать специфику работы операционных систем разного рода и как отлаживать код в ОС реального времени. Во встроенном ПО обычно есть одна конкретная цель, например, включить-выключить реле, которую важно сделать вовремя (счёт идет на мили- или микросекунды). Linux и Windows, например, этого гарантировать не могут, потому что их главная задача — равномерно и честно распределить процессор между всеми программами. А вот ОС реального времени гарантирует, что посылаемый сигнал точно дойдет вовремя. Порой это очень критично: задержка исполнения сигнала в тормозной системе машины может привести к большому ущербу здоровью и жизни человека.
• Знать прикладные области, где встроенное ПО используется. Например, поскольку IoT становится всё более популярным, Embedded-разработчику стоит знать всё, чтобы подключить устройство к облакам. Это и беспроводные технологии, такие как Bluetooth и Wi-Fi (основные), LoRa и Narrow-Band IoT — список большой. Кроме того, нужна «база» о сетях: как работает интернет, что такое роутеры, DNS, DHCP и высокоуровневые интерфейсы, к которым мы все привыкли, например, HTTP. Еще есть специфические, узконаправленные знания, например, в автомобильной, медицинской и промышленной отраслях. Они приобретаются с опытом, во время работы на проектах.
• Безопасность. Часто клиенты не хотят подключать свои устройства в интернет, потому что боятся взломов. Поэтому сейчас большое внимание уделяется соединению по безопасным каналам, а все прошивки, которые на них заливаются, подписываются специальными сертификатами, чтобы их невозможно было подменить. Поэтому Embedded-разработчику нужно знание криптографии: ассиметричной и симметричной, как работают аутентификация, подписи и блочное шифрование, как вообще хранить ключи шифрования на устройстве, чтобы их невозможно было украсть или подменить.

Завершу список упорством и постоянным саморазвитием. Элементная база непрерывно обновляется, как и наборы инструментов, и среды разработки — нужно изучать, что происходит в отрасли и около неё, чтобы быть «на гребне волны».

В каких направлениях можно работать?

Самые разные сферы, диапазон проектов большой. В ЕРАМ я занимался и рулевым управлением автомобиля, и кофеваркой, и зарядкой для электромобилей, которую используют в частных домах, и преобразователями интерфейсов, и сетевым ускорителем DNS запросов и многим другим. Всё зависит от специфики компании, в которой вы работаете, и доменов заказчиков. В любом случае, Embedded-разработка всегда очень интересная и разноплановая, особенно в больших компаниях, куда приходят разные клиенты.

Возможность смены профессии

Вариантов много. У нас даже шутка есть: главное требование для разработчиков встроенного ПО — не убежать в Java. Потому, что на Java сегодня пишутся много интересных проектов для самых разных областей. Например, в нашем департаменте Embedded, Standalone & IoT Delivery есть и Java, и Python, и Ruby, и Go, и еще много разных стеков. Что привлекает и держит меня в своей области? Возможность видеть вживую и трогать руками то, что делаешь (плату, например), а потом сразу наблюдать за результатом работы. Твой продукт не просто где-то там на сервере крутится на другой стороне планеты, а лежит у тебя на столе, светится, издает звуки и т. д.

Где учиться?

Если с нуля, то лучший вариант базы — электроника (сам так начинал). Ребята, которые закончили кафедры БГУИР, БНТУ и региональных технических университетов по специальностям промышленной электроники, автоматизации или общей электроники, имеют подходящий набор скиллов и знаний (например, понимание цифровых схем и азов программирования), чтобы стать хорошим Embedded-разработчиком. Потом им остается прокачаться в области ПО. Кстати говоря, мы так и делаем: доучиваем студентов-электронщиков, чтобы потом взять их в команду.

Переквалификация. В Embedded проще прийти из C и С++. Это лучший вариант: так как нам довольно часто приходится работать с памятью, то очень важными оказываются знания в логике работы указателей, которые есть далеко не во всех языках программирования.

Для самостоятельного обучения из онлайн-курсов могу посоветовать Coursera и LinkedIn Learning. Там есть и про Linux, и про операционные системы, и про разработку встроенного ПО, и про криптографию:

П. С. Про работу и хобби

Помимо разработки я увлекаюсь музыкой, сейчас активно учусь игре на электрогитаре. Моя работа и хобби пересекаются и дополняют друг друга, ведь электронная музыка и встроенное ПО сильно связаны. Вообще я и начинал изучать электронику со звуковой и звуковоспроизводящей электроники. Знаю, как работают микрофоны, динамики, звуковые карты, цифровые сигнальные процессоры, как создаются звуковые эффекты — это помогает мне развиваться как музыканту, видеть мир звуковоспроизведения и звукозаписи с нескольких сторон. Например, я понимаю, какие звуковые волны происходят из моего музыкального инструмента, как они распространяются, почему что-то идет не так или не работает. А различные звуковые эффекты мне представляются цифровыми фильтрами определенного рода.

Среди моих знакомых Embedded и IoT-инженеров есть много ребят с очень интересными и необычными хобби, они постоянно пробуют что-то новое. Пожалуй, это отлично поддерживает креативность и вдохновляет мыслить outside the box — советую!

Embedded systems: что это? Коротко про встраиваемые системы

Embedded System — это системы, которые выстраиваются на уровне микропроцессоров и микроконтроллеров. Они отвечают за какие-то специальные функции приложения или устройства и являются частью более крупных систем приложения, а не самостоятельной частью.

Пример применения таких систем можно увидеть в любом современном мультимедийном оборудовании. Embedded System — это возможность выбирать музыку, которую хотите слушать , или фотографию , которую хотите просмотреть. Все это становится доступным благодаря применению микропроцессор ов , которые управляют данными функциями. А работа этих микропроцессоров — это и есть наши рассматриваемые системы.

Embedded System — это не весь гаджет или персональный компьютер. Это лишь небольшая его часть, которая отвечает строгим требованиям к системе. Каждая такая система может выполнить лишь ограниченное количество операций, на которые она запрограммирована. Исходя из своего назначения, Embedded System может означать всего лишь «прошивку» для какого-то устройства или целую операционную систему с набором программного обеспечения , опять же , для какого-то другого устройства.

Где используются Embedded System?

• измеряющем оборудовании: осциллограф, анализаторы и т. д . ;

• бортовом компьютере автомобиля;

• телекоммуникациях;

• медицинском оборудовании;

• производственных станках;

• разнообразных роботах;

• бытовой технике;

• разнообразных гаджетах;

• банкоматах;

• кондиционерах;

• навигационных системах;

• системах безопасности и сигнализации;

• и др.

Как работают Embedded System?

• ASIC — интегральные схемы;

• FPGA — программируемые логические матрицы;

• прочие компоненты, предназначенные для наладки взаимодействия с интерфейсом пользователя.

Как программируют Embedded System?

Программирование Embedded System не ограничивается только знаниями самого языка программирования, также нужно понимание электроники, информатики, автоматизации процессов, робототехники и друго го — многое зависит от области применения встраиваемых систем. Поэтому можно сказать, что Embedded-программист — это не просто программист, а специалист широкой направленности.

Разработка Embedded System будет состоять из продумывания аппаратной части системы и проработк и программных скриптов. Программные скрипты бывают разной сложности — это зависит от приложения , для которого они разрабатываются. Многие прогрессивные сферы, такие как медицина, авиация, вооружение, космос, роботы и др. , имеют собственные библиотеки и инструменты для разработки своих встраиваемых систем. Поэтому Embedded-программист в этих сферах — это очень узконаправленный специалист, который владеет инструментами только для конкретной сферы деятельности.

Чтобы встраиваемая система получилась максимально успешной, к ее разработке нужно подходить очень ответственно и обязательно хорошо продумать архитектуру и функциональность. Очень часто небольшие ошибки приводят к тотальному провалу систем, поэтому программирование должно быть аккуратным, а тестирование — очень тщательным.

Иногда Embedded System бывают настолько сложными, что их разработка превращается в целое событие, которое управляется несколькими командами инженеров и программистов.

Заключение

• искусственного интеллекта;

• технологий дополненной и виртуальной реальности;

• машинного обучения;

• робототехники.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

embedded

Embedded journalists are reporters who accompany a specific military unit during their wartime assignment and report on what they see and observe while with that unit. — Прикомандированные журналисты – это корреспонденты, которые прикрепляются к той или иной воинской части на время военной командировки, и делают репортажи о том, что видят, находясь в подразделении.

12 embedded

13 embedded

14 embedded

15 embedded

1. погребённый

Тематики

Синонимы

• внедрённый
• заключённый

16 embedded

17 embedded

18 embedded

19 embedded in

20 embedded

См. также в других словарях:

Embedded C++ — (EC++, ECPP) ist eine von C++ abgeleitete Programmiersprache mit einem gegenüber C++ eingeschränkten Funktionsumfang. Embedded C++ wurde von einem Industriekonsortium verschiedener japanischer Chip Hersteller, darunter NEC, Hitachi, Fujitsu, und… … Deutsch Wikipedia

embedded — adj. 1. enclosed or fixed firmly in a surrounding mass; surrounded on all sides; as, found pebbles embedded in the silt; stone containing many embedded fossils; as, peach and plum seeds embedded in a sweet edible pulp. [WordNet sense 1] Syn:… … The Collaborative International Dictionary of English

Embedded — bedeutet so viel wie eingebettet, integriert. Man verweist mit dem Wort auf Embedded Systems in der Informatik, siehe eingebettetes System kompakte Industrie PCs, siehe Embedded PC Embedded Journalist, im Journalismus … Deutsch Wikipedia

Embedded — est un film américain réalisé par Tim Robbins en 2005 d après sa propre pièce de théâtre (2003). Le film est sorti directement en vidéo. Sommaire 1 Synopsis 2 Distribution 3 Adaptation … Wikipédia en Français

embedded — UK US also US imbedded) /ɪmˈbedɪd/ adjective ► travelling with a unit of soldiers during a war in order to get information for news reports: »an embedded journalist/reporter … Financial and business terms

embedded — index ingrained, situated Burton s Legal Thesaurus. William C. Burton. 2006 … Law dictionary

Embedded-PC — Unter einem Embedded PC versteht man einen modular aufgebauten und kompakten Industrie PC. Er ist ein eingebettetes System, dessen Rechnerarchitektur sich am Standard PC orientiert. Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau 2 Beispiele entsprechender… … Deutsch Wikipedia

Embedded — wiktionary|embedded|embeddingEmbedded or embedding may refer to: *Embedding, one instance of some mathematical object contained within another instance **Graph embedding *Embedded system, a special purpose system in which the computer is… … Wikipedia

Embedded C++ — Major Japanese CPU manufacturers, including NEC, Hitachi, Fujitsu, and Toshiba, to address the shortcomings of C++ for embedded applications. The goal of the effort is to preserve the most useful object oriented features of the C++ language yet… … Wikipedia

embedded — adjective 1. enclosed firmly in a surrounding mass (Freq. 1) found pebbles embedded in the silt stone containing many embedded fossils peach and plum seeds embedded in a sweet edible pulp • Similar to: ↑enclosed 2. inserted as an integral part of … Useful english dictionary

embedded — adj. VERBS ▪ be ▪ become ADVERB ▪ deeply, firmly ▪ culturally ▪ so … Collocations dictionary

Что такое встроенные системы, где они применяются и как разрабатываются

Встроенная система ( В страиваемая система, Embedded System) — это компьютерная система, состоящая из надлежащим образом подобранных аппаратных и программных компонентов, часто разработанная для конкретного программного приложения. Встроенная система отвечает за выполнение своих функций и влияет на способ общения с пользователем.

Еще одно определение: Встроенная система — это система аппаратного и программного обеспечения на базе микропроцессора или микроконтроллера, предназначенная для выполнения специальных функций в более крупной механической или электрической системе.

В этой статье представлена ​​информация о различных аспектах современных встроенных систем.

Что такое встроенная система?

Сегодня сложно представить современное мультимедийное электронное оборудование без возможности свободно выбирать параметры музыки, которую вы слушаете, или изображения, которое вы смотрите. Это возможно благодаря использованию микропроцессоров, управляющих работой этих устройств и размещенных внутри них (отсюда и название: Embedded System).

Компьютерные системы как сложные цифровые системы впервые были использованы для автоматизации вычислительных процессов по определенному алгоритму. Однако автоматизация может касаться не только вычислительных процессов. Следовательно, отправной точкой для разработки встраиваемых систем являются две дисциплины: автоматизация и информатика.

Комбинация методов и инструментов, используемых как в автоматизации, так и в информационных технологиях, позволила достичь совершенно нового качества. Несомненно, основной исходный контент содержится в термине: «Компьютерные системы управления». Они включают анализ и оценку компьютерных систем с точки зрения реализации управления объектами и процессами, а также необходимых требований к программному обеспечению для этих систем.

Развитие компьютерных систем и растущие требования к качеству контроля привели к появлению двух направлений в специализированных решениях для контроля. Это программируемые логические контроллеры (ПЛК) и микроконтроллеры. На основе этих тенденций создаются специализированные системы, которые выполняют все функции управления объектами или процессами и тесно связаны с ними.

Встроенная система должна соответствовать определенным требованиям, которые строго определены. Поэтому ее нельзя назвать типичным многофункциональным персональным компьютером.

Каждая встроенная система основана на микропроцессоре (или микроконтроллере), запрограммированном на выполнение ограниченного числа задач или даже только одной задачи.

В зависимости от назначения он может содержать программное обеспечение, предназначенное только для данного устройства (прошивка) или операционная система со специализированным программным обеспечением. Обычно это определяется степенью надежности, которую должна предложить встроенная система.

Как правило, чем менее сложным и специализированным является программное обеспечение, тем надежнее система и позволяет быстрее реагировать на критические события.

Надежность системы можно повысить за счет разделения заданий на более мелкие подсистемы, а также за счет резервирования, которое может заключаться в использовании двух идентичных устройств для одной задачи, одно из которых берет на себя задачи другого в случае его сбоя.

Где применяются встроенные системы?

Встроенные системы используются во многих сферах жизни, и область их применения, наряду с техническим прогрессом, постоянно расширяется.

Такие решения можно найти в измерительном оборудовании, в том числе осциллографах, анализаторах спектра, в автомобилях (например, бортовые компьютеры), компьютерном оборудовании (жесткие диски, оптические приводы, маршрутизаторы), в решениях для телекоммуникаций, в так называемых интеллектуальных зданиях, в устройствах, используемых в медицинской диагностике, системах управления полетом, а также, естественно, в станках с ЧПУ, роботах и промышленных машинах и ряде систем управления в автоматизации.

Мобильные телефоны, телевизоры, плееры, бытовая техника, термостаты, кондиционеры, банкоматы, информационные киоски, мультимедийные и интерактивные развлекательные системы, игровые приставки, игровые автоматы, принтеры, копировальные аппараты, калькуляторы, спутниковые навигационные системы, светофоры, системы сигнализации для защиты людей и имущества, например, противовзломные, охранные, пожарные — это наиболее характерные примеры встроенных систем.

Сложность этого типа решений очень разнообразна — от простых потребительских систем на основе маломощных микроконтроллеров до многопроцессорных распределенных систем, используемых в робототехнике или на железных дорогах.

Главной особенностью, которая отличает встроенные системы от других компьютерных систем, является, помимо специализированного характера, качество программного обеспечения и используемых аппаратных компонентов.

Встроенная система из-за области ее применения также должна быть полностью протестирована и стабильна — программные ошибки здесь могут иметь катастрофические последствия.

История встроенных систем

Первой современной встроенной вычислительной системой реального времени был компьютер Apollo Guidance Computer, разработанный в 1960-х годах доктором Чарльзом Старком Дрейпером из Массачусетского технологического института для программы Apollo. Управляющий компьютер Apollo был разработан для автоматического сбора данных и выполнения критически важных расчетов для командного модуля Apollo и лунного модуля.

Apollo Guidance Computer

В 1971 году Intel выпустила первый коммерчески доступный микропроцессор — Intel 4004, для которого все еще требовались микросхемы поддержки и внешняя память.

В 1978 году Национальная ассоциация производителей машиностроения выпустила стандарт для программируемых микроконтроллеров, улучшив конструкцию встроенных систем и к началу 1980-х компоненты системы памяти, ввода и вывода были интегрированы в тот же чип, что и процессор, образуя микроконтроллер.

Встроенная система на основе микроконтроллера будет впоследствии включена во все аспекты повседневной жизни потребителей, от устройств чтения кредитных карт и сотовых телефонов до светофоров и термостатов.

Как работает встроенная система?

Встроенные системы управляются микроконтроллерами или процессорами цифровых сигналов (DSP), специализированными интегральными схемами (ASIC), программируемыми логическими матрицами (FPGA). Эти системы обработки интегрированы с компонентами, предназначенными для работы с электрическими и / или механическими интерфейсами.

Инструкции по программированию встроенных систем, называемые микропрограммами, хранятся в постоянном запоминающем устройстве или микросхемах флэш-памяти, работающих с ограниченными аппаратными ресурсами компьютера. Встроенные системы соединяются с внешним миром через периферийные устройства, связывая устройства ввода и вывода.

Как разрабатываются встроенные системы?

Проектирование и создание встроенных систем не укладывается в существующие рамки стандартных дисциплин, с которыми эти решения связаны. Обязательно требуются знания как электроники, так и информатики. Несомненно, наиболее правильным решением было бы заняться вопросами разработки встраиваемых систем после получения подготовки также в области автоматизации и управления, а также мехатроники и робототехники.

Проектирование встроенной системы включает в себя как разработку специального аппаратного уровня, так и соответствующего программного обеспечения. В последнем можно разделить системную область и область приложения.

Системный уровень создает среду выполнения для встроенного приложения и, в зависимости от области приложения, имеет разную степень сложности. Для простых встроенных систем с закрытой не масштабируемой архитектурой системный уровень не является строго отдельным и не содержит механизмов для поддержки разработки приложений.

Передовые системы для медицины, авиации, телекоммуникаций и робототехники реализованы на основе специальных операционных систем или библиотек, которые содержат механизмы и функции, облегчающие разработку приложений и тестирование системы. Тем не менее, разработчик должен расширить системный уровень специальными драйверами.

Популярный онлайн видео курс:

Успех всего проекта во многом зависит от функциональности и удобства использования приложения. Создание встроенной системы требует анализа требований, разработки соответствующей архитектуры и ее сознательной декомпозиции.

Любая ошибка или игнорирование определенных требований на начальных этапах проекта может привести к провалу всего проекта. Плохие дизайнерские решения часто влекут за собой необходимость модификации не только программного, но и аппаратного обеспечения.

В случае систем для критических приложений также существует проблема безопасности, то есть в основном устойчивость системы к сбоям оборудования, электромагнитным помехам и ошибкам реализации.

В случае, если спроектированная система является сложной, например, система управления роботом на производственном предприятии, проект превращается в сложное логистическое мероприятие, требующее координации работы нескольких различных команд инженеров.

Будущие тенденции встраиваемых систем

Согласно последнему отчету Global Market Insights, рынок встраиваемых систем растет — в настоящее время его стоимость превышает 12 миллиардов долларов США, а, по оценкам, к 2025 году он вырастет до 20 миллиардов долларов США. Согласно прогнозам, растущий спрос на Linux и операционные системы реального времени (ОСРВ) с открытым исходным кодом обеспечит значительный рост рынка встроенного программного обеспечения.

Ожидается, что индустрия встраиваемых систем будет продолжать быстро расти благодаря постоянному развитию искусственного интеллекта (AI), виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR), машинного обучения, глубокого обучения и Интернета вещей (IoT).

В основе встроенных систем ближайшего будущего будут лежать такие тенденции, как снижение энергопотребления и повышение безопасности встроенных устройств, а также активное использование облачных технологий, приложений для глубокого обучения и инструментов визуализации данных в режиме реального времени.