作者Shawn Prestridge行業(yè)專家及IAR高級現(xiàn)場應(yīng)用工程師兼美國FAE團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人嵌入式系統(tǒng)向來是軟件驅(qū)動(dòng)的。幾十年來工程師一直借助軟件來打造產(chǎn)品差異化、提升性能并在固定硬件的基礎(chǔ)上擴(kuò)展更多功能。改變的不是想法本身而是規(guī)模與復(fù)雜性。如今軟件提供的功能比以往任何時(shí)候都更加豐富。功能、性能調(diào)優(yōu)、連接性、安全行為以及生命周期管理越來越多地通過軟件更新而非硬件重新設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。這種趨勢通常被稱為“軟件定義一切”Software-Defined Everything, SDx。軟件定義車輛SDV已廣為人知。但同樣的模式如今在工業(yè)自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、能源系統(tǒng)以及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域也日益顯現(xiàn)。對于嵌入式團(tuán)隊(duì)而言這并非與過去的徹底決裂。四十多年來IAR一直助力企業(yè)開發(fā)嵌入式軟件許多基本原則依然適用。真正改變的是系統(tǒng)之間更加緊密地互聯(lián)在長生命周期內(nèi)更新需求急劇增加安全性Security要求更高軟件必須在部署后安全地Safely演進(jìn)因此軟件如今承擔(dān)著更多的責(zé)任與風(fēng)險(xiǎn)。盡管軟件的角色愈發(fā)重要但嵌入式系統(tǒng)仍然是資源受限、實(shí)時(shí)且往往是功能安全Safety或信息安全Security關(guān)鍵型的系統(tǒng)。這意味著僅有靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?？煽匦浴⒖深A(yù)測性和長期穩(wěn)定性比以往任何時(shí)候都更加關(guān)鍵。正是在這樣的背景下“軟件定義一切SDx”才真正與嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)——它不是一個(gè)流行詞而是一個(gè)必須審慎應(yīng)對的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。SDx在嵌入式環(huán)境中的含義在嵌入式系統(tǒng)中SDx并不意味著將硬件從等式中移除。相反它指的是將系統(tǒng)功能與具體硬件實(shí)現(xiàn)解耦使產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)主要通過軟件來演進(jìn)。嵌入式系統(tǒng)中的SDx建立在幾個(gè)關(guān)鍵原則之上。軟件層對系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)流進(jìn)行抽象而不是直接暴露原始硬件資源如特定外設(shè)或接口。這種抽象使得應(yīng)用軟件能夠描述系統(tǒng)“應(yīng)該做什么”以及數(shù)據(jù)“應(yīng)該如何處理”而不必與數(shù)據(jù)的獲取、傳輸或生成方式緊密耦合。因此開發(fā)人員可以專注于應(yīng)用行為和系統(tǒng)意圖而非底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)同時(shí)仍能滿足嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性、性能和可靠性要求。應(yīng)用邏輯與實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)之間的這種分離也是長壽命系統(tǒng)在復(fù)雜性增加時(shí)仍能保持可管理性的原因。當(dāng)軟件圍繞穩(wěn)定的系統(tǒng)行為而非硬件細(xì)節(jié)來構(gòu)建時(shí)演進(jìn)就變得可控而非脆弱?？梢浦残宰匀灰苍从谶@種方法。當(dāng)軟件的設(shè)計(jì)壽命超過一代處理器或設(shè)備時(shí)團(tuán)隊(duì)就能抵御供應(yīng)鏈中斷減少對特定供應(yīng)商的依賴。在實(shí)踐中這意味著軟件架構(gòu)可以在處理器或平臺變更時(shí)繼續(xù)沿用無需重寫從而在硬件遷移過程中保留工程投入和經(jīng)過驗(yàn)證的系統(tǒng)行為。SDx如何改變嵌入式行業(yè)1.軟件定義汽車SDV在汽車系統(tǒng)中SDV已成為一個(gè)決定性概念。汽車的差異化越來越多地來自軟件駕駛輔助、連接性、用戶體驗(yàn)以及售后功能激活。同時(shí)SDV依賴于深度嵌入的控制器這些控制器必須在十多年里保持確定性、安全性和可預(yù)測性。在這里軟件定義的創(chuàng)新只有在構(gòu)建和更新過程本身可控的前提下才能發(fā)揮作用。IAR長期支持開發(fā)團(tuán)隊(duì)、芯片設(shè)備和軟件版本這在車輛軟件不斷演進(jìn)、需要在長生命周期內(nèi)滿足安全與合規(guī)要求時(shí)尤為關(guān)鍵。2.工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域采用SDx思維來構(gòu)建代碼庫可以實(shí)現(xiàn)更順暢的維護(hù)、更輕松的重新配置以及通過軟件更新持續(xù)增加新功能。這種方法使系統(tǒng)能夠以可控的方式隨時(shí)間演進(jìn)支持優(yōu)化和新用例而不受原始硬件設(shè)計(jì)的嚴(yán)格限制。然而這些系統(tǒng)通常是連續(xù)運(yùn)行的不能容忍隨時(shí)間出現(xiàn)的不穩(wěn)定性、性能下降或資源泄漏。隨著軟件定義功能的增加故障不太可能以立即崩潰的形式出現(xiàn)而更可能表現(xiàn)為定時(shí)漂移、內(nèi)存碎片或在長時(shí)間運(yùn)行中積累的任務(wù)間意外交互。在這種情況下調(diào)試和優(yōu)化必須超越試錯(cuò)和對單個(gè)組件的孤立檢查。借助IAR工具工程師可以在系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行過程中分析其行為了解內(nèi)存如何使用、時(shí)序裕量如何演變以及任務(wù)在實(shí)際負(fù)載下如何交互。這種系統(tǒng)級的可視性有助于定位復(fù)雜、長期運(yùn)行系統(tǒng)的根本原因而不是在故障發(fā)生后被動(dòng)應(yīng)對癥狀。3.醫(yī)療在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域軟件定義的功能可以改善診斷、監(jiān)測和治療。然而每一項(xiàng)軟件變更都必須可控、可追溯、可審計(jì)。在這里“認(rèn)證就緒”不是一個(gè)里程碑而應(yīng)融入日常工作流程。軟件演進(jìn)必須在改進(jìn)的同時(shí)保留已驗(yàn)證的行為。IAR通過使軟件行為在整個(gè)開發(fā)和維護(hù)過程中具備可觀察性、可重復(fù)性和可追溯性來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。借助可重現(xiàn)的構(gòu)建、一致的代碼分析以及文檔化的驗(yàn)證結(jié)果團(tuán)隊(duì)可以證明軟件更新不會以非預(yù)期的方式改變已驗(yàn)證的行為。這使得設(shè)備功能能夠持續(xù)演進(jìn)同時(shí)保持監(jiān)管信心并保障患者安全。SDx背后的嵌入式現(xiàn)實(shí)盡管SDx前景廣闊但它并未消除嵌入式系統(tǒng)的固有約束。內(nèi)存依然有限實(shí)時(shí)行為仍然是強(qiáng)制性要求安全威脅也在不斷演變。變化在于我們?nèi)绾喂芾磉@些約束。例如安全問題不能再被當(dāng)作事后補(bǔ)救的事項(xiàng)。在隨時(shí)間持續(xù)演進(jìn)的軟件定義系統(tǒng)中安全保護(hù)必須是一致的、可重復(fù)的。借助IAR安全性不再是附加項(xiàng)而是在軟件中定義、實(shí)施并驗(yàn)證——利用現(xiàn)代微控制器中已有的安全功能并將其直接集成到構(gòu)建和部署流程中。IAR如何實(shí)現(xiàn)軟件定義的嵌入式系統(tǒng)IAR不主導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)或業(yè)務(wù)模式。相反我們提供的開發(fā)基礎(chǔ)聚焦于控制力、可重復(fù)性和長期可維護(hù)性這些對于嵌入式系統(tǒng)在長生命周期內(nèi)通過軟件演進(jìn)至關(guān)重要。這一基礎(chǔ)包括1.可重復(fù)的構(gòu)建借助IAR構(gòu)建工具嵌入式團(tuán)隊(duì)可以將經(jīng)過認(rèn)證、值得信賴的工具鏈集成到現(xiàn)代化的自動(dòng)化構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施中。雖然確定性是整個(gè)構(gòu)建環(huán)境的屬性而不僅僅是編譯器的屬性但I(xiàn)AR工具在受控的構(gòu)建工作流中使用時(shí)行為一致且可預(yù)測。這樣團(tuán)隊(duì)就能在開發(fā)人員、CI系統(tǒng)和長產(chǎn)品生命周期中實(shí)現(xiàn)軟件構(gòu)建、測試和發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)化——在支持自動(dòng)化的同時(shí)保留嵌入式和規(guī)范環(huán)境所需的可追溯性與文檔記錄。2.每次構(gòu)建都內(nèi)置代碼質(zhì)量和漏洞檢查在軟件定義系統(tǒng)中軟件不斷演進(jìn)對其質(zhì)量的信心也必須隨之增強(qiáng)。借助IAR代碼分析工具代碼質(zhì)量不是一次性活動(dòng)而是開發(fā)生命周期的內(nèi)在組成部分。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)代碼分析可在每次構(gòu)建或發(fā)布時(shí)持續(xù)應(yīng)用幫助團(tuán)隊(duì)及早發(fā)現(xiàn)缺陷、安全漏洞和規(guī)則違反。這使團(tuán)隊(duì)能夠自動(dòng)執(zhí)行編碼標(biāo)準(zhǔn)在缺陷進(jìn)入集成或生產(chǎn)階段之前發(fā)現(xiàn)它們根據(jù)已知漏洞模式檢查代碼在軟件演進(jìn)過程中降低回歸風(fēng)險(xiǎn)通過將代碼質(zhì)量檢查直接集成到構(gòu)建和CI/CD工作流中每一次構(gòu)建都能被分析、測試和驗(yàn)證確保軟件定義的更新不會悄然引入新的風(fēng)險(xiǎn)。3.軟件控制下的性能和內(nèi)存軟件定義的系統(tǒng)仍在物理限制內(nèi)運(yùn)行。IAR工具提供了對性能和內(nèi)存使用的精確控制使團(tuán)隊(duì)能夠隨著軟件的演進(jìn)優(yōu)化代碼大小、速度或功耗。這有助于團(tuán)隊(duì)避免不必要的硬件升級即使功能不斷增加也能控制BOM成本。4.將安全和信任融入生命周期借助IAR Embedded Trust安全性成為軟件定義生命周期的一部分。隨著軟件演進(jìn)設(shè)備身份、簽名和保護(hù)將得到一致的處理而不是后期添加或手動(dòng)管理。5.無中斷的架構(gòu)可移植性現(xiàn)代嵌入式產(chǎn)品必須經(jīng)受多代硬件的考驗(yàn)。IAR幫助團(tuán)隊(duì)確保軟件架構(gòu)的壽命超過任何單個(gè)處理器從而降低硬件變更的成本和風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)保留已有的軟件投資。6.嵌入式DevOps嵌入式團(tuán)隊(duì)越來越多地采用自動(dòng)化和CI/CD但往往無法自由依賴公共云服務(wù)。有了IAR嵌入式的DevOps可根據(jù)您的條件而不是云的條件提供支持。團(tuán)隊(duì)可以在本地、內(nèi)部或受控環(huán)境中自動(dòng)構(gòu)建和測試而不會影響確定性、安全性或合規(guī)性。不失控制的SDxSDx并不意味著不惜一切代價(jià)追求高速。在嵌入式系統(tǒng)中它要求的是審慎、可預(yù)測且安全的演進(jìn)。IAR通過將構(gòu)建、性能、安全性和合規(guī)性轉(zhuǎn)化為可控、可重復(fù)的軟件流程實(shí)現(xiàn)了軟件定義嵌入式系統(tǒng)使團(tuán)隊(duì)能夠通過軟件進(jìn)行創(chuàng)新而不會犧牲嵌入式系統(tǒng)所依賴的那些核心品質(zhì)?？偨Y(jié)從“軟件定義車輛”到“軟件定義醫(yī)療和工業(yè)系統(tǒng)”嵌入式開發(fā)的未來正越來越多地由軟件決定。真正的挑戰(zhàn)不在于系統(tǒng)是否成為軟件定義的系統(tǒng)而在于企業(yè)如何在軟件經(jīng)歷漫長的生命周期、跨越多代硬件、不斷變化的法規(guī)要求以及日益增長的系統(tǒng)復(fù)雜性時(shí)始終保持控制力。IAR嵌入式開發(fā)平臺通過提供集成到現(xiàn)代嵌入式開發(fā)工作流中的可信、經(jīng)過功能安全認(rèn)證的工具鏈支持可控、可重復(fù)的軟件演進(jìn)。通過支持受控環(huán)境中的可重現(xiàn)構(gòu)建、代碼分析、性能與內(nèi)存的可視性以及面向嵌入式的安全機(jī)制IAR在不破壞可預(yù)測性或信任的前提下實(shí)現(xiàn)了軟件定義的創(chuàng)新。