`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Мир встраиваемых систем

0 
 

С 14 по 16 февраля 2006 г. в Нюрнберге проходила ежегодная выставка
Embedded World 2006 посвященная оборудованию и программному обеспечению для встраиваемых систем. Более полутысячи участников предлагали здесь технические решения, многие из которых так или иначе найдут свое воплощение в мире систем управления, контроля и безопасности технологических объектов.

«Как известно всем высокоученым и грамотным людям, Земля представляет собой диск, который покоится на спинах трех слонов, стоящих на черепахе, которая, в свою очередь, возлежит на трех китах, плавающих в мировом океане»
Cтарик Хоттабыч

Мир встраиваемых систем

Встраиваемые системы – это целый мир, в котором есть свои правила и законы, лидеры и аутсайдеры. Мы постоянно сталкиваемся с представителями этого мира, включая стиральную машину или нетерпеливо ожидая зеленого сигнала светофора, щелкая пультом управления телевизором или заводя современный автомобиль, за правильной работой которого следит электроника. Целые встраиваемые королевства и империи спрятаны от взгляда неспециалиста за такими, казалось бы, обыденными вещами, как вода в кране или электричество в розетке.

Множество решений для различных областей и были представлены на очередной выставке в Нюрнберге. Попробуем по ее результатам определить основные направления и тенденции в мире встраиваемых компьютеров и систем.

Если верить словам почтенного старца, приведенным в эпиграфе, прежде всего следует начать с «китов», ибо на них возлежит все остальное.

Киты

Очевидно, что сердцем любого компьютера для любых приложений – и встраиваемых, и настольных – является микропроцессор. Наиболее крупными представителями семейства «китовых», как и следовало ожидать, были постоянные соперники – компании Intel и Freescale (бывшее подразделение Motorola, отвечающее за микропроцессоры). Intel, которой принадлежит неоспоримое лидерство в сегменте ПК, не является настолько уж безусловным лидером в embedded-мире. Однако это не помешало ей продемонстрировать гостям выставки двухъядерный процессор общего назначения с тактовой частотой 1,6 и 2 GHz и потребляемой мощностью до 31 Вт. Примечательна их полная совместимость со стандартным ПО на базе Windows и Linux, что открывает для данного устройства рынок интерактивных клиентских станций и высокопроизводительных серверов для индустриального применения.

Мир встраиваемых систем
Девиз CoDeSys – «три S»: Smart Software Solutions

Вторым гвоздем программы стал ряд микропроцессоров архитектуры ARM серии PXA2XX. В отличие от Intel, своего главного конкурента, эта компания предлагает более широкую гамму микропроцессоров и микроконтроллеров, начиная от дешевых восьмибитовых чипов (для которых, кстати, на стенде всем желающим раздавали ПО CodeWarrior) и заканчивая линейкой мощных 32-битовых процессоров общего назначения, построенных на архитектуре ColdFire и PowerPC. При этом компания верна принципам, заложенным еще в «мотороловские» времена: в линейку вошли комбинации соответствующего ядра и различных вариантов периферии, включая коммуникационные сопроцессоры, порты, встроенные АЦП (до 12 бит), контроллеры DMA, флэш-память программ. Так, для архитектуры ColdFire было представлено более 40 модификаций, причем треть из них появилась на рынке в течение последнего года! Отрадно также то, что для всего этого микропроцессорного многообразия предлагаются отладочные средства десятка компаний – от почти бесплатных компиляторов GNU до коммерческих и далеко не дешевых WindRiver и CodeWarrior. Интересным штрихом, подчеркивающим иной способ мышления инженеров и менеджеров Freescale, стали компьютеры MAC на стенде – их не демонстрируют, на них работают.

Кроме главных «китов», выставку почтили своим вниманием практически все основные мировые производители микропроцессоров и микроконтроллеров. Часть из них, такие как Analog Devices и Texas Instruments, основной упор сделали на собственные сигнальные процессоры, другие, например Philips и Atmel, предлагали 32-битовые процессоры ARM-архитектуры.

Особо следует отметить экспозицию компании Fujitsu, свидетельствующую о серьезности ее намерений на европейском рынке. Помимо собственного стенда европейского отделения компания была представлена еще двумя дилерами: Ineltek и GLYN. Приятно удивила тщательная продуманность стендов, на которых демонстрировались практически все продукты компании, что весьма непросто при ее разносторонних интерeсах. Например, были показаны Evualation boards для 16- и 32-битовых микропроцессоров общего назначения, графические контроллеры, устройства дактилоскопического декодирования, микромеханические гироскопы. Все это сопровождалось квалифицированными консультациями и раздачей компакт-дисков с рабочим ПО для отладки.

Мир встраиваемых систем
Эти «Маки» не рекламировались на стенде как товар – специалисты считают их одними из лучших компьютеров для профессиональной работы с CodeWarrior

В категорию «китов», хотя и меньшего размера, попадают также производители специализированных микросхем или микроэлектронных устройств. К таковым можно отнести, например, компанию Profichip выпускающую устройства для промышленной сети Profibus – от чипов до плат сопряжения. Здесь же хотелось бы отметить российскую компанию «Модуль» разрабатывающую и продвигающую на рынок сигнальные процессоры и специализированные микросхемы для бортовой сети MIL-STD-1553. В этом году компания также анонсировала высокоскоростные АЦП (2 канала по 600 MHz) со встроенным буфером памяти.

Однако, с точки зрения автора, первое место среди «китят» заняла немецкая MAZeT предлагающая полупроводниковые датчики цвета серии «JEN colour». Датчик собран в корпусе обычной микросхемы и позволяет строить системы распознавания цвета до 256 оттенков со скоростью до 10 KHz, что является очень высоким показателем, при этом его цена – всего 15–20 евро. В другом павильоне в качестве готового решения компания SiliCann демонстрировала концевой выключатель, настраиваемый на определенный цвет. Он изготовлен на базе чувствительных элементов JenColour, но стоит уже несколько сот евро.

Весьма полезным дополнением к данному сектору стало предложение рядом компаний услуг по обучению программированию тех или иных микропроцессоров. Например, компания HILF Gmbh имеет в своем арсенале более двадцати различных курсов по освоению микропроцессоров, в частности ColdFire и PowerPC. Правда, проводятся они только на немецком языке и не слишком дешевы: стоимость недельного обучения составляет около 1,5 тыс. евро.

Черепаха

Итак, разобравшись с «китами» встраиваемого мира, перейдем к следующему уровню – «черепахе», которой в данном случае является программное обеспечение. Последнее можно условно разделить на отладочное и системное. Первое было представлено прежде всего на стендах фирм – производителей полупроводников. В простейшем случае это компиляторы языка С и отладчики собственной разработки, доступные бесплатно или почти бесплатно. Наиболее яркими представителями в этом секторе являются компании Microchip и уже упоминавшаяся Fujitsu. Более сложный вариант – создание профессиональных компиляторов специализированными фирмами. Их демонстрировали достаточно известные на нашем рынке IAR Systems (компиляторы С для микроконтроллеров ATMEL) и KEIL Software (компиляторы С для Infineon). Замыкает тройку лидеров мультиплатформенный CodeWarrior компании Metrowerks. Здесь же будет уместно подчеркнуть, что вся тройка усиленно рекламирует решения для архитектуры ARM.

Также к разработчикам компиляторов можно отнести компании, разрабатывающие специализированные драйверы, в частности для различных slave-чипов USB. Известно, что ОС Windows видит чипы USB slave в качестве дополнительного COM-порта, причем драйверы виртуального СОМ-порта поставляются производителями этих чипов бесплатно. Однако в реальной жизни драйвер ограничивает скорость обмена до 512 KBps, что выглядит несколько странно при заявленной скорости USB в 12 МBps. Вот тут-то и приходят на помощь небольшие компании-разработчики, обеспечивающие своим ПО скорость обмена данными на уровне, указанном в спецификации. Примером является небольшая компания THESYCLON, предлагающая лицензию runtime на драйвер USB-устройства за 1,5 тыс. евро.

Мир встраиваемых систем
В последнее время темпы распространения симпатичных Linux-пингвинчиков во всех секторах информационных технологий просто поражают

Однако более интересно «черепаха» программного обеспечения выглядит с точки зрения системного ПО. Горячо любимая всеми ОС Windows во встраиваемом мире, хотя и достойно представлена модификацией Windows CE, вовсе не является монополистом. Серьезным конкурентом ей выступает все то же детище Линуса Торвальдса в различных модификациях. Во всяком случае, «пингвины» всех размеров и расцветок чувствовали себя на выставочных стендах уверенно.

Несколько особняком располагались мэтры системного ПО, специализирующегося именно на рынке встраиваемых систем. Это ОС QNX, представленная внушительным стендом и подчеркивающая свою мультиплатформенность (нынешняя модификация работает на процессорах не только от Intel, но и архитектуры PowerPC). Естественно, на выставке можно было познакомиться и с OS-9 (компания RadiSYS) для процессоров Freescale, применяемой в военной технике и ответственных приложениях.

Кроме того, две компании – SEGGER Microcontroller System и Embedded Office – демонстрировали варианты ядра реального времени и библиотек, обеспечивающих многозадачность, обмен через почтовые ящики, связь через различные интерфейсы и графику для встраиваемых систем. Как ядро SEGGER, так и uС-OS-II, обеспечивают весь необходимый для разработчиков встраиваемых систем сервис, и, что немаловажно, компилируются на большое число платформ, начиная от восьмиразрядных контроллеров и заканчивая высокопроизводительными сигнальными процессорами.

Мир встраиваемых систем
«Визитная карточка» прошедшей выставки – мезонинная процессорная плата с предустановленными ОС Windows или Linux

Из инструментария программиста можно отметить присутствие (причем сразу на нескольких стендах) ПО LabView от компании National Instruments и MATLAB от MathWorks Оба пакета объединяет превосходная математическая поддержка, продуманный и тщательно выверенный графический интерфейс (и, соответственно, немалая цена). Но наибольший интерес у специалистов вызвал стенд компании 3S Smart Software Solution, предлагающей специализированное ПО СoDeSys для систем, программируемых на технологических языках согласно IEC61131-3, по сути, – компилятор со специальных языков. Несмотря на достаточно скромный базовый стенд, логотип компании можно было увидеть еще в добрых двух десятках экспозиций. Ее сильными сторонами являются узкая специализация (и, соответственно, тщательная проработка программного продукта) и в то же время мультиплатформенность компилятора, способного поддерживать вычислительные средства на архитектуре INTEL, PowerPC, ColdFire, ARM, 16-битовые контроллеры Infineon и даже архитектуру «однокристалок» серии 8051. Вопрос сводится фактически только к наличию достаточного объема флэш-памяти и ОЗУ (для однокристального устройства требуется всего 8 КВ). При этом среда разработки системного ПО создает монитор, прошиваемый в целевой контроллер, который «понимает» объектный код, генерируемый компилятором пользовательских программ. Фактически для прикладного программиста целевой компьютер выглядит как специализированный контроллер, работающий с компилятором языков IEC61131.

Разобравшись с «черепахой», перейдем к следующему разделу.

Слоны

На первый взгляд, при наличии «китов» в виде чипов и «черепахи» в виде ПО никакие дополнительные «слоны» разработчику не требуются и любой грамотный инженер способен спроектировать встраиваемый компьютер или контроллер. Поначалу так оно и было (читатель может представить себе «зоопарк», созданный ничем не сдерживаемой фантазией инженеров). Однако изобилие вариантов привело к сложностям в эксплуатации и ремонте. Поэтому мировое сообщество занялось разработкой стандартов, являющихся теми самыми «слонами», на спинах которых и возлежит встраиваемый мир. Стандарты определяют конструктивные и архитектурные особенности узлов и блоков встраиваемых систем, а также описывают интерфейсы для связи с внешним миром.

Мир встраиваемых систем
Все знают, что современные автомобили напичканы электроникой. Но реальное количество встраиваемых устройств, продемонстрированное компанией Vector на объемном «скелете» машины, существенно превосходит воображение обывателя

Одними из старейших и наиболее уважаемых «слонов» являются стандарты VME и PC-104 (с буквоедской точки зрения последний де-юре до стандарта не дотянул, хотя де-факто, бесспорно, таковым и является). Первому сегодня идет третий десяток лет, да и второй ненамного моложе. Их ровесники из мира персональных компьютеров давно канули в Лету, однако вселенная встраиваемых систем изменяется медленнее и солидный возраст в ряде случаев – наилучшая рекомендация для разработчиков и пользователей. Оба стандарта описывают магистрально-модульную архитектуру: VME – на основе шины микропроцессоров Motorola (Freescale), PC-104 – на основе шины микропроцессоров Intel.

Представителей обоих направлений, получивших довольно широкое распространение в Украине, без труда можно было разыскать и в Нюрнберге. Разумеется, такие гранды как Kontron, SBS, Advantech, Ampro не могли не приехать на основную европейскую профильную выставку. Но и кроме них здесь было не менее чем по десятку участников от каждого сообщества (во всяком случае, считая VME-производителей, автор сбился где-то на 15). А окончательным аргументом в пользу их жизнеспособности стали полученные в пресс-центре два специализированных журнала: «VME BUS systems» и «PC-104 Embedded solutions». Умирающим технологиям такие памятники не ставят.

Более новыми решениями в области магистрально-модульных архитектур являются стандарты COMPAT PCI и Advanced TCA / MICRO TCA. Их обычно представляют те же производители, которые ориентируются на VME-решения, хотя есть и ряд новых компаний, не имеющих за спиной VME-груза прошлых лет. Особенно бросается в глаза наличие достаточного числа небольших фирм, выпускающих специализированные периферийные платы для VME / Compact PCA платформ. В номенклатуре фирмы таких плат может быть всего одна-две, зато они оснащаются полным комплектом ПО и средств отладки. Разработчики устройств этого класса обычно используют традиционные процессоры общего назначения компаний Intel и Freescale и операционные системы OS-9, QNX, Windows CE и Linux. В качестве развития стандарта РС-104 на выставке демонстрировалось просто невероятное количество мезонинных модулей, именуемых на сленге отечественных инженеров-электронщиков «нашлепками». Типичная «нашлепка» представляет собой одноплатный компьютер (размером от спичечного коробка и больше) с уже установленными процессором, памятью программ, ОЗУ, интерфейсами.

Единственный тонкий момент – отсутствие в настоящее время четкого стандарта на конструкцию и внешнюю шину. Попытки стандартизации пока преимущественно напоминают соревнование по перетягиванию каната – каждый надеется, что узаконен будет именно его вариант, хотя этот прискорбный факт отнюдь не мешает бурному развитию данного направления. Архитектуры представленных модулей самые разнообразные, с микропроцессорами Intel и PowerPC, существует также широкая номенклатура с архитектурой ColdFire. Однако, вне всякого сомнения, гвоздем программы является архитектура ARM. Среди чипов наиболее популярен ARM9200 от Atmel (для работы без индикации) и Xscale (со встроенной видеоподсистемой) от Intel. Весьма показательным в этом плане был стенд фирмы Phytec предлагающей около 30 мезонинных процессорных модулей с различной производительностью – от шестнадцатиразрядного С167 (Infineon) до мощных ARM на базе Xscale PXA255 и At91M5508 Atmel.

Еще одна отличительная черта модулей – наличие предустановленной ОС (Linux или Windows CE). Последнее обстоятельство отмечается многими участниками и посетителями выставки как новое массовое явление, поскольку в прошлом году большинство поставщиков предлагали заказчикам устанавливать операционные системы самостоятельно, что чаще всего получалось далеко не так красиво и быстро, как описывали рекламные буклеты. В ряде случаев предлагались также одноплатные варианты с предустановленным монитором CoDeSys. К сожалению, многие из них имели недостаточно хорошо описанный программный интерфейс с внешним миром, что ограничивало число входных/выходных сигналов от датчиков и исполнительных механизмов.

Что осталось за кадром

Для полноценного обзора выставки в 500 участников объема журнальной статьи, конечно же, недостаточно. Еще много довольно интересных решений осталось за ее пределами. Поэтому попытаемся хотя бы обозначить их:

  • в секторе связных устройств было немало решений на уровне микросборок и готовых модулей – как для создания беспроводных сетей, так и для связи по коммутируемым линиям;
  • в сегменте конструктивов весь их ряд был представлен известными на отечественном рынке конкурирующими фирмами Rittal и SCHROFF;
  • в области промышленных сетей, без сомнения, на первое место претендуют решения, связанные с CAN-протоколом – от простых CAN-конверторов общего назначения до готовых решений CANOPEN;
  • в сегменте готовых приборов были представлены различные виды бортовых компьютеров для любых носителей – от личного автомобиля до самолета;
  • среди готовых решений преобладали системы для диагностики автомобильной бортовой сети, регулирования и управления.

Нюрнберг – прошлое и настоящее

Впервые в летописях Нюрнберг упоминался еще в 1050 г. У большинства наших соотечественников, особенно среднего и старшего возраста, он ассоциируется с Нюрнбергским процессом, прошедшим после окончания Второй мировой войны. Менее известно, что именно здесь был создан первый в мире глобус, а со своим пригородом Фюртом Нюрнберг соединил в свое время первый в Германии поезд. Являясь крупным историческим центром, сегодня Нюрнберг известен и как выставочный центр европейского значения. Одним из проводимых в нем ежегодных форумов и является Embedded World. В нынешнем году выставка расположилась на прощади в 11,5 тыс. м2. В ней приняли участие около 500 компаний из 27 стран мира, а число посетителей составило почти 11 тыс. человек. Впрочем, несмотря на декларируемый международный статус, выставка остается прежде всего немецкой – большинство семинаров и рекламных материалов было подготовлено на немецком языке, да и освещалась она в основном немецкими профильными изданиями. Хотя, конечно, на английском без особых сложностей можно общаться на любом стенде.

Мир встраиваемых систем
Один из символов Нюрнберга – императорский замок Кайзербург

Глядя на изобилие представленных на внутригерманской выставке инженерных и технических решений, невольно задаешься вопросом: а зачем все это нужно и где оно устанавливается? И вообще, откуда столько «хороших и разных» производителей в стране окончательно победившего «Сименса»? Во время неспешной прогулки по вечернему Нюрнбергу автору показалось, что он нашел ответ. Если в городе все эскалаторы снабжены датчиками присутствия (т. е. останавливаются при отсутствии пассажиров и запускаются, как только чья-то нога ступила на ступеньку), если автоматически открывается и закрывается большинство дверей и кранов в ванной, а при приближении человека включаются лампочки на всех маленьких улочках, то это не выглядит очередной потемкинской деревней или чьим-то капризом. Это является реальным воплощением энергосберегающей политики. И не нужно быть выдающимся экономистом, чтобы подсчитать реальную отдачу от всей этой автоматики. И не нужно быть инженером, чтобы представить, сколько для этого требуется управляющих компьютеров, больших и малых, и сколько при этом создается реальных рабочих мест в области высоких технологий.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT