Comment le développement embarqué a évolué au cours des deux dernières décennies

Comme pour tout domaine de développement, le développement de systèmes embarqués est comme l'océan :les courants profonds restent en grande partie les mêmes, sous-jacents à une surface qui le fait rarement. Au risque de se noyer dans la comparaison, mon argument est que les fondements du développement embarqué sont fondamentalement les mêmes aujourd'hui qu'ils l'étaient lorsque les ingénieurs devaient actionner des commutateurs à bascule sur des micro-ordinateurs câblés pour exécuter du code machine. Comme ces ingénieurs, nous essayons toujours de surveiller les événements externes et de réagir de manière appropriée. La façon dont nous y arrivons ne cesse de changer.

En apparence, le matériel, les logiciels et les méthodes utilisés pour construire des systèmes embarqués ne cessent de s'améliorer – ou du moins, de se différencier. Comme une sorte de mesure de ce changement, les enquêtes d'Embedded de 1999, 2009 et 2019 offrent un aperçu de la façon dont le développement intégré a évolué au cours des deux dernières décennies.

En fait, les questions de chaque sondage elles-mêmes reflètent une partie de ce changement. L'enquête de 1999 comportait de grandes sections avec des questions portant sur les compilateurs croisés, les méthodologies de conception orientées objet et les émulateurs en circuit, mais relativement peu sur les systèmes d'exploitation. En 2009, l'enquête avait abandonné ces sections particulières et incluait davantage la conception de multiprocesseurs, les systèmes d'exploitation et spécifiquement Linux embarqué, mais des sujets tels que l'Internet des objets (IoT) et l'intelligence artificielle (IA) n'étaient sur le radar de personne. Dans l'enquête de 2019, ces sujets, ainsi que la sécurité, ont montré à la fois un intérêt généralisé et une utilisation active.

Il est difficile d'essayer de comparer les détails de ces enquêtes, car les méthodologies d'enquête ont considérablement changé en 2009. Dans certains cas, la même question générale a été étendue à des questions à choix multiples où plusieurs réponses étaient autorisées. Cela ajoute de l'incertitude à toute interprétation. Vous le verrez dans la discussion sur les capacités de conception. De plus, certains des résultats ci-dessous manquent de données correspondantes de l'enquête de 1999, vous ne verrez donc que 2009 et 2019 pour ceux-ci. Enfin, gardez à l'esprit que la marge d'erreur dans les résultats varie généralement d'environ 3 % à plus de 6 %, de sorte que les comparaisons détaillées sont risquées. Enfin, en tant que personne qui a exploré les profondeurs désolées (cette métaphore encore) de la manipulation statistique, ayant effectué des recherches d'enquête quantitatives et une analyse comparative des performances du système au cours de carrières précédentes, ces chiffres sont uniquement à des fins de divertissement. Je les ai certainement trouvés ainsi.

Focus et capacités des applications

Comment les principaux segments d'applications pour les conceptions embarquées ont-ils évolué au cours de la dernière décennie ? Bien que l'industrie et le consommateur soient restés dans le top cinq, les conceptions pour les applications automobiles et IoT ont commencé à dominer (tableau 1). C'est probablement une valeur sûre qui conçoit pour ce que nous avons appelé datacomm en 2009 ont été regroupés sous communications en 2019.

Tableau 1 : 5 principaux segments d'applications (% de répondants)

20092019Industriel30Industriel32Datacomm24Consommateur29Consommateur22IoT25Instruments électroniques16Communications19Aérospatial16Automobile17

Comment la nature des conceptions a-t-elle changé au cours des deux dernières décennies ? L'enquête de 1999 posait plusieurs questions sur l'intégration des technologies Web dans les conceptions. Ce qui est particulièrement intéressant dans l'étude de l'enquête de 1999, c'est que 43% des personnes interrogées ont déclaré qu'elles n'avaient pas l'intention de le faire, mais 14% ont répondu que oui. Je ne sais pas ce que l'on entend exactement par « technologies Web » dans cette question, mais espérons que personne n'essayait d'intégrer un serveur httpd dans ses systèmes.

Plus généralement, le tableau 2 montre comment trois capacités de conception clés ont évolué. Le seul véritable changement a été une énorme augmentation des conceptions connectées de 35% au début du millénaire à un peu plus de 90% il y a même une décennie. (Je dirais que la méthodologie de l'enquête a laissé en réseau et sans fil comme potentiellement interchangeables, mais que leur somme montrait statistiquement le même niveau de connecté conceptions en 2009 et 2019.)

De même, les développeurs embarqués construisent des conceptions alimentées par batterie depuis au moins une décennie. Parfois, l'industrie oublie que la conception alimentée par batterie existait bien avant l'essor de l'IoT et des appareils portables.

Tableau 2 : Capacités de conception clés (% de répondants)

199920092019en réseau355949sans fil n/a3342alimenté par batterie n/a3534

Langage de programmation

Il est bon de se rappeler que C/C++ n'a pas toujours été le langage dominant pour le développement embarqué (Figure 1). Prenez en compte certaines des autres réponses enfouies dans chaque enquête, et il est probable que la montée en puissance des processeurs plus performants ait réduit le besoin de code au niveau de l'assemblage. Eh bien, cela et le fait que seulement environ 37% des projets sont arrivés dans les délais - un chiffre qui n'a pas bougé de manière significative en 2019 malgré le désir déclaré en 2009 de corriger le processus de développement (voir la figure 6 ci-dessous).

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Figure 1 : les principaux langages de développement (% de répondants).

À la fin de 2009, les systèmes d'exploitation (OS) open source commençaient à remplacer l'utilisation d'un système d'exploitation commercial. En 2019, cette tendance s'est poursuivie. Ce qui est intéressant ici, c'est que le déplacement du système d'exploitation commercial n'était pas uniquement dû à la montée en puissance des systèmes d'exploitation open source. Les systèmes d'exploitation personnalisés/internes ont également continué à être davantage utilisés (Figure 2).

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Figure 2 :Type de système d'exploitation (% de répondants).

Architecture du processeur

Bien que l'utilisation des architectures 32 bits soit restée la même au cours de la dernière décennie, les architectures 64 bits ont considérablement progressé (Figure 3). On pourrait penser qu'il s'agit d'une simple tendance évolutive alors que les développeurs passent à des largeurs de bits plus larges - de 8 bits à 16 bits à 32 bits à 64 bits - car les développeurs recherchent de meilleures performances de processeur et des cycles de mémoire plus efficaces, y compris la récupération d'instructions. .

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Figure 3 : architectures de processeurs (% de répondants).

Processeurs séparés vs appareils multicœurs

La tendance peut-être la plus claire dans les années 2010 a été la réduction de la conception de plusieurs puces de processeurs à des périphériques multicœurs :de plusieurs puces avec le même processeur à un périphérique multicœur homogène ou de plusieurs puces avec différents processeurs à un périphérique multicœur hétérogène (Figure 4).

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Figure 4 :puces de processeur individuelles par rapport aux processeurs multicœurs (% de répondants).

Moteurs de décision du processeur

Le principal facteur déterminant le choix du processeur n'a pas changé depuis deux décennies (Figure 5). La disponibilité des outils de développement logiciel se classe toujours comme le premier choix. Basculer dans le code machine sur un panneau n'est tout simplement pas l'idée de passer un bon moment. Ce qui est intéressant ici, c'est que la familiarité avec l'architecture a perdu une importance majeure depuis le début du millénaire, et les coûts et les capacités d'E/S/périphériques ont continué à baisser en importance (relative).

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Figure 5 : facteurs de choix du processeur (% de répondants).

Défis technologiques

Enfin, comment les perceptions ont-elles changé sur les principaux défis technologiques à venir ? Si nous examinons les cinq principaux défis répertoriés dans les enquêtes de 2009 et 2019, l'intégration, la complexité du code et les outils logiciels sont restés les principales préoccupations. Ce qui est intéressant ici, c'est que les préoccupations exprimées concernant le processus de développement se sont estompées au cours de la dernière décennie, remplacées par des préoccupations concernant la faible puissance et la sécurité. En fait, la montée des problèmes de sécurité et les mesures prises pour atténuer les menaces ont constitué une grande partie de l'enquête de 2019. En 2009, seulement 3 % des personnes interrogées ont déclaré que la sécurité était une préoccupation. Comme indiqué précédemment, le faible taux statistiquement similaire de respect des délais des projets en 2009 et 2019 suggère que le changement d'importance relative en 2019 concernant le processus de développement a moins à voir avec un succès apparent à cet égard et plus à voir avec l'émergence de préoccupations plus critiques.

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Figure 6 :Principaux défis technologiques (% de répondants).

Alors, qu'est-ce que tout cela signifie pour les années 2020 ?

Nous pourrions extrapoler à partir de ces résultats pour suggérer que des problèmes tels que les outils de développement logiciel et la gestion de la taille du code resteront importants, et que les caractéristiques du processeur telles que les performances et les périphériques auront une importance relative. D'un autre côté, l'émergence dans les années 2020 de seulement quelques nouvelles technologies comme les outils de développement sans code, l'informatique quantique et les cœurs d'IA prenant en charge les modèles de réseaux de neurones pouvant être entraînés sur le terrain semblerait présenter la cause d'un changement radical dans les défis de conception. Mais le feront-ils ?

Les systèmes embarqués nécessiteront toujours des outils pour écrire (ou générer) du code et devront probablement le faire pour des conceptions matérielles multiprocesseurs hétérogènes plus complexes. Ces conceptions devront toujours s'interfacer avec le monde physique, mais la nature des interfaces pourrait s'éloigner davantage des interfaces câblées des capteurs ou des appareils homologues coopérants. La demande pour plus de fonctionnalités continuera d'augmenter, entraînant le besoin de plus de performances et de capacités améliorées à partir de matériel capable d'exécuter des applications plus sophistiquées. En fin de compte, les conceptions de systèmes embarqués pour cette nouvelle décennie devront toujours s'interfacer plus efficacement avec les sources de données, exécuter un code plus complexe avec une latence minimale et faire face à des menaces de sécurité plus sophistiquées, tout en consommant un minimum de courant provenant de sources à très faible consommation d'énergie. Nous utiliserons probablement des approches très différentes, mais les objectifs resteront les mêmes.

Examinez les trois enquêtes citées ici pour 1999, 2009 et 2019 et dites-nous vos propres conclusions ou prédictions dans la section commentaires ci-dessous.