Cosa sono gli Embedded Systems

Cosa sono gli Embedded Systems . Nel mondo di oggi i sistemi embedded li troviamo quasi in tutti i dispositivi elettronici che ci circondano. Ma Cosa sono gli Embedded Systems ?

Si definisce un Embedded System un sistema informatico composto da una combinazione di hardware e software progettati per svolgere una funzione specifica. Spesso funzionano all’interno di un sistema più grande, controllando una singola funzionalità all’interno di un dispositivo più grande multifunzione. Possono essere programmabili o avere una funzione unica.

Possono non avere una interfaccia utente oppure avere interfacce grafiche anche complesse come pulsanti, led o touchscreen se pensiamo ai dispositivi più moderni.

Sicuramente con il passare degli anni questi sistemi si sono evoluti e si sono notevolmente diffusi. Anzi diremo che il prossimo futuro vedrà una sempre maggiore diffusione di queste soluzioni/dispositivi.

Un sistema embedded è un sistema hardware basato su microprocessore integrato con software, progettato per gestire una particolare funzione o intere funzionalità del sistema. Con la rapida crescita in termini di tecnologia e sviluppo dei microcontrollori, anche i sistemi embedded si sono evoluti in varie forme.

Il software integrato è in genere sviluppato per la gestione di hardware specializzato in sistemi operativi come RTOS, Linux, Windows e altri. Inoltre, con il drastico aumento dell’adozione di sistemi embedded nei settori dell’apprendimento automatico, dei dispositivi indossabili intelligenti, dell’automazione domestica, dell’automazione della progettazione elettronica e del progresso dell’elaborazione multicore, il futuro del mercato dei sistemi embedded sembra piuttosto allettante. Tra il 2022 e il 2031, si prevede che il mercato globale dei sistemi embedded si espanderà a un CAGR del 6,5% e raggiungerà circa 163,2 miliardi di dollari, riferisce Allied Market Research Group.

Una panoramica della progettazione di sistemi integrati
In generale, un sistema embedded è costituito da hardware, software e sistema operativo embedded. L’hardware comprende un’interfaccia utente, memoria, alimentazione e porte di comunicazione. Nella sezione software il codice a livello di macchina viene creato con l’uso di linguaggi di programmazione come C e C++. RTOS (Real Time Operating System) è il sistema operativo più ordinato che viene spesso utilizzato per il sistema operativo embedded. Il sistema integrato generalmente rientra in tre categorie a partire da quelle di piccola scala, media scala e sofisticate.

Se ci si vuol avvicinare alla progettazione di sistemi embedded senza un piano, può essere travolgente. Un approccio sistematico, d’altro canto, aiuta a suddividere il ciclo di progettazione in fasi gestibili, consentendo un’adeguata pianificazione, implementazione e collaborazione.

Il design e progettazione di un Embedded Systems prevede i seguenti step “concatenati”:

• Identificazione del livello di astrazione del prodotto
• progettazione del layout design
• sviluppo prototipo
• sviluppo firmware
• testing e validazione

Processo di progettazione del sistema integrato
Identificazione/astrazione del prodotto
Tutto inizia con l’analisi dei requisiti, che inizia con l’analisi dei requisiti del prodotto e la loro trasformazione in specifiche. Il numero di ingressi/uscite e il diagramma logico non sono le uniche considerazioni, ma lo studio delle condizioni di utilizzo e di funzionamento aiuta a determinare le specifiche appropriate per il sistema integrato.

Progettazione del layout
Il progettista hardware può iniziare a costruire il progetto una volta che i requisiti sono stati tradotti in specifiche. In questa fase, il team di progettazione deve selezionare i microcontrollori appropriati in base al consumo energetico, alle periferiche, alle memorie e ad altri componenti del circuito tenendo presente il fattore costo.

Scheda a circuito stampato
Un PCB è un assieme che impiega conduttori in rame per collegare elettricamente vari componenti e per sostenerli meccanicamente. La progettazione di un circuito stampato comporta un processo di brainstorming in cui devono essere seguite le migliori pratiche per caratteristiche, capacità e affidabilità. Quando si lavora con circuiti a segnale misto ad alta velocità, microprocessori e microcontrollori diventa più complicato. I tipi comuni di PCB includono singola e doppia faccia, multistrato, flessibile, ceramica, ecc.

Sviluppo del prototipo
Quando si crea un nuovo prodotto per uno specifico segmento di mercato, il tempo è molto essenziale e gioca un ruolo cruciale. La creazione di un prototipo consente di identificare precocemente difetti e vantaggi di progettazione. Aiuta a identificare i difetti di progettazione in anticipo, consente di testare le idee, determina la fattibilità del prodotto e semplifica il processo di progettazione.

Sviluppo firmware
La scrittura di codice per hardware integrato (microprocessore, microcontrollore, FPGA), al contrario di un computer completo, è nota come sviluppo del firmware. Il software che controlla i sensori, le periferiche e altri componenti è noto come firmware. Per far funzionare tutto, i progettisti del firmware devono utilizzare la codifica per dare vita all’hardware. L’utilizzo di librerie di driver preesistenti e codici di esempio forniti dal produttore accelererà il processo.

Test e convalida
È necessario superare test rigorosi prima che la progettazione di un sistema integrato sia autorizzata per la produzione o l’implementazione. Il circuito deve essere sottoposto a test di affidabilità oltre a test di funzionalità, soprattutto quando si opera vicino ai suoi limiti.

Tendenze nei sistemi embedded
Le tendenze tecnologiche stanno accelerando e i dispositivi si sono sviluppati in qualità distintive che si adattano a molte categorie e settori, incluso l’embedded. Poiché i suoi risultati sono orientati alle applicazioni e le aree di sviluppo avanzate sono focalizzate, i sistemi e i dispositivi integrati guadagneranno maggiore popolarità nel prossimo futuro, tenendo conto di vari settori di attività e delle loro applicazioni. Vediamo le tendenze recenti nell’ambito dei sistemi embedded.

Soluzione System-on-Chip
La soluzione System on Chip (SoC) è un’altra nuova tendenza nella tecnologia dei sistemi embedded. Molte aziende forniscono dispositivi embedded basati su SoC e tra queste soluzioni c’è la fornitura sul mercato di circuiti integrati analogici e a segnale misto come una delle soluzioni più diffuse. ASIC con grandi prestazioni, dimensioni ridotte, basso costo e protezione IP è una di queste soluzioni. A causa delle loro dimensioni, peso e prestazioni energetiche, è molto popolare per le esigenze di sistema specifiche dell’applicazione.

Tecnologia senza fili
L’obiettivo principale della creazione di soluzioni software incorporate wireless è la trasmissione e la ricezione delle informazioni. Il sistema embedded wireless gioca un ruolo importante dove le connessioni fisiche sono impossibili in qualsiasi ambiente e l’uso di periferiche e dispositivi IoT diventa vitale. Con i progressi tecnologici nelle aree delle soluzioni wireless come Z-Wave, Bluetooth, Wi-Fi e ZigBee, l’applicabilità dei sistemi wireless integrati è aumentata drasticamente.

Automazione
Ogni sistema in uso oggi sta diventando sempre più automatizzato. Ogni settore in crescita ha un certo livello di automazione, in gran parte dovuto agli sviluppi di computer, robot e progressi nelle tecnologie intelligenti come l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico. L’utilizzo di dispositivi integrati accelera la connessione di più componenti di archiviazione e può facilmente collegarsi con la tecnologia cloud per alimentare la rapida espansione dell’elaborazione cognitiva del dispositivo. Le applicazioni basate sul riconoscimento facciale e la soluzione di visione offrono vantaggi come l’identificazione e l’acquisizione delle immagini, l’elaborazione delle immagini, la post-elaborazione, ecc. E gli avvisi di sicurezza in tempo reale. Ad esempio, una fabbrica intelligente dotata di IoT e intelligenza artificiale può aumentare significativamente la produttività monitorando le operazioni in tempo reale e consentendo all’IA di prendere decisioni che prevengano errori operativi.

Basso consumo energetico
L’ottimizzazione dei dispositivi alimentati a batteria per un consumo energetico minimo e tempi di attività elevati rappresenta una sfida significativa per gli sviluppatori. Per il monitoraggio e la riduzione del consumo energetico dei dispositivi integrati, sono attualmente in fase di sviluppo una serie di tecnologie/moduli e tecniche di progettazione, tra cui moduli Wi-Fi, Bluetooth potenziato che consumano meno.

Sfide nella progettazione di sistemi integrati
La progettazione di sistemi embedded è una componente importante ed è in rapida evoluzione; tuttavia, è necessario affrontare alcune sfide, come le questioni relative alla sicurezza e alla protezione, l’aggiornamento dell’hardware e del software del sistema, il consumo di energia, l’integrazione continua e la verifica e il test che svolgono un ruolo cruciale nel miglioramento delle prestazioni del sistema. Quando si sviluppa un sistema integrato, è fondamentale evitare comportamenti imprevisti che potrebbero mettere in pericolo gli utenti. Dovrebbe essere progettato in modo che non ci siano problemi con la funzionalità salvavita in ambienti critici. La maggior parte delle volte il dispositivo integrato viene controllato tramite applicazioni mobili, dove è fondamentale garantire che non vi sia alcun rischio di acquisizione o violazione dei dati.

Le tecnologie integrate continueranno a crescere, i produttori stanno ora trasmettendo in modo massiccio l’utilizzo di dispositivi integrati a partire dalle automobili ai sistemi di sicurezza, dall’elettronica di consumo alle soluzioni per la casa intelligente e altri. Certo, il sistema integrato potrebbe ora essere il fattore più importante che guida la cognizione del dispositivo e i progressi delle prestazioni.

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Esempi di sistemi embedded sono le smart tv, gli smartphone, gli smartwatch ecc.

(fonte)

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