Ще раз про Embedded

На ДОУ періодично з’являються пости про embedded розробку, але всі вони врешті зводяться до роботи с конкретною платформою і на мій погляд не дають правильного уявлення про галузь і потрібну для неї експертизу.

Тому я хочу почати з визначення, що воно власне Embedded. А це такий тип програмування, при якому програма є невідʼємною частиною чогось більшого і власної споживчої цінності не має. Більше того — програма, як складова кінцевого рішення може бути замінена електронним або навіть механічним вузлом без зміни основної функціональності.

Як приклад годинник. Він може бути чисто механічним, електромеханічним, електронним або програмою на мікроконтролері — вибір визначиться тільки за критеріями ціни-надійності, час він буде показувати так само.

Але діапазон використання вбудованого софта набагато ширше наведеного прикладу. Тому я спробую поділити його на кілька напрямів які потребують різної кваліфікації та підходів до розробки. Цей поділ є чисто субʼєктивним та не претендує на точність та вичерпність, радше окреслює тенденції.

Отже:

1. Application Specific

Рішення, що заміняє певну мікросхему ASIC (Application Specific IC) або кілька мікросхем загального використання на мікроконтролер, що дозволяє замінити модифікацію паяльником на модифікацію софтом.

Приклади: той самий годинник, зарядні пристрої (читаємо напругу на батареї — міняємо струм заряду), «розумні кнопки» (реакція на різну довжину утримання, подвійне-потрійне натискання і так далі, змінна підсвітка), світлодіодні дисплеї — семисегментні та матричні і тому подібний стаф.

Платформа: 8-бітні мікроконтролери — 8051, PIC, AVR, STM8. Bare metal (без ОС).
Кваліфікація: електроніка з базовими навичками програмування на С. 90% роботи тут схемотехніка, вимог до софта майже нема.

2. Interactive

Пристрій, що має певний рівень інтерактивності — його можна конфігурувати та перемикати режими. Досить часто підтримує мережу та/або USB- інтерфейс.

Приклади: різноманітні прибори — медичні, вимірювальні, промислові контролери, централі сигналізації та розумного будинку.

Платформа: 32-бітні мікроконтролери без підтримки MMU (апаратної підтримки віртуальної пам’яті) — STM32, ESP32. RTOS (Real Time OS), підтримка бутлоадера і завантаження іміджів через зовнішні інтерфейси, часто віддалено.

Кваліфікація: теоретично сильний інженер може грати з двох рук — схемотехніки та програмування, але у дійсності обсяг роботи настільки великий, що його варто поділити на дві ролі — схемотехніка та програміста. Причому останній має бути «справжнім ембедером» — тобто з одного боку розуміти низькорівневі речі типу аналого-цифрового перетворення і підключення периферійних мікросхем, а з іншого думати про архітектуру, розуміти роботу TCP/IP стека, Bluetooth та хмарних сервісів. Також ці платформи дозволяють використовувати скриптові мови такі як Lua та MicroPython.

3. Embedded Linux. Self explained

Приклади: домашні роутери, модеми, сеттопбокси для радіо та ТБ (загалом через розвинутий TCP/IP стек), частково частина приладів з попередньої категорії, які настільки потребують сервіси Linux, що це варто апгрейду заліза.

Платформа: 32-бітні SoC (System on Chip) з підтримкою MMU. NXP iMX серії, сімейство плат Rapberry Pi, китайські саморобки. Особливістю платформи є те, що справа їде про досить високі частоти, що потребує навичок і досвіду у розробці і виготовленні схеми та плати, тому основою дизайну стає не окремий чип, а готовий модуль — SoM (System on Module), який включає власне SoC, постійну і оперативну памʼять, схеми тактування та живлення, а також досить часто швидкісні інтерфейси, навколо якого будують закінчений виріб.

Кваліфікація: передбачає три ролі — схемотехнік, kernel engineer та software engineer. Ключовою роллю тут буде kernel engineer, задачею якого буде створити BSP (Board Support Package), який включає крос-компілятори, кастомізовані під конкретну плату бутлоадер та кернел, додаткові драйвери. Це вимагає знання як власне хардвару, так і Linux Internals.

Software engineer працює у майже повноцінному Linux, можливо тільки з певними апаратними обмеженнями, тобто від нього не вимагається щось спеціфічне за межами його стеку.

4. Appliance

Приклади: телеком обладнання — світчі, апаратні файрволи, пакет-брокери. Розподілені мережеві стораджі.

Платформа: стандартна серверна або оригінальний дизайн на базі потужного процесора та ASIC-ів для конкретних функцій.

Кваліфікація: хардваром тут і не пахне, тому в цьому випадку це Linux engineer зі знанням специфічного домена (мережі, файлових систем, what else), вмінням писати драйвери та/або пропатчити кернел.

От і все. Так я бачу стан сучасного embedded-програмування та компетенцій потрібних для нього. І те чому два Embedded-розробника можуть геть не розуміти один-одного.
Доповнюйте, критикуйте, задавайте питання.