Systemy wbudowane – kosmos na Ziemi?
Jak wiele rozwiązań technologicznych, także systemy wbudowane trafiły do powszechnego użycia z projektów dla przemysłu kosmicznego. Żeby poznać ich historię, trzeba cofnąć się do lat 60., gdy na potrzeby misji Apollo powstał w 1961 r. zintegrowany obwód sterujący. Stworzone przez Charlesa Starka Drapera rozwiązanie pozwoliło nie tylko zmniejszyć wagę promu kosmicznego, ale też umożliwiło załodze zbieranie danych w czasie rzeczywistym.
Przeczytaj: Co przyniosą połączone siły IIoT i 5G?
Dziś każdy z nas ma, dosłownie, na wyciągnięcie ręki podobne rozwiązania – wszelkie urządzenia przenośne czy wykorzystywane w obszarze Smart Home. Według danych MarketsandMarkets do 2025 roku rynek rozwiązań wbudowanych osiągnie wartość 116 bln dol., a już teraz rynek ten rośnie o 50% szybciej niż systemów obliczeniowych ogólnego przeznaczenia. To jednak niejedyny powód, by się nimi zainteresować!
Embedded systems (systemy wbudowane). Co to w ogóle jest?
Najczęściej spotkamy się z określeniem, że system wbudowany to połączenie software’u i hardware’u.
Taki system za pomocą sterownika odpowiada za jakąś część bardziej złożonego procesu (np. określone zadanie lub funkcjonalność). Systemy wbudowane mogą być oparte zarówno na mikroprocesorach, jak i mikrokontrolerach, a w niemal wszystkich tego rodzaju układach wykorzystuje się system operacyjny LINUX (można też zastosować Windows IoT lub Embedded Java). W przypadku systemów wbudowanych „im prościej, tym lepiej” – a ze względu na wysoki poziom wyspecjalizowania, im mniej skomplikowany system, tym większa niezawodność.
Czym charakteryzują się systemy wbudowane?
Najważniejsze zalety systemów wbudowanych to kompaktowość, nisko kosztowość możliwa dzięki masowej produkcji oraz ich szerokie zastosowanie w wielu różnych sektorach.
Jednocześnie inżynierowie systemów wbudowanych dążą do tego, aby tworzone przez nich rozwiązania były niezawodne, szybkie, efektywne i bardziej energooszczędne. To prawdziwe wyzwanie, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę to, że nieraz muszą obsługiwać krytyczne procesy, procesować wrażliwe dane i reagować w czasie rzeczywistym.
Zastosowanie
- Automotive – we współczesnych samochodach znajdziemy nieraz nawet około 100 wbudowanych komputerów czy systemów, które wspierają różne obszary, jak np. systemy nawigacyjne czy sterowanie audio. Branża automotive wykorzystuje systemy wbudowane w rozwiązaniach typu ADAS (Advanced Driver Assistance System). Taki zaawansowany system wspierający jest wykorzystywany w systemach wspomagania parkowania, prowadzenia pojazdu, zwiększania bezpieczeństwa – jak np. sterowanie poduszkami powietrznymi itp. Po przestoju spowodowanym pandemią, dynamika przemysłu motoryzacyjnego nabiera znów tempa, a systemy wbudowane znajdują szerokie zastosowanie w różnego rodzaju pojazdach.
- Urządzenia smart – telefony komórkowe wykorzystują wiele systemów wbudowanych do sterowania kamerami, mikrofonami, USB. Posiadają je także zegarki cyfrowe (do procesowania danych w czasie rzeczywistym) oraz wszelkiego rodzaju urządzenia przenośne czy te, które pomagają budować Smart City (sygnalizatory świetlne, inteligentne oświetlenie, czujniki ruchu, kamery). Potencjał IoT, a zatem systemów wbudowanych wykorzystuje szeroko rozumiana elektronika użytkowa (urządzenia rolnicze, urządzenia domowe typu Smart Home)
- Maszyny przemysłowe – wykorzystanie systemów wbudowanych otworzyło drzwi dla rewolucji przemysłowej. Urządzenia IIoT (Industrial Internet of Things w procesie produkcji umożliwiają sterowanie produkcją, monitorowanie i optymalizację procesów – wszystko to w czasie rzeczywistym. Sensory, zautomatyzowane systemy produkcyjne i monitorujące czynią proces bardziej efektywnym, ekonomicznym i przyjaznym środowisku
- Sprzęt medyczny – urządzenia wykorzystywane w medycynie (respiratory, urządzenia MRI) muszą spełniać najbardziej restrykcyjne wymagania, gdyż często od ich poprawnego funkcjonowania zależy zdrowie lub życie ludzkie. Wbudowane systemy obsługują w nich graficzny interfejs użytkownika, który powinien być możliwie jak najbardziej przyjazny i intuicyjny w obsłudze. Podobnie jak w maszynach użytkowych, wykorzystuje się tu również kontrolery i sensory
- Przemysł lotniczy – w przemyśle lotniczym systemy wbudowane mierzą się z ekstremalnymi warunkami (jak niskie czy wysokie temperatury). Mają krytyczne znaczenie dla bezpieczeństwa, muszą więc spełniać wyśrubowane normy. Takie systemy mogą odpowiadać za kontrolę prędkości i temperatury, rejestrować parametry lotu, sterować silnikami, ale też… dostarczać rozrywki pasażerom poprzez wbudowane w kabinie ekrany, którymi sterują. Jako zastosowanie rozwiązań Embedded warto też wymienić coraz chętniej wykorzystywane drony z systemami nawigacyjnymi i sterowania
- Zagrożenie cyberatakami i wyciekami danych – systemy wbudowane przetwarzają dane krytyczne dla wielu sektorów – wspomnijmy choćby banki, szpitale, wojsko czy aerospace
- Czas żywotności – kompaktowe urządzenia wykorzystujące systemy wbudowane wykorzystują więcej energii, a to przekłada się na ich czas pracy i żywotność. Wyzwaniem jest budowanie systemów, które będą jednocześnie niezawodne i energooszczędne
Podsumowanie
Coraz większe możliwości technologii takich jak chmura, sieć 5G czy sztuczna inteligencja, wykorzystywanych przez IoT, z pewnością będzie sprzyjał wykorzystaniu systemów wbudowanych. Szerokie zastosowanie w wielu branżach i zapotrzebowanie na sprzęty elektroniki użytkowej sprawiają, że producenci mogą z optymizmem patrzeć w przyszłość. Muszą jednak liczyć się z zagrożeniami i potrzebami, jakie wiążą się z zastosowaniem rozwiązań typu Embedded Systems w urządzeniach użytkowych. Zatrudniając odpowiednio wykwalifikowanych inżynierów i przeprowadzając testy bezpieczeństwa systemów wbudowanych, można odpowiednio zminimalizować to ryzyko.