Cómo ha evolucionado el desarrollo integrado en las últimas dos décadas

Al igual que con cualquier área de desarrollo, el desarrollo de sistemas integrados es como el océano:las corrientes profundas siguen siendo en gran medida las mismas, subyacentes a una superficie que rara vez lo hace. A riesgo de ahogarme en el símil, lo que quiero decir es que los cimientos del desarrollo integrado son fundamentalmente los mismos ahora que cuando los ingenieros tenían que accionar interruptores de palanca en microcomputadoras cableadas para ejecutar código de máquina. Como esos ingenieros, todavía estamos tratando de monitorear eventos externos y responder de manera apropiada. La forma en que llegamos sigue cambiando.

En la superficie, el hardware, el software y los métodos utilizados para construir sistemas integrados siguen mejorando, o al menos, diferentes. Como medida de ese cambio, las encuestas de Embedded de 1999, 2009 y 2019 ofrecen una instantánea de cómo ha evolucionado el desarrollo integrado en las últimas dos décadas.

De hecho, las preguntas de cada encuesta reflejan parte de ese cambio. La encuesta de 1999 tenía grandes secciones con preguntas sobre compiladores cruzados, metodologías de diseño orientadas a objetos y emuladores en circuito, pero relativamente pocas sobre sistemas operativos. Para 2009, la encuesta había eliminado esas secciones en particular e incluía más sobre diseño de multiprocesadores, sistemas operativos y Linux específicamente integrado, pero temas como Internet de las cosas (IoT) e inteligencia artificial (IA) no estaban en el radar de nadie. En la encuesta de 2019, esos temas y junto con la seguridad mostraron un interés generalizado y un uso activo.

Es difícil intentar comparar los detalles de estas encuestas, porque las metodologías de la encuesta cambiaron significativamente en 2009. En algunos casos, la misma pregunta general se expandió a preguntas de opción múltiple donde se permitía más de una respuesta. Eso agrega incertidumbre a cualquier interpretación. Verá esto en la discusión sobre las capacidades de diseño. Además, algunos de los resultados a continuación carecen de los datos correspondientes de la encuesta de 1999, por lo que solo verá 2009 y 2019 para esos. Por último, tenga en cuenta que el margen de error en los resultados suele oscilar entre aproximadamente el 3% y más del 6%, por lo que las comparaciones detalladas son riesgosas. Finalmente, como alguien que ha explorado las lamentables profundidades (nuevamente esa metáfora) de la manipulación estadística, después de haber realizado una investigación de encuestas cuantitativas y una evaluación comparativa del rendimiento del sistema en carreras anteriores, estos números son solo para fines de entretenimiento . Ciertamente los encontré así.

Enfoque y capacidades de las aplicaciones

¿Cómo cambiaron los segmentos de aplicaciones principales para diseños integrados durante la última década? Aunque la industria y el consumidor se mantuvieron entre los cinco primeros, los diseños para aplicaciones automotrices y de IoT han comenzado a dominar (Tabla 1). Probablemente sea una apuesta segura diseñar para lo que llamamos datacomm en 2009 se incluyeron en comunicaciones en 2019.

Tabla 1:Los cinco segmentos principales de aplicaciones (% de encuestados)

20092019Industrial30Industrial32Comunicación de datos24Consumidor29Consumidor22IoT25Instrumentos electrónicos16Comunicaciones19Aerospacial16Automotriz17

¿Cómo cambió la naturaleza de los diseños en las últimas dos décadas? La encuesta de 1999 planteó múltiples preguntas sobre cómo incorporar tecnologías web en diseños. Lo que es particularmente interesante al estudiar la encuesta de 1999 es que el 43% de los encuestados dijo que no planeaba hacerlo, pero el 14% dijo que sí. No sé qué se entiende exactamente por "tecnologías web" en esa pregunta, pero esperemos que nadie haya intentado insertar un servidor httpd en sus sistemas.

De manera más general, la Tabla 2 muestra cómo han evolucionado tres capacidades de diseño clave. El único cambio real fue un gran impulso en los diseños conectados del 35% a principios del milenio a un poco más del 90% incluso hace una década. (Yo diría que la metodología de la encuesta dejó en red y inalámbrica como potencialmente intercambiables, pero que su suma mostró estadísticamente el mismo nivel de conectado diseños en 2009 y 2019.)

De manera similar, los desarrolladores integrados han estado construyendo diseños que funcionan con baterías durante al menos una década. A veces, la industria olvida que el diseño alimentado por batería existía mucho antes del auge del IoT y los dispositivos portátiles.

Tabla 2:Capacidades de diseño clave (% de encuestados)

199920092019networked355949wireless n / a3342alimentado por batería n / a3534

Lenguaje de programación

Es bueno recordar que C / C ++ no siempre fue el lenguaje dominante para el desarrollo integrado (Figura 1). Si se tienen en cuenta algunas de las otras respuestas ocultas en cada encuesta, es probable que el aumento de los procesadores de mayor rendimiento reduzca la necesidad de un código de nivel de ensamblaje. Bueno, eso y el hecho de que solo alrededor del 37% de los proyectos llegaron a tiempo, una cifra que no se movió significativamente en 2019 a pesar del deseo declarado en 2009 de arreglar el proceso de desarrollo (consulte la Figura 6 a continuación).

haz clic para ampliar la imagen

Figura 1:Principales idiomas de desarrollo (% de encuestados).

A finales de 2009, los sistemas operativos (SO) de código abierto estaban comenzando a desplazar el uso de un SO comercial. Para 2019, esa tendencia continuó. Lo interesante aquí es que el desplazamiento del sistema operativo comercial no se debió únicamente al auge de los sistemas operativos de código abierto. Los sistemas operativos personalizados / internos también continuaron obteniendo un mayor uso (Figura 2).

haz clic para ampliar la imagen

Figura 2:Tipo de sistema operativo (% de encuestados).

Arquitectura del procesador

Aunque el uso de arquitecturas de 32 bits se mantuvo igual durante la última década, las arquitecturas de 64 bits ganaron significativamente (Figura 3). Uno sospecharía que esta es una tendencia evolutiva simple a medida que los desarrolladores se mueven a anchos de bits más amplios, de 8 bits a 16 bits y de 32 bits a 64 bits, ya que los desarrolladores buscan un mayor rendimiento del procesador y ciclos de memoria más eficientes, incluida la búsqueda de instrucciones. .

haz clic para ampliar la imagen

Figura 3:Arquitecturas de procesador (% de encuestados).

Procesadores independientes frente a dispositivos multinúcleo

Quizás la tendencia más clara en la década de 2010 fue la reducción del diseño de múltiples chips de procesador a dispositivos de múltiples núcleos, de múltiples chips con el mismo procesador a un dispositivo de múltiples núcleos homogéneo o de múltiples chips con diferentes procesadores a un dispositivo de múltiples núcleos heterogéneo (Figura 4).

haz clic para ampliar la imagen

Figura 4:Chips de procesador individuales versus procesadores multinúcleo (% de encuestados).

Impulsores de decisión del procesador

El factor principal que impulsa la elección del procesador no ha cambiado en dos décadas (Figura 5). La disponibilidad de herramientas de desarrollo de software sigue siendo la mejor opción. Cambiar el código de máquina en un panel simplemente no es la idea de un buen momento para nadie. Lo interesante aquí es que la familiaridad con la arquitectura perdió gran importancia desde el comienzo del milenio, y tanto el costo como las capacidades de E / S / periféricos han seguido perdiendo importancia (relativa).

haga clic para ampliar la imagen

Figura 5:Factores de elección del procesador (% de encuestados).

Desafíos tecnológicos

Por último, ¿cómo han cambiado las percepciones sobre los principales desafíos tecnológicos que se avecinan? Si analizamos los cinco principales desafíos enumerados en las encuestas de 2009 y 2019, la integración, la complejidad del código y las herramientas de software continuaron como preocupaciones clave. Lo interesante aquí es que las preocupaciones expresadas sobre el proceso de desarrollo se han desvanecido en la última década, reemplazadas por preocupaciones sobre el bajo consumo de energía y la seguridad. De hecho, el aumento de las preocupaciones de seguridad y las medidas adoptadas para mitigar las amenazas formaron una gran parte de la encuesta de 2019. En 2009, solo el 3% de los encuestados expresaron su preocupación por la seguridad. Como se señaló anteriormente, la baja tasa estadísticamente similar en el desempeño de proyectos a tiempo en 2009 y 2019 sugiere que el cambio en la importancia relativa en 2019 con respecto al proceso de desarrollo tiene menos que ver con un éxito aparente en ese sentido y más con la emergencia de preocupaciones más críticas.

haga clic para ampliar la imagen

Figura 6:Principales desafíos tecnológicos (% de encuestados).

Entonces, ¿qué significa todo esto para la década de 2020?

Podríamos extrapolar estos resultados para sugerir que cuestiones como las herramientas de desarrollo de software y la gestión del tamaño del código seguirán siendo importantes, y las características del procesador, como el rendimiento y los periféricos, tendrán una importancia relativa. Por otro lado, la aparición en la década de 2020 de solo unas pocas tecnologías nuevas, como herramientas de desarrollo sin código, computación cuántica y núcleos de IA que admiten modelos de redes neuronales entrenables en el campo, parecería ser la causa de un cambio drástico en los desafíos de diseño. ¿Pero lo harán?

Los sistemas integrados seguirán requiriendo herramientas para escribir (o generar) código y probablemente lo necesiten para diseños de hardware multiprocesador heterogéneos más complejos. Esos diseños aún necesitarán interactuar con el mundo físico, pero la naturaleza de las interfaces podría alejarse más de las interfaces cableadas de los sensores o los dispositivos de pares que cooperan. La demanda de más funcionalidad seguirá aumentando, impulsando la necesidad de más rendimiento y capacidades mejoradas de hardware capaz de ejecutar aplicaciones más sofisticadas. En última instancia, los diseños de sistemas integrados para esta nueva década aún necesitarán interactuar de manera más eficiente con las fuentes de datos, ejecutar código más complejo con una latencia mínima y lidiar con amenazas de seguridad más sofisticadas, al mismo tiempo que consumen una corriente mínima de fuentes de energía ultrabajas. Es probable que utilicemos enfoques muy diferentes, pero los objetivos seguirán siendo los mismos.

Examine las tres encuestas citadas aquí para 1999, 2009 y 2019 y cuéntenos sus propias conclusiones o predicciones en la sección de comentarios a continuación.