組み込み開発が過去20年間でどのように進化したか

他の開発地域と同様に、組み込みシステムの開発は海のようなものです。深海流はほとんど同じままであり、めったに起こらない表面を支えています。直喩に溺れる危険を冒して、私のポイントは、組み込み開発の基盤は、エンジニアがマシンコードを実行するために有線マイクロコンピューターのトグルスイッチを切り替えなければならなかったときと基本的に同じであるということです。それらのエンジニアのように、私たちはまだ外部のイベントを監視し、適切に対応しようとしています。そこにたどり着く方法は変わり続けています。

表面的には、組み込みシステムの構築に使用されるハードウェア、ソフトウェア、および方法は、改善され続けています。少なくとも、異なっています。その変化の尺度の一部として、1999年、2009年、および2019年のEmbeddedの調査は、過去20年間に組み込み開発がどのように進化したかについてのスナップショットを提供します。

実際、各調査の質問自体は、その変化の一部を反映しています。 1999年の調査には、クロスコンパイラ、オブジェクト指向の設計手法、インサーキットエミュレータについて質問する大きなセクションがありましたが、オペレーティングシステムについては比較的少なかったです。 2009年までに、調査ではこれらの特定のセクションが削除され、マルチプロセッサデザイン、オペレーティングシステム、特に組み込みLinuxに関する詳細が含まれていましたが、モノのインターネット（IoT）や人工知能（AI）などのトピックは誰の目にも触れていませんでした。 2019年の調査では、これらのトピックとセキュリティに加えて、幅広い関心と積極的な使用の両方が示されました。

調査方法は2009年までに大幅に変更されたため、これらの調査の詳細を比較することは困難です。場合によっては、同じ一般的な質問が複数の選択肢の質問に拡張され、複数の回答が許可されました。それはどんな解釈にも不確実性を追加します。これは、設計機能の説明でわかります。さらに、以下の結果の一部には1999年の調査からの対応するデータが不足しているため、それらについては2009年と2019年のみが表示されます。最後に、結果の許容誤差は通常約3％から6％を超える範囲であるため、詳細な比較にはリスクが伴うことに注意してください。最後に、統計操作の残念な深さ（そのメタファーをもう一度）を調査し、以前のキャリアで定量的な調査研究とシステムパフォーマンスのベンチマークを行った人として、<免責事項>これらの数値は娯楽目的のみです。確かにそうだと思いました。

アプリケーションの焦点と機能

組み込み設計の上位のアプリケーションセグメントは、過去10年間でどのように変化しましたか？産業および消費者はトップ5にとどまりましたが、自動車およびIoTアプリケーションの設計が支配的になり始めています（表1）。私たちが datacomm と呼んでいるもののために設計するのはおそらく安全な賭けです 2009年には、コミュニケーションに含まれていました。 2019年。

表1：上位5つのアプリケーションセグメント（回答者の割合）

20092019Industrial30Industrial32Datacomm24Consumer29Consumer22IoT25Electronicinstruments16Communications19Aerospace16Automotive17

過去20年間で、デザインの性質はどのように変化しましたか？ 1999年の調査では、Webテクノロジーをデザインに組み込むことについて複数の質問がありました。 1999年の調査で特に興味深いのは、回答者の43％が計画していないと答えたのに対し、14％は計画していると答えたことです。その質問で「Webテクノロジー」が正確に何を意味するのかはわかりませんが、httpdサーバーをシステムに埋め込もうとしている人がいないことを願っています。

より一般的には、表2は、3つの主要な設計機能がどのように進化したかを示しています。唯一の本当の変化は、接続された設計がミレニアムの初めの35％から10年前でも90％を少し超えるまで大幅に増加したことです。 （調査方法はネットワーク化されたままだったと私は主張します およびワイヤレス 互換性がある可能性がありますが、それらの合計は統計的に同じレベルの接続を示しています 2009年と2019年のデザイン。）

同様に、組み込み開発者は少なくとも10年間、バッテリー駆動の設計を構築してきました。 IoTやウェアラブルが登場するかなり前から、バッテリー駆動の設計が存在していたことを業界が忘れることがあります。

表2：主要な設計機能（回答者の割合）

199920092019networked355949wireless n / a3342battery powerd n / a3534

プログラミング言語

C / C ++が組み込み開発の主要な言語であるとは限らないことを覚えておいてください（図1）。各調査に埋め込まれている他の回答のいくつかを考慮に入れてください。より高性能なプロセッサの台頭により、アセンブリレベルのコードの必要性が減少した可能性があります。そうですね、それと、約37％のプロジェクトだけが予定どおりに到着したという事実です。これは、2009年に開発プロセスを修正したいという要望があったにもかかわらず、2019年には大幅に変動しなかった数値です（下の図6を参照）。

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図1：上位の開発言語（回答者の割合）

2009年の終わりまでに、オープンソースオペレーティングシステム（OS）が商用OSの使用に取って代わり始めていました。 2019年までに、その傾向は続きました。ここで興味深いのは、商用OSの置き換えは、オープンソースOSの台頭だけによるものではないということです。カスタム/社内OSも引き続き使用されています（図2）。

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図2：オペレーティングシステムの種類（回答者の割合）

プロセッサアーキテクチャ

32ビットアーキテクチャの使用は過去10年間同じままでしたが、64ビットアーキテクチャは大幅に増加しました（図3）。開発者がより高いプロセッサパフォーマンスと命令フェッチを含むより効率的なメモリサイクルを求めているため、開発者がより広いビット幅（8ビットから16ビット、32ビットから64ビット）に移行するにつれて、これは単純な進化の傾向であると思われます。 。

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図3：プロセッサアーキテクチャ（回答者の割合）

個別のプロセッサとマルチコアデバイス

おそらく2010年代の最も明らかな傾向は、複数のプロセッサチップからマルチコアデバイスへの設計削減でした。同じプロセッサを搭載した複数のチップから同種のマルチコアデバイスへ、または異なるプロセッサを搭載した複数のチップから異種のマルチコアデバイスへの設計削減です（図4）。

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図4：個々のプロセッサチップとマルチコアプロセッサ（回答者の割合）

プロセッサー決定ドライバー

プロセッサの選択を推進する主な要因は、20年間変わっていません（図5）。ソフトウェア開発ツールの可用性は、依然として最上位の選択肢としてランク付けされています。パネル上のマシンコードを切り替えることは、誰もが楽しい時間を考えているわけではありません。ここで興味深いのは、ミレニアムの初め以来、アーキテクチャに精通していることが重要性を失い、コストとIO /周辺機器の両方の機能が（比較的）重要性を増し続けていることです。

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図5：プロセッサー選択要因（回答者の割合）

テクノロジーの課題

最後に、今後のテクノロジーの課題に対する認識はどのように変化しましたか？ 2009年と2019年の調査にリストされた上位5つの課題を見ると、統合、コードの複雑さ、およびソフトウェアツールが引き続き重要な懸念事項でした。ここで興味深いのは、開発プロセスに関する懸念が過去10年間で薄れ、代わりに低電力とセキュリティに関する懸念に取って代わったことです。実際、セキュリティ上の懸念の高まりと脅威を軽減するために取られた措置は、2019年の調査の大部分を形成しました。 2009年には、セキュリティを懸念事項として挙げた回答者はわずか3％でした。先に述べたように、2009年と2019年のプロジェクトの定時運航の統計的に類似した低い率は、開発プロセスに関する2019年の相対的な重要性の変化は、その点での明らかな成功とは関係がなく、出現と関係があることを示唆していますより重大な懸念事項の。

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図6：テクノロジーに関する主な課題（回答者の割合）

では、これは2020年代にとって何を意味するのでしょうか？

これらの結果から推定して、ソフトウェア開発ツールやコードサイズの管理などの問題は引き続き重要であり、パフォーマンスや周辺機器などのプロセッサの特性は比較的重要になると思われます。一方、2020年代に登場した、コードなしの開発ツール、量子コンピューティング、フィールドトレーニング可能なニューラルネットワークモデルをサポートするAIコアなどの新しいテクノロジーは、設計上の課題に劇的な変化をもたらすと思われます。しかし、彼らはそうしますか？

組み込みシステムでは、コードを記述（または生成）するためのツールが必要であり、より複雑な異種マルチプロセッサハードウェア設計ではおそらくそうする必要があります。これらの設計は依然として物理的な世界とインターフェースする必要がありますが、インターフェースの性質は、センサーまたは協調するピアデバイスからのハードワイヤードインターフェースからさらに離れる可能性があります。より多くの機能に対する需要は高まり続け、より高度なアプリケーションを実行できるハードウェアからのより多くのパフォーマンスと拡張機能の必要性が高まっています。最終的に、この新しい10年間の組み込みシステム設計では、データソースとのインターフェイスをより効率的にし、待ち時間を最小限に抑えてより複雑なコードを実行し、より高度なセキュリティの脅威に対処する必要があります。その間、超低電源からの消費電流は最小限に抑えられます。大きく異なるアプローチを使用する可能性がありますが、目標は同じままです。

ここで引用されている1999年、2009年、2019年の3つの調査を調べ、以下のコメントセクションで独自の結論または予測を教えてください。