Де эмбеддер что это такое
Эмбеддер никогда не скучает, никогда!
Эмбеддер это не профессия, а стиль жизни.
Весьма странное ощущение. Я видел самоделки, которые крутые, но мне не нужны. Я видел огромное множество самоделок, которые я вообще не понимаю какая от них реальная польза. Были устройства которые вроде бы и полезные, но так убого сделаны, что не хочется их повторять. Но это пожалуй что то новое. Я не могу сказать, что устройство плохо сделано. Это не примитивная светодиодная моргалка. И оно даже вроде бы полезное. Но я не хотел бы, что бы оно оказалось у меня дома было такое устройство. Приходишь ты чайку попить, а она на всю квартиру реветь начинает.
Теплица на Ардуино-Мега. Часть 6.
В течение двух недель в теплице не только тестировалась система автоматического поддержания температуры, но и неделю назад были высажены огурцы. В прошлой части повествования я рассказывал об автоподогреве и автопроветривании.
Теперь расскажу об автоматическом поливе. Его конструкция в моей теплице выглядит примерно так:
Из большого бака раз в день в определенное время ( настраивается с помощью меню ) вода наливается в бак, расположенный в теплице, с помощью насоса. В моем случае в 10-00. Количество воды определяется срабатыванием поплавкового датчика. На всякий случай через меню можно настроить предельное время работы насоса ( защита от несработки датчика. Итак, вода налилась:
После этого вода в баке весь день греется в теплице, в которой тепло. А вечером, у меня настроено в 19-00, насос включатся на 40 секунд, вода переливается и уже самотеком, по закону сообщающихся сосудов, выливается на грядку:
Как я настраивал автополив можно посмотреть на Youtube.
Электрическую схему теплицы можно посмотреть в предыдущих постах, а вот скетч пришлось переделать. Время для работы насоса, достаточное для того, чтобы вода перелилась и начался полив, составляет 40 секунд. Я, недолго думая, написал:
Однако оказалось, что если настраиваем 15 секунд, все работает нормально, а если 40, то программа останавливается на этом delay навсегда. Так и не разобрался, почему. Не подскажете начинающему? Переписал таким образом:
digitalWrite (ReleNasos_2,0); // Включаем насос
for (int Poliv_delay = 0; Poliv_delay Показать полностью 3
Теплица на Ардуино-Мега. Часть 4.
Некоторые мои подписчики интересуются, как продвигаются дела с теплицей, о которой я рассказывал ранее:
Немного о том, как все получилось так как получилось. Изначально настройка параметров теплицы с кнопочек с отображение на дисплее не планировалась, поэтому я предусмотрел кнопки и переключатели в ящике. Все это можно было тоже реализовать программно, но раз уже сделал, то они сохранили свою функциональность:
— переключатель обогрева почвы (обогрев отключен / включен автоматический обогрев),
— переключатель обогрева водуха (обогрев отключен / включен автоматический обогрев),
— трехпозиционный переключатель открывания окон (автоматика отключена, окна открыты / автоматическое управление окнами / автоматика отключена, окна закрыты),
— кнопка набора воды в бак,
— переключатель режимов полива (один раз в день / два раза в день)
— кнопка включения подсветки дисплея, установленная сверху ящика. Включает подсветку на 30с.
Сразу понятно, что все это для случаев, если вдруг что-то пойдет не так с автоматикой.
Теперь о настройках, которые можно установить с кнопок на панели. Основное меню состоит из 3-х пунктов:
2. Установка даты-времени.
3. Тестовая программа для концевиков и моторов открывания окон.
В меню настроек можно установить следующие параметры:
2. Время второго полива (если включен режим полива 2 раза в день)
3. Время набора воды.
4. Температура открытия окон.
5. Температура закрытия окон.
6. Температура включения обогрева почвы.
7. Температура отключения обогрева почвы.
8. Температура включения обогрева воздуха.
9. Температура отключения обогрева воздуха.
Жена сказала, что поскольку нет никакого резервирования и защиты, если концевики не сработают, нужно еще установить предельное для работы насоса и моторов окон. Это было правильное и справедливое замечание, поэтому пришлось ввести и такие настройки:
10. Предельное время работы мотора открывания окна 1.
11. Предельное время работы мотора открывания окна 2.
12. Предельное время работы мотора закрывания окна 1.
13. Предельное время работы мотора закрывания окна 2.
14. Предельное время работы насоса.
15. Время работы насоса для запуска полива.
Еще один датчик DS18B20, такой же, как остался закопанным в почву, уже приехал. Поэтому я смог подключить его к панели и панель на столе была протестирована полностью. Работу концевиков я имитировал микропереключателями, датчики прислонял к бутылке со льдом, а в кабинете 27 градусов, жарко, так что включение всех реле протестировал.
Теплица на Ардуино-Мега.
Все мои истории с предысторией. Моя мать живет в собственном доме, но здоровье уже не позволяет ей возиться в огороде. А моя жена, кандидат наук, очень любит «отдохнуть», копаясь в верхнем слое планеты. В соседем от матери доме живет моя сестра с семьей. Так вот, муж моей сестры, зовут его Александр, ближе к концу лета (мой отпуск как раз был где-то на середине), позвал меня посмотреть на сконструированный им девайс. Это было устройство с роликами, шестеренками и большим круглым рулем. Александр пояснил, что девайс предназначен для того, чтобы гнуь металлический профиль в красивые ровные дуги. Устройство впечатляло своей основательностью, а он пояснил, что теперь страсть как хочется что-то гнуть, но, вроде как нечего, да и свободные средства отсутствуют. Я похвалил его и спокойно себе пошел в свой огород, помогать жене наслаждаться огородными работами. И тут жена спрашивает, видел ли я устройство, и не хочу ли я принять предложение Александра загнуть нам профилей на теплицу. Я понял, что хитрый родственник уже заинтересовал жену перспективами новой теплицы для огурцов. Я с кислой рожей стал говорить, что надо ее открывать-закрывать, поливать, а мы только на выходных. и т.д. А она мне и говорит: «Ну вот и сделай на Ардуине, чтоб она сама.. Или не по силам?»
Семья активно помогала, дочь занималась покрасочными и украшательскими работами, а также подавала инструменты.
Засыпал, как положено, песочком, прикрыл металлической сеткой, утеплил наружний борт пеноплексом, а уж потом землю насыпали.
Установил бак на одну поливку (в него насос будет воду накачивать). Установил систему полива самодельную.
Дорожку к теплице выложил (вокруг газончик будет).
После этого занялся форточками. Алекандр, идейный вдохновитель, сварщик и любитель гнуть профили, (когда он говорил, как ему не терпится опробовать свой девайс и что-то гнуть, напомнил мне робота из м-ф «Футурама») еще и занимается ремонтом автомобилей. Поэтому подарил мне стаклоподъемник от какого-то иностранного автомобиля. Еще валялся у меня от «Приоры». Вот они-то и были использованы для открывания форточек. Вот этот от иномарки, кажется от Субары:
Попрошу за качество видео не пинать, я не оператор. Вот видео второго окна, которое открывается стеклоподъемником от приоры, но его я решил переделать, поставлю зубчатый ремень от 3Д принтера, уже приготовил.
Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио
Тип: Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио.
Тип: Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио.
Тип: Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио.
Тип: Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио.
Тип: Эмбеддеры, деэмбеддеры аудио.
FC-69 – устройство для замешивания аналогового (mJack) аудиосигнала в сигнал HDMI (эмбеддер) и извлечения аналогового (mJack) и цифрового аудиосигнала (S/PDIF) из цифрового сигнала HDMI (деэмбеддер). Разрешение HDMI до 4096х2160, поддерживается HDCP, EDID. Позволяет вводить небалансный аналоговый стереосигнал в HDMI, а также извлекать аудиосигнал из входного сигнала HDMI или обратного аудиоканала (ARC, для выходного сигнала HDMI). Выделенный сигнал подается одновременно на выходы аналогового стерео и S/PDIF (RCA). Поддерживает HDCP 1.4, многоканальное несжатое вложенное аудио, Deep Color, CEC. Производит автоматические эквализацию и перетактование сигнала, благодаря чему увеличивается максимальное расстояние передачи цифрового сигнала. Конфигурация прибора выполняется с помощью DIP-переключателей.
Многообразный мир embedded systems и место Embox в нем
Проекту Embox уже исполнилось 9 лет, но многие не понимают, что это такое и с чем его едят зачем он нужен. Некоторые из тех, кто слышал о проекте и знают, что это операционная система, считают, что Embox — это “отечественная ОС”. Действительно, задумывался Embox как попытка сделать “свою” ОС с “блекджеком и шлюпками”, но главное — это “блэкджек и шлюпки”. То есть, во главу угла ставились некие характеристики или их сочетание, которых не хватало в других проектах.
Конечно, писать универсальную ОС даже с какими-то фишками никто не собирался. Слоган Embox — “Essential toolbox for embedded development” — подразумевает, что проект нацелен на embedded systems. Однако данное понятие очень широко, к нему относят: интернет вещей (IoT) и роботов, различные малинки (RaPi) и бортовые системы, ардуинки и АСУ-ТП, …. Список, как вы понимаете, можно продолжать очень долго, в нем есть места, где прекрасно живет Linux, а есть места, где Linux избыточен и используются различные маленькие RTOS. В данной статье я хотел бы поговорить об embedded-мире во всем его многообразии, ну и о месте Embox в нем.
Одноплатные компьютеры
Промышленные компьютеры
Начнем с одноплатных компьютеров. Многие из них выполнены в промышленном исполнении. Большинство построены на процессорах с архитектурами ARM и x86. Многие думают, что x86-процессоры не используются в данном сегменте, а все ограничивается малинками, биглбордами, бананами и так далее. Но задолго до RaPi были другие одноплатные машины, нацеленные на сегмент промышленных PC, так называемый форм фактор PC/104. Они уступали по производительности обычным десктопам, ведь предназначались для задач, в которых надежность превалирует над функциональностью. По той же причине Linux не часто использовался в качестве ОС для этих аппаратных платформ, там были различные проприетарные ОС со свойствами реального времени (VxWorks, QNX, LynxOS и так далее ). Я не написал «ОСРВ» (к коим я отношу все три приведенных ОС) из тех соображений, что довольно часто на этих аппаратных платформах располагался Windows CE и его развитие Windows Embedded. И отнести весь этот зоопарк к ОСРВ у меня язык не поворачиваются.
Потребительские одноплатники
Малинки же задали совсем другой тренд. Они, по сути, нацелены не на промышленные системы реального времени, а на потребительский сегмент, в котором ценится соотношение цена/функциональность, а по этому параметру малинки (и аналоги) существенно опережают своих конкурентов. Ведь при покупке за условные 30-50 долларов, вы получаете полноценный системник, с помощью которого вы легко средствами Linux сделаете устройство с довольно сложным функционалом. Это очень полезно для прототипирования или DIY. Плюс, конечно, малинку можно использовать как PC или маленький сервер. Поэтому часто в качестве ОС используются готовые дистрибутивы Linux, в первую очередь, конечно, Raspbian — Debian для Raspberry Pi, ну или дистрибутив со смешным для русскоязычных названием Pidora — Fedora для RaspberryPi. Для других аналогичных платформ также есть готовые дистрибутивы, предоставляемые как производителями оборудования, так и сообществами (производителями) ОС. Согласитесь, когда нужно сделать прототип, проще всего взять готовое, наставить пакетов, написать функционал на python. В результате быстро получить работающий прототип. Пример — робот, который распознает линию с помощью OpenCV.
Linux в embedded-устройствах
Но мир embedded гораздо шире, чем стандартные ARM-овые одноплатники. Более того, они составляют относительно маленькую часть устройств, и их основной вклад — это популяризация и упрощение входа в разработку устройств подобного класса. Серийные устройства создаются на базе тех же процессоров (систем на кристалле) или аналогичных, но платы проектируются под задачу (проект, устройство). Следовательно, стандартные дистрибутивы, как минимум, избыточны, ведь в них зачастую используется какой-нибудь менеджер пакетов, и можно легко доставить очень много всего интересного (но ненужного для решения конкретной задачи). Embedded-устройства же обычно поставляются с законченной функциональностью, и даже называется это firmware (прошивка). Для создания прошивок существует другой класс Linux-дистрибутивов. Подобные дистрибутивы позволяют “установить” нужные пакеты статически — собрав их в корневую файловую систему, а не динамически — с помощью менеджера пакетов из репозитория. Обычно эти дистрибутивы могут собираться не только прикладные приложения, и библиотеки, но и ядро в заданной конфигурации. А часто еще и кросс-компилятор, ведь компилировать на самом устройстве, как минимум не эффективно.
Yocto project
OpenWRT
Еще одним известным проектом по созданию прошивок на основе Linux является OpenWRT. Уверен, что те, кто развлекается с кастомизацией роутеров, про него слышали. На основе этого проекта для различных роутеров делаются прошивки, которые представляют из себя один бинарник, включающий и ядро, и корневую файловую систему. Использование firmware (а не универсальных дистрибутивов) в embedded-системах связано с идеей о том, что функциональность конечной системы известна на момент ее разработки, то есть даже если обновляется версия роутера, прошивка меняется целиком со всей функциональностью (или заменяется часть этой прошивки специальным образом). Устанавливать, например, офисные пакеты, обычно не нужно, а часто вообще запрещено, поскольку это может внести свою неопределенность. Такой подход позволяет кроме всего прочего существенно сэкономить на аппаратной части. Те же роутеры, например, имеют куда менее мощный процессор и куда меньший объем памяти, чем универсальные железки.
Системы реального времени
Возвращаясь к теме промышленных вычислителей необходимо обсудить термин — “система реального времени”. Многие считают, что системы реального времени более быстрые. Это заблуждение. Вероятно, связано оно с историческими предпосылками. Ведь сам термин возник, когда машины были медленные. И пользователь замечал, что реакция системы может отставать от его действий. Термин “реальное время” означал, что система должна была быть отзывчивой на любые воздействия, в том числе действия оператора. Но на современных вычислительных машинах пользователь (оператор) вряд ли заметит торможение. В подавляющем большинстве случаев, при нажатии на менюшку, иконку, кнопку, мы сразу увидим перерисовку экрана, если конечно все в порядке (интернет есть, процесс не завис и т.д.). А вот если случилось что-то непредвиденное, например, связь пропала, мы увидим, чем отличаются (должны отличаться) системы реального времени. Обычный смартфон мы просто перезагрузим. Но если эта система управляет электростанцией, то сами понимаете, такое не всегда возможно. Отсюда делаем вывод, что система реального времени должна предсказуемо, а не быстро, реагировать на любое событие или совокупность событий, вне зависимости от своего состояния и окружения.
Linux в системах реального времени
Естественно, были (есть и будут) попытки сделать из Linux систему реального времени. Самая известная — это RTLinux, изначально это был патч к Linux, заменяющий оригинальный “полностью честный планировщик”, точнее вставляющий собственный, который одной из задач ставил планировщик Linux. Данный планировщик работал по статическим приоритетам задач, соответственно работал гораздо предсказуемее. Но это был уже не Linux, точнее функциональность Linux была не в режиме реального времени.
ARINC-653
Еще одним подходом для обеспечения реального времени, в какой-то степени схожим с RT-патчем для Linux, является подход требуемый в стандарте ARINC653 или так называемом подходе MILS. Данный подход подразумевает, что система проектируется слоями, нижний слой подразумевает очень легкий гипервизор, на основе которого в статически заданных разделах, выполняются задачи разной степени критичности. Очень легким я назвал гипервизор поскольку подразумевается, что он обладает самой высокой критичностью и следовательно его код (алгоритмы) должен быть проверен максимально полно (в идеале, должно быть математически доказуемо отсутствие необработанных ситуаций ). Следовательно кода должно быть как можно меньше. Ну, а Linux, как вы наверное поняли, располагается в собственном разделе.
uCLinux
Попытки применить Linux во встроенных системах начались давно. Одной из первых была попытка использовать Linux в системах, где нет аппаратной поддержки виртуальной памяти (MMU). Данный проект назывался uCLinux и его вкладом в ядро Linux стал режим NOMMU или MMU-less.
Linux в системах реального времени
Подводя небольшой итог под попытками использования Linux в системах реального времени, нужно ответить на вопрос, почему же так происходит. То есть с одной стороны Linux не особо (на данный момент и в чистом виде) приспособлен для систем реального времени, а с другой — постоянно происходят попытки сделать это. Причем это происходит за счет внесения ограничений (замена планировщика, внесение гипервизора, ограничения на использование виртуальной памяти и так далее). Ответ, на мой взгляд, таится в наличии у Linux гигантской кодовой базы. Это и драйвера, это и функциональные приложения и библиотеки. Очевидно, что если хочется создать надежную систему, следует как можно больше использовать готовые части, ведь разработка новых, будь то функциональная логика или драйвер, всегда содержит вероятность внесения ошибки. А поскольку к современным системах реального времени предъявляют достаточно высокие требования по функционалу, то переиспользование готового функционала из Linux становиться все более соблазнительным. Иными словами, доработка Linux до системы реального времени уже не кажется такой уж затратной по сравнению с разработкой функциональности, пусть и на основе операционной системы реального времени, ведь надежностью должна обладать вся система, а не только ее часть в виде ядра операционной системы.
Windows в embedded-устройствах
Хочу ненадолго вернуться к Windows. На заре моей карьеры у меня случилась дискуссия с более опытным разработчиком о том, что Windows нельзя использовать в надежных системах. На что он возразил, что если протестировать уже законченную систему с необходимым функциональным программным обеспечением, и запретить любые изменения: обновления, установку ПО и т. д., то система будет достаточно надежной для многих задач, в том числе и для той, которую мы решали. Сейчас у меня нет сомнений, что мой оппонент был прав, а не я. Более того, даже древний MS-DOS очень долгое время использовался в промышленных системах. Дело в том, что многозадачность, которая кажется такой необходимой, вносит неопределенность. А если запускать ПО, которое полностью контролирует всю систему, то можно добиться куда большей детерминированности поведения. Иными словами, если в системе крутится неопределенное количество задач, то добиться определенности в работе всех функций системы, вряд ли удастся. Поэтому самым простым способом для увеличения предсказуемости системы является ограничение ее функциональности, а следовательно — отказ от универсальности во время исполнения. Что мы, собственно, и наблюдаем в упомянутых выше примерах использования Linux в системах реального времени.
Микроконтроллеры
Пример с MS-DOS в качестве базовой ОС для промышленных систем реального времени приводит нас к мысли, что если использовать только свое ПО, то можно добиться предсказуемого поведения всей системы. И это действительно так! Правда, нужно сделать оговорку, что это возможно только если функциональность системы небольшая и четко зафиксированная. Если вся функциональность системы заключается в управлении мотором с помощью GPIO и получением (передачей) ограниченного набора команд по UART-интерфейсу, то не обязательно использовать ОС, можно создать прошивку (то, что называется bare-metal). Этот подход достаточно часто используется в микроконтроллерах. Но поскольку и микроконтроллеры стали большим (32-битный ARM с несколькими кБ ОЗУ против 8 битных AVR-ок с сотней байт ОЗУ), то и запросы по функционалу выросли. Сейчас при разработок прошивок используют как минимум ПО от производителей, которое позволяет использовать какие-то готовые примеры для работы с микроконтроллером, например STM32Cube.
RTOSes
Но поскольку требования к функциональности постоянно растут, прошивки для микроконтроллеров все чаще делаются на основе так называемых RTOS. В отличие от больших операционных систем реального времени, это относительно небольшие открытые проекты, предоставляющие полный доступ ко всему коду в системе. То есть, идет совмещение концепций: с одной стороны, используется уже готовый код, а с другой стороны, у разработчика есть полный доступ ко всему в системе, можно сказать, прошивка bare-metal.
RTOS для микроконтроллеров довольно много. Поэтому обо всех рассказать не получится. Выделю только несколько, на мой взгляд, интересных проектов и кратко расскажу про их особенности.
FreeRTOS
Наверное, одной из самых популярных проектов RTOS сейчас является FreeRTOS. Некоторые говорят, что это не полноценная ОС, а только планировщик. Но если учесть приведенные выше рассуждения о bare-metal, большое количество поддерживаемых микроконтроллеров и то, что написано и интегрировано много прикладного ПО, то небольшой функционал выглядит скорее как достоинство, чем недостаток. Это и позволило стать де-факто стандартом для микроконтроллеров, как написано на сайте проекта.
Contiki
Contiki — RTOS, разработанная Адамом Данкелсом (Adam Dunkels), создателем таких известных TCP/IP стеков, как lwIP и uIP. Я бы сказал, что вокруг сетевого стека и построена вся ОС. Наличие поддержки IPv6 и небольшие требования по ресурсам делает этот проект интересным для создания различного рода беспроводных устройств.
RTEMS
RTEMS Real-Time Executive for Multiprocessor Systems. Изначально разрабатывалась для военных, акроним расшифровывался как Real-Time Executive for Missile Systems, а затем Real-Time Executive for Military Systems. Довольно старый, но еще живой открытый проект. Яркий представитель подхода libOS. Когда разрабатываемое ПО линкуется с уже собранной ОС, которая представляет из себя не только ядро, но и все доступные службы. Компилируется и поставляется в качестве библиотеки к компилятору, что довольно удобно на ранних стадиях разработки.
eCos Embedded Configurable Operating System. Так же довольно старый проект, ранее очень популярный. Основная идея — сделать очень конфигурируемую ОС, то есть включать в ядро только то, что нужно.
Другие RTOSes
Список можно продолжать довольно долго. Об еще одном проекте NuttX упомяну ниже. А тем, кому интересен более подробный список советую посмотреть википедию. Для микроконтроллеров я бы еще отметил ChibiOS/RT, MicroC/OS (µC/OS), Nut/OS, RIOT. Но конечно, все зависит от задачи.
Arduino
Думаю разговор об embedded был бы неполным без упоминания Arduino. Ведь как и RaPi они очень распространены и сильно способствовали популяризации микроконтроллеров. Сам я довольно скептически отношусь к теме arduino, поэтому пропущу критику фанатов данной технологии. А вот по поводу того, что это очень интересная технология, могу привести пример хлебопечки, описанный на хабре. Очень приятное решение. Ну или уже приведенный пример с роботом, распознающим линию по openCV, да там также используется arduino.
Микроядро
Я еще ни разу не упомянул о концепции микроядра, которая, как многие знают, делает систему надежной и предсказуемой. Это с одной стороны правда, а с другой, как всегда, не совсем. Точнее, конечно правда, но вера в то, что данная концепция (архитектура), сразу превратит вашу систему в систему жесткого реального времени — заблуждение. Это скорее такой маркетинговый слоган: «мы система реального времени потому, что построены по принципу микроядра». Но ведь принцип микроядра всего лишь позволяет упростить разработку ПО, так как большинство частей выносится в пользовательское пространство. Но что делать, если у вас сломался какой то сервер, необходимый для работы? Вы его перезагрузите, но на это требуется время, а если у вас его нет? К тому же, классическая микроядерная архитектура имеет и свои недостатки! Она, например, медленная, поскольку происходит очень много системных вызовов (передач сообщений между серверами и прикладным ПО). Иначе бы все давно перешли на чистую микроядерную архитектуру, а кто, например, видел проекты на L4, а они есть. Ну, и конечно, многие помнят спор Линуса Торвальдса с Эндрю Таненбаумом.
То есть концепция микроядра не является серебрянной пулей. Но как очень хорошая идея применяется в той или иной степени в большинстве современных ОС. А создание надежной системы в итоге все равно зависит от конечного разработчика и возможностей, которые предоставляет операционная система по ее построению.
Место Embox в мире embedded systems
Я уже довольно много рассуждал о разных аспектах embedded-мира, но так и не добрался до места Embox в нем. Ну что же, могу сказать, что в описанных выше примерах, возможно и нет необходимости применять Embox. Более того, обычно мы пользователей спрашиваем, зачем им нужен Embox? Если применение Embox не дает никаких преимуществ, мы советуем попробовать, что-нибудь из списка выше или ещё что-то (например, Android). Но есть ряд случаев, в которых применение Embox дает ощутимый выигрыш.
Система для разработки оборудования
Начну с первого применения Embox. Он тогда еще даже не был Embox-ом, а представлял из себя некий Си и ассемблерный код, который позволял очень быстро запуститься и выполнить утилитарный код. В тот момент это был проект для помощи инженерам в отладке аппаратуры, разрабатываемой на ПЛИС-ах. Он умел очень быстро запускаться, гораздо быстрее, чем аналогичный код, написанный с помощью уже упомянутого RTEMS. Это важно, поскольку он использовался еще и на этапе потактовой симуляции. Плюс его стали применять и на реальном “железе”, для этого был написан небольшой интерпретатор, который умел вызывать пользовательские команды. Позже данное направление получило развитие, и был портирован интерпретатор языка TCL, поскольку он привычен для разработчиков ПЛИС. А так как в определенной конфигурации команды имеют прямой доступ к оборудованию (ко всему адресному пространству), то разработчики получили возможность делать достаточно сложные тесты.
Сертифицируемый Linux
Одним из первых сторонних применений было довольно специфическое требование на сертифицированность кода. Было некое устройство, обладающее ограниченным функционалом, включающим в себя: работу с сокетами (UDP), файловой системой, и еще некоторый функционалом. Весь функционал был реализован заказчиком как ПО на базе Linux. Данное устройство было не x86 и не ARM. Имело свою периферию. Требовалось сертифицировать код, который используется в устройстве, поскольку сертифицированные дистрибутивы там не могли быть использованы. Попытка обрезания ядра Linux, привела к порядка 500 тыс. строк кода, плюс ещё были проблемы с #ifdef и другими макросами. И заказчик, оценив стоимость сертификации данного изделия, попросил рассмотреть другие варианты. Embox на тот момент уже имел сетевой стек, файловую систему и было принято решение доработать его с учетом требований сертификации. Так у нас появился язык описания модулей Mybuild, мы в какой то степени решили проблему с макросами, некоторые другие проблемы. В итоге мы добились того, что в конечном образе у нас находится только используемый (заявленный в конфигурации) код, а его для конкретной задачи обычно требуется не очень много.
Linux без Linux
Идея запускать POSIX-приложения на системах с небольшими ресурсами является основной для ещё одного открытого проекта — NuttX. В каких-то моментах данный проект превосходит Embox, в каких-то — наоборот. Примеры с Qt и SIP-телефоном, насколько я знаю, NuttX не по зубам. Но проект действительно очень интересен.
Безопасный Linux
Если несколько с другой стороны взглянуть на статическую сборку образа маленьких RTOS, то есть всю функциональность определить на момент создания, то можно заметить, что получается естественная защита от вредоносного кода, то есть вирусов. Конечно, в Linux можно сделать очень хорошую систему безопасности, но всё-таки основные проблемы с безопасностью связаны с человеческим фактором (слабые пароли, утеря пароля, повышение прав пользователя и т.д). То есть, при получении рутовых прав, вся защита, по сути, становится не актуальной и можно установить, что угодно куда угодно. В случае же статической сборки злоумышленник может пользоваться только уже имеющимся функционалом. Да, он, возможно сможет получить статистику или сделать какую-то настройку, но, согласитесь, это куда меньшее зло, чем в случае установки вредоносных программ. Плюс, на универсальных системах стоимость системы защиты, скажем так, не нулевая. В нашем же случае это достается гораздо дешевле, поскольку заложено уже на этапе проектирования.
Linux реального времени
Я довольно много посвятил вопросу использованию Linux в качестве системы реального времени. Объяснил почему этого трудно достичь, а также почему попытки предпринимаются. Так вот, вернемся к уже приведенной ссылке на статью о роботе с распознаванием линии по OpenCV. Если заглянули по ссылке, то возможно обратили внимание, что OpenCV крутится на RaPi, а управление моторами происходит на отдельной плате Arduino. На это есть пара причин: первая — планировщик, вторая — то, что управление происходит из пользовательского режима, а в нем у Linux нет доступа к оборудованию. Как вы наверное догадались, в Embox обе проблемы можно решить гораздо проще чем в Linux. И на одной плате с достаточными ресурсами можно и OpenCV запустить, и моторами управлять.
Было несколько устройств, которые сочетали в себе функциональность Linux и работу в реальном времени. Пример — станок ЧПУ, который управлялся по веб-интерфейсу, коротко описанный мной в статье. Ну и если мы делаем роботов на нескольких платах, то это мультиагентные системы.
Internet of Things
Embox, как и фактически все RTOS для микроконтроллеров, имеет низкие требования по ресурсам. Вот уже описанный на хабре пример игрушки на stm32vl-discovery. Запускался Embox даже на 16-разрядном MSP-430 c 512 байтами ОЗУ. Но если взглянуть, например, на код из статьи с игрушкой, можно заметить, что там используются не стандартные POSIX-потоки, а собственная реализация бесстековых потоков (light threads). Естественно, если пойти дальше и реализовать весь код самостоятельно, уверен, можно добиться и лучшего результата по затратам памяти. Но “умные” датчики это только одна из частей IoT. Они передают данные на какие то более мощные узлы. И делают они это по какому-то протоколу. Но если на этом узле тоже будет запущен Embox, и код библиотеки, реализующий протокол общения, будет общим, то это упростит разработку. Ведь во-первых, код общий, и даже если есть ошибка в реализации протокола, то она нивелируется тем, что один и тот же код будет работать на обеих сторонах общения. А во-вторых, код можно отладить на платформе с большими ресурсами, что куда более привычно и просто.
Немного подробнее об тяжелой судьбе проекта можно узнать посмотрев видео с одного из наших первых первых выступлений на CodeFreeze.
Заключение
Данная статья раскрывает лишь небольшой сегмент в многообразном embedded мире. Не упомянуты такие важные темы как бытовая техника, автомобили, приборостроение, АСУ-ТП. Но как я уже сказал в начале, в статье я хочу всего лишь “поговорить” об особенностях embedded. Надеюсь, статья была достаточно интересной, и прочитав ее, вы узнали что-то новое! И давайте обсудим особенности данной сферы в комментариях.