嵌入式系统设计和嵌入式开发的各种趋势包括芯片和板级更大的系统集成、更多的连接设备以及“虚拟”革命。本文将介绍其中的一些趋势。
不断增长的芯片和板级系统集成——这其中的一些关键方面是什么?
今天的任何嵌入式设计都与二十年前大不相同。首先，连接是最重要的，它增加了额外的功能并强调了安全性。此外，作为用户，我们期望嵌入式系统的交互水平很高，无论是与我们的智能设备、在车内还是在工作中。再多几个LED灯也不够了;某种形式的光滑显示，无论多么小，以及功能丰富的用户界面，已经成为标准。仅这两项功能——连接性和显示器——就引入了许多相互冲突的设计约束，如最小尺寸和功耗。
工程团队发现自己在新产品的营销规范中有一系列严格的要求，而当今市场的竞争性质决定了上市期限较短。然而，工程师善于找到解决挑战的方法，集成多种功能的设备和模块提供了可行的方法。以无线连接为例：射频工程是一门专业技能，设计无线收发器和匹配天线非常复杂。还需要区域无线标准的型式认证。设计任务、测试和认证带来了高成本和时间延迟。选择预先认证的无线模块是一个有吸引力的建议。集成无线模块可以节省时间和预算，大大加快嵌入式开发进度。另外，芯片上无线系统(SoCs)提供了高度的设计灵活性和定制，减少了设计时间，尽管需要测试、认证和批准。
DC/DC转换器是板级集成的另一个很好的例子。它们以紧凑的占地面积提供了密集、热优化的功率转换功能，是当今空间受限设计的理想选择。工程团队将花费数年的设计努力来复制DC/DC转换器模块的特性和尺寸。选择一个不仅是谨慎的选择，而且与使用任何高度集成的模块或SoC一样，简化了材料清单和相关物流。
从组件供应商的角度来看，将许多功能集成到单个SoC或模块中可以使他们从竞争对手中脱颖而出。认识到工程团队面临的挑战，并使用集成产品进行响应，提供了一个引人注目的解决方案。集成解决方案还鼓励采用和设计，这也是供应商的关键因素。最近的一个例子是TI的毫米波雷达模块，其封装中带有天线。对于希望将毫米波雷达功能整合到新产品中的工程师而言，TI解决方案提供了一种快速原型制作方法，而无需忍受其开发复杂性。
连接设备的趋势：嵌入式开发人员需要注意什么?
我们今天的世界是一个相互联系的世界。我们每秒从海洋浮标、智能手表和工业物联网边缘传感器收集、传输和分析大量数据。从用户的角度来看，我们认为连接是理所当然的，并期望它能够可靠地工作。然而，对于工程团队来说，提供无线连接打开了一个需求清单。问题包括范围、数据量、频率、互操作性以及应用程序的供电方式。反过来，这有助于指导无线协议和拓扑的选择。
随着连接设备使用案例的多样性增加，对最适合应用的新无线方法的需求也随之增加。例如，Wi-Fi非常适合以非常高的速度发送大量数据，但它耗电量很大。最近，Wi-SUN和Wi-Fi HaLow等新协议为大规模智能城市和公用事业计量部署提供了解决方案。
对于嵌入式开发人员来说，跟上潮流和新技术是一个持续的挑战。需要考虑的其他因素包括软件工具的可用性和成本。为了提供竞争优势，一些半导体供应商投资开发集成开发环境(IDE)，向客户免费提供这些环境，但也有大量的第三方IDE可用。在某些情况下，对软件兼容性的要求将限制微控制器的选择。例如，如果设备需要运行为Arm处理器或Intel x86系列编写的应用程序，则只能选择兼容处理器。
最后，决定哪个微控制器可以归结为工程团队使用最多的硬件和软件这样简单的事情。以前与供应商的微控制器相关的专业知识有助于减少开发时间和出现技术问题的风险。
虚拟革命如何影响嵌入式开发的未来?
这种流行病加速了我们所有人的虚拟工作，嵌入式开发也不例外。地理上分散的开发概念早在最近的事件发生之前就已经存在，在企业应用程序开发中已经司空见惯。与嵌入式开发相关的任务适合协作开发。GitHub和PlatformIO等在线工具提供了嵌入式开发人员编码、协作和调试所需的所有资源。许多传统的IDE供应商也在更新他们的工具链，以增加协作并将其上线。半导体和平台供应商已经开始“在云中”部署他们的IDE和工具链，例如Microchip的MP Lab X和Arduino的“Arduino编辑器”。由于要应对许多硬件挑战，例如保持低功耗和可接受的唤醒响应，开发团队已转向具有深入知识的专家，无论他们位于世界何处。
了解技术趋势，并与我们的供应商交谈，我们还看到简单的“低代码”伪语言(如Node RED)的兴起，这些伪语言是对传统嵌入式开发语言(如C)的补充。
嵌入式开发人员正在经历他们的工作方式的转变，并且正在被实现新功能(如TinyML)所困扰。TinyML将机器学习带到了资源最少、低功耗的微控制器上，并且非常迅速地获得了普及。像Edge Impulse这样的在线开发资源大大简化了任务。
虚拟嵌入式开发最近又向前迈进了一步，推出了MikroE的Planet Debug服务，该服务支持嵌入式开发平台的完全远程硬件调试，我们确信这只是一个开始!