2020年1月20日 • 西米奇

嵌入式系统设计过程:传统方法如何阻碍你

由肖恩·Evoy

S.Evoy-2

嵌入式系统软件开发和测试常常受到目标硬件和相关系统元素(如外设)的可用性的限制。这种长期被视为产品开发不可改变的规则的限制正在减缓嵌入式系统企业。上市时间较慢;高资本和运营费用(资本支出和运营支出);劣质的质量管理会让客户不满意。另外，目前的方法只允许有限范围的安全测试。

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传统嵌入式系统设计流程:现状

直到最近，嵌入式系统的开发、测试、部署和支持过程都依赖于对预期设备所需的精确硬件和扩展系统的访问。在此场景中，开发人员和产品设计人员需要使用“目标硬件”构建物理实验室环境，以创建嵌入式系统并编写代码。

物理实验室的使用大大减慢了嵌入式系统的设计过程。

测试人员需要相同的设置来运行测试并确保可靠性。操作人员还需要访问目标硬件，以便将设备放入制造工作流中。支持工程师只有能够在相同的硬件上复制客户环境，才能向客户提供有意义的帮助，所以他们也需要自己的实验室。建立单独的实验室的成本通常是高昂的。因此，多个团队必须协调对共享实验室的访问，但每次只能有一个团队使用实验室。这就是当今许多嵌入式系统制造商的现状。结果，如图1所示，显示了较长的开发时间表以及相关的高水平的成本和风险。

图1:对于用于开发和测试的目标硬件和物理实验室，创建新的嵌入式系统所需的时间和固有的风险相对较高

现状引起的问题

目前的现状是昂贵和缓慢，但它仍然有效。然而，随着行业转向更快、更复杂的产品发布周期，它将变得越来越不可行。市场预期复杂的新型嵌入式系统将加速推出。不幸的是，传统上对物理实验室和目标硬件/系统的使用减慢了速度。

发展延迟

开发人员必须等待目标硬件从原型制造中出现，这延迟了开发工作并阻碍了自动化开发过程的能力。测试人员还必须等待目标硬件/系统运行它们的测试序列，从而延迟测试周期。不可避免的仓促的测试计划限制了测试的范围和时间，从而阻碍了质量和安全。

所有这些硬件都很昂贵，需要资本支出(CapEx)。在大多数嵌入式系统组织中，每个人都在与目标系统的稀缺性作斗争。人们排队等待使用设备。即使有最好的意图，新硬件也需要时间来完成“磁带”和原型设计。设置和配置时间延长了上市周期，减缓了收入增长，并对竞争战略产生了负面影响。

防止新的DevOps方法

支持团队必须接收并配置具有目标硬件的实验室，这样他们才能模拟客户环境。在多个硬件平台上支持嵌入式系统的需要进一步组合了这些已经无法扩展的手工过程。例如，设备制造商可能希望创建在X86芯片上运行Linux操作系统、在X86芯片上运行Windows、在ARM芯片上运行Linux的设备版本。这种需求要求开发、测试和支持团队设置三组独立的目标系统配置。随着配置数量的增加，维护硬件设置变得更加复杂。

软件开发和新技术产品的创建正在以DevOps、敏捷方法学的形式向更加敏捷、协作和自动化的方法发展持续开发/持续集成(CI/CD)。然而，在当前使用目标硬件的实践中，使用这些方法来构建嵌入式系统实际上是不可能的。如果不能轻松地访问配置相同的硬件/系统实例，那么跨功能团队将很难在一起工作。

没有对完全相同的硬件和软件设置的并发访问，就不可能实现敏捷开发方法。

例如，在没有共享工具、数据和资产的情况下，调试一个复杂的系统是相当具有挑战性的。测试人员可能会发现一个问题，但它可能很难复制。结果是僵持。在这种情况下，“这对我管用”是最常见的重复句。不过，受影响的是客户，因为产品进入市场的质量保证时间少于所需时间。

工具的局限性

目前大多数可用的工具都是用于评估硬件或简单代码，而不是用于调试包含多种设备组合的复杂嵌入式系统。它们在预期的环境中工作得很好，但在用于测试或设计复杂的嵌入式系统时就不那么理想了。其结果是延迟上市时间，提高开发成本，并失去收入和市场份额。

质量和安全受阻

通常，硬件的缺乏会阻止团队执行足够的测试周期和不同的场景来维护质量和安全性，除非产品交付周期扩展到能够适应必要的时间。此外，一些安全测试有可能对设备造成损坏，因此需要等待替换的硬件继续测试。新产品引进的延迟是不可接受的，因为产品可用性的延迟会导致收入的损失。公司在需要按计划推出新产品和潜在的客户问题之间左右为难。由于客户的问题只是“潜在的”，如果真的发生了，可以在以后修复，所以快速推向市场通常会胜出。