Mi a beágyazott szoftver?

“Mi az a beágyazott szoftver?” – ez egy gyakran feltett kérdés. A körülöttünk lévő világot és társadalmat mikroprocesszorokon alapuló rendszerek alakítják és irányítják – pacemakerek, mobiltelefonok, háztartási gépek, autók, vasúti ellenőrző rendszerek, műholdak – a lista szinte szó szerint végtelen. Nélkülük nem lenne energia, folyóvíz vagy élelmiszerellátás. Az üzleti élet vagy a közlekedés lehetetlen lenne. Betegségek terjednének, és a társadalom gyorsan szétesne.

Az ezekben a rendszerekben végrehajtott szoftvereket beágyazott szoftvereknek nevezzük. Ez olyan számítógépes szoftver, amely a gépek vagy eszközök vezérlésére írt hardverrendszerekbe van beépítve. A beágyazott szoftvereket általában az adott hardverhez tervezték, amelyen futnak, és gyakran egy adott funkciót látnak el, bár egyetlen hardverdarab több beágyazott szoftvert is tartalmazhat.

Minden olyan technológiai darab, amely áramköri lapokkal és számítógépes chipekkel rendelkezik, valószínűleg tartalmaz beágyazott szoftvert. A gyártók beágyazott szoftvert építenek be például az autók, telefonok, modemek, készülékek, játékok, biztonsági rendszerek, pacemakerek, televíziók és set-top boxok, valamint digitális órák elektronikájába.

A beágyazott szoftverek számos olyan fejlett funkciót tesznek lehetővé, amelyek a modern eszközökben gyakoriak. Miközben a beágyazott szoftverek lehetnek nagyon egyszerűek, nagyon kifinomultak is lehetnek olyan alkalmazásokban, mint a folyamatirányító rendszerek, a katonai fegyverek és a repülőgépek.

A beágyazott szoftverek története

A legtöbb innovatív technológiát gyakran katonai alkalmazásokhoz finanszírozzák, kutatják és fejlesztik, és a beágyazott rendszereket a 30-as évek végétől a 60-as évek közepéig az űrkutatásban, a rakétairányításban és az avionikában használták. A beágyazott szoftverek csak a 60-as évek végén fejlődtek olyan szintre, hogy az említett szakterületeken kívüliek számára is hasznossá váltak.

A 70-es években az első integrált mikrokontroller-chipek, például az Intel 8008-as, fellendítették a beágyazott szoftvereket. Ez az egyetlen chip úgy működött, mint egy apró számítógép; képes volt valós adatokat olvasni, feldolgozni és kimeneteket generálni, amelyeket egy rugalmas szoftverprogram vezérelt. Ezekkel a chipekkel lehetővé vált, hogy egyetlen programot írjunk, azt betöltsük a chipbe, majd a megfelelő bemeneti jelre a chip futtassa a programot. Az 1980-as évek végére a fogyasztói elektronika szinte minden formája tartalmazott valamilyen mikrovezérlő chipet beágyazva.

Az ezt követő években az integrált mikrovezérlők előállítási költsége fillérekre csökkent. Ennek eredményeként szinte minden elektronikus eszközben megtalálhatóak, és minden ilyen chip egy vagy több beágyazott szoftverrel rendelkezik. Még olyan tárgyakban is megtalálhatóak, amelyekről a legtöbb ember nem is gondolná, hogy számítógépek, például kenyérpirítókban, elektromos ventilátorokban vagy gyermekjátékokban.

A beágyazott szoftverek kihívásai

A beágyazott szoftverek definíció szerint egy nagyobb hardverrendszer részét képezik, legyen az egy autó, egy pacemaker vagy egy ipari automatizálási rendszer. Ezek a rendszerek nemcsak valós időben működnek, és minden körülmények között meghatározott időn belül kell létrehozniuk a tervezett műveletet, hanem korlátozott erőforrásokkal, például kis memóriaterülettel, korlátozott adatfeldolgozási képességekkel vagy alacsony energiafogyasztással kell működniük. A beágyazott szoftvereknek a környezetükben bekövetkező sokféle változáshoz is alkalmazkodniuk kell. A processzorok, érzékelők és hardverelemek idővel változnak, míg a szoftver szinte változatlan marad. Emellett a szoftvernek hordozhatóságra, önállóságra, rugalmasságra és alkalmazkodóképességre van szüksége.

A megbízhatóság a legfontosabb. Egy beágyazott rendszer váratlan viselkedése komolyan károsíthatja a működési környezetét. Mivel a végfelhasználók hosszú távú viselkedést követelnek meg a beágyazott rendszerektől, a beágyazott szoftvereknek évtizedekig kell működniük szervizelés nélkül.

A beágyazott szoftverek kritikus környezetekkel és életveszélyes kockázatokkal való szoros kapcsolata miatt a biztonság is kulcsfontosságú követelmény. A beágyazott szoftverek fejlesztésének életciklusát olyan szabványok szabályozzák, amelyek magas minőséget, erős mérnöki és irányítási folyamatokat követelnek meg. Mindez a legmodernebb technológiák használatával párosulva komoly követelményeket támaszt a beágyazott szoftverfejlesztő mérnökökkel szemben támasztott műszaki szakértelemmel és szakmaisággal szemben. A beágyazott szoftverek méretének és összetettségének növekedésével a szoftverfejlesztési folyamatra alkalmazott szabványoknak folyamatosan javulniuk kell az erős költségnyomás ellenére.

A biztonság egyre fontosabbá válik, mivel a “dolgok internetének” köszönhetően a beágyazott rendszereket egyre szélesebb körben használják és egyre jobban összekapcsolódnak egymással. Mivel az olyan mindennapi eszközök, mint a mosógépek és a hűtőszekrények alapfelszereltségként tartalmazzák a csatlakoztathatóságot, a dolgok internetét az a veszély fenyegeti, hogy a bizonytalanság új szintjeit tárja fel, és új ötletekre van szükség a rosszindulatú programok és a hackerfenyegetések elhárításához.

Következtetés

A beágyazott szoftverek növelik a mindennapi termékek variabilitását, konfigurálhatóságát, bővíthetőségét és módosíthatóságát, és a funkciók nagyobb változatosságát is lehetővé teszik. Ma már sok olyan dolog alapvető része, amit a mindennapi életben természetesnek veszünk.

A jövőben a beágyazott szoftverek mindenben ott lesznek – az automatizált otthonunkban, az intelligens autónkban, a kommunikációs infrastruktúrákban, az orvosi műszerekben és implantátumokban, valamint a mindenütt jelenlévő vezérlőrendszerekben. Az energiával kapcsolatos új technológiák növelni fogják az elektromos áramátvitel hatékonyságát, és azonnali, hatékony módot biztosítanak az energia- és éghajlati igények kielégítésére.

A beágyazott rendszereket már nem az általuk használt számítástechnikai hardver fogja meghatározni. Inkább úgy lesznek tervezve, hogy bármilyen funkciót elvégezzenek többféle és változó cél elérése érdekében, akár mikrokontrollerrel, mikroprocesszorral, jelfeldolgozóval, biológiai egységgel vagy bármilyen más programozható logikai eszközzel.

Minél több életminőségre vágyunk, minél magasabb életszínvonalat akarunk kialakítani az egész bolygón, és minél több biztonságot és védelmet követelünk, annál több beágyazott szoftverre lesz szükségünk.