Zabudované systémy teraz prenikajú do každodenného života. Mikroprocesory a mikrokontroléry nájdete prakticky v každom elektricky poháňanom produkte, ktorý používame. Táto všadeprítomnosť pomáha formovať niektoré z kľúčových trendov vo vývoji zabudovaných systémov a zvyšuje ich funkčnosť a jednoduché použitie.

„Jednotlivé zariadenia budú od seba závislé“, hovorí Geoff Lees, starší viceprezident a generálny riaditeľ NXP pre mikrokontroléry, ktorý poukazuje na to, ako môžu zabudované zariadenia využívať sieťové rozhrania, ktoré mnohé z nich teraz majú. Svoju schopnosť vzájomnej komunikácie môžu využiť nielen na rozšírenie svojej funkčnosti, ale aj na to, aby sa mohli učiť z interakcií s používateľmi. Využitie sieťovej inteligencie bude formovať budúcnosť zabudovaných systémov v mnohých odvetviach. Tieto zmeny bude iniciovať niekoľko kľúčových trhov.

Andy Harding, riaditeľ širokopásmových riešení v spoločnosti Renesas Electronics, považuje inteligentný dom za jednu z najlepších aplikácií pre sieťové zabudované systémy so schopnosťou učiť sa: „Je pripojený k internetu a inteligentnému telefónu obyvateľa. Takže vie, kedy prichádza a odchádza. Pozná tiež predpoveď počasia.“ Inteligentný dom môže tieto informácie použiť na praktické rozhodnutia o tom, kedy spustiť a zastaviť vykurovacie zariadenie „a ako výsledok ušetrí dosť veľa nákladov na energiu,“ dodáva A. Harding.

Zariadenia ako Google Home predstavujú nové triedy inteligentných zabudovaných systémov. Elektronická inteligencia sa však dostane do existujúcich produktov, ktoré sú dnes veľmi jednoduché. „Zmeny povedú k novým spôsobom prístupu na trh,“ hovorí Oivind Loe, starší manažér strategického marketingu v spoločnosti Silicon Labs. „Osvetlenie je oblasť, v ktorej očakávame nové obchodné modely.“

„LED technológia znovu objavila žiarovku,“ vysvetľuje O. Loe. Na jednej strane je to pre výrobcov osvetlenia výzva, pretože „teraz ľudia nekupujú viac žiaroviek“. Je to však aj príležitosť. Vďaka technológiám ako Bluetooth a LiFI majú výrobcovia žiaroviek teraz príležitosť stať sa základom revolúcie v oblasti inteligentných budov využívaných na bývanie aj na komerčné účely. Množstvo svietidiel môže prostredníctvom bezdrôtových komunikačných technológií vytvoriť sieť, ktorá pokryje budovu a poskytne prístup k IoT snímačom bez ohľadu na to, kde sa v rámci štruktúry nachádzajú. Môžu vytvárať nové obchodné modely, ktoré zahŕňajú rôzne digitálne služby poskytované na základe predplatného, od sledovania polohy až po bezpečnosť.

„Inteligentné mesto je tiež veľmi zaujímavou oblasťou. Napríklad inteligentné merače vo Veľkej Británii umožňujú ľuďom robiť lepšie rozhodnutia o tom, ako využívať energiu. Dokážu napríklad vypínať osvetlenie, keď sa v okolí nikto nenachádza,“ dodáva O. Loe a poznamenáva, že vznikajúce inteligentné mestá môžu na zvýšenie bezpečnosti využiť všadeprítomné snímače.

Laurent Vera, marketingový riaditeľ EMEA v spoločnosti STMicroelectronics, hovorí, že prechod na koncepciu Priemyslu 4.0 poskytuje potenciál pre nové zabudované systémy. „Výrobné podniky sa v súčasnosti rozvíjajú veľmi rýchlym tempom. Na tomto trhu vidím skutočne veľký potenciál.“

Pre G. Leesa je schopnosť používať sieťovú inteligenciu na meranie stavu priemyselného zariadenia v reálnom čase kľúčová. Tieto informácie povedú k vyššej dostupnosti zariadení a predĺženiu ich bezporuchovej prevádzky prostredníctvom preventívnej údržby a pokročilej diagnostiky porúch. Vzhľadom na náklady spojené s neočakávanými odstávkami predpokladá, že počet snímačov a zabudovaných systémov určených na diagnostické účely bude výrazne narastať.

Diagnostika a služby poskytované priemyselnými riadiacimi systémami budú podporované omnoho intuitívnejšími používateľskými rozhraniami, ktoré zase vyžadujú menej zaškoľovaní pre operátorov, ktorí ich programujú. Tieto rozhrania budú využívať rovnaké druhy zariadení na rozpoznávanie reči a pohybu, ktoré možno už teraz nájsť v rámci niektorých domácich zariadení. Alexa, Cortana a Google Home sú príkladmi tohto trendu a hoci prvú generáciu domácich systémov s podporou reči predstavujú predovšetkým inteligentné reproduktory, táto technológia sa stane základom mnohých ďalších produktov. Termostaty a práčky by sa mohli použiť oveľa ľahšie, ak by boli vybavené zariadeniami na rozpoznávanie reči.

Umelá inteligencia (UI) nie je obmedzená na konkrétne používateľské rozhranie. Podobné technológie podporia schopnosť priemyselných zariadení rozpoznať, kedy sa schyľuje k poruche.

„V zabudovaných aplikáciách sme nevideli veľa strojového učenia okrem rozpoznávania hlasu a tváre,“ hovorí G. Lees. No to sa bude meniť s rozsiahlym posunom smerom k používaniu heuristiky a strojového učenia. Spoločnosť NXP pomáha podporovať tento vývoj, pričom v prvej fáze sa zameriava na funkcie rozpoznávania hlasu. „Spolupráca s mnohými poskytovateľmi cloudu nám umožnila poskytovať hlasové služby našim zákazníkom. Pracujeme tiež na referenčných návrhoch, pomáhame so strojovým učením a vyrábame vývojárske súbory umelej inteligencie. Umelá inteligencia sa stane súčasťou softvérového inžinierstva, nie samostatnou oblasťou, ale môže zmeniť spôsob, akým sa softvér vytvára,“ dodáva G. Lees.

Popri nesporných výhodách inteligentných, sieťovo prepojených zariadení existujú aj potenciálne problémy vyvolané väčšou schopnosťou a dostupnosťou. Jack Ogawa, vedúci marketingu v Microcontroller Business Unit spoločnosti Cypress Semiconductor, hovorí: „So všadeprítomným pripojením bude naberať na dôležitosti bezpečnosť dát a sietí.“ O. Loe súhlasí: „V nasledujúcich piatich rokoch sa budeme musieť sústrediť na bezpečnosť.“ Tvrdí, že bude nevyhnutné premýšľať o bezpečnosti celého životného cyklu výrobku a o tom, ako to možno uviesť do praxe. „Technické riešenia a jednoduchá implementácia sú dôležité.“ J. Ogawa hovorí, že bezpečnosť sa bude týkať čipov, firmvéru a aplikačného softvéru, a to nielen lokálne, ale aj v cloude. Programovateľnosť je navyše kľúčovou požiadavkou účinného nasadenia.

„Existujú tri vlastnosti zabezpečeného návrhu zabudovaných systémov: pravidlá, kryptografia a bezpečná ochrana majetku. Pravidlá si definuje používateľ, takže na ich podporu potrebujete programovateľné riešenie. Lepšie zabezpečenie podporia aj snímače. Mnoho pravidiel aktuálne závisí od viacerých faktorov, pričom sa využívajú tradičné bezpečnostné prvky, ako je certifikát či fyzická charakteristika, čiže poloha, vzdialenosť alebo odtlačok prsta,“ vysvetľuje J. Ogawa.

Podpora kryptografických urýchľovačov pomôže zaistiť, aby vstavané zariadenia mali taký výkon, aby zvládli bezpečné funkcie. Celkovo je však potrebný holistický prístup. „Keby existoval jednoduchý spôsob, ako posúdiť bezpečnosť zariadenia IoT a identifikovať nápravné opatrenia, ktoré spĺňajú požiadavky na náklady a výkon, bolo by to veľmi cenné,“ poznamenáva J. Ogawa.

G. Lees tvrdí, že dôležitá bude štandardizácia. „Toto je problém priemyslu ako takého: jednotliví výrobcovia to nedokážu urobiť sami. A potrebná bude certifikácia.“

So nástupom vyššej úrovne schopnosti zabudovaných zariadení je ich spotreba energie potenciálne väčšia a určite komplexnejšia. Napríklad spracovanie reči musí byť rozvrstvené tak, aby sa algoritmy umelej inteligencie, ktoré sú náročné na výpočtový výkon, nepokúšali spracovať ticho alebo hluk z domácich spotrebičov. V týchto aplikáciách je dôležité povoliť určitú úroveň znalostí, pretože používatelia nechcú, aby hlavný procesor vždy počúval všetko. Príkazy Alexa alebo Ok Google sú zvyčajne rozpoznávané nízkoenergetickými a nízkovýkonnými procesormi, ktoré umožňujú všetkým ostatným procesorom zostať mimo prevádzky a šetriť tak energiu.

G. Lees hovorí: „Dnes je nízka spotreba energie nevyhnutnosťou. Máte však spektrum cieľov týkajúcich sa výkonnosti. Každý z nich by malo byť možné dosiahnuť s čo najnižšou spotrebou energie. Vo všetkých produktových skupinách používame techniky, aby sme v tomto smere dosiahli správnu rovnováhu. Zameranie na nízkoenergetický návrh umožní vytvorenie zariadení, ktoré využívajú energiu získavanú z prostredia, na dodanie všetkej energie, ktorú potrebujú.“ Tieto systémy budú používať jemne odstupňované riadenie výkonu, aby sa zabezpečilo, že nespotrebujú viac, ako je absolútne minimum potrebné na dokončenie ich úloh.

Väčšia zložitosť spracovania v zabudovaných zariadeniach budúcnosti nemusí byť pre vývojárov premietnutá do väčších problémov. Dodávatelia sa snažia rozšíriť svoju používateľskú základňu prostredníctvom jednoduchšieho programovania.

„Chceli by sme ponúknuť nástroje, ktoré by každému umožnili používať a programovať naše produkty bez toho, aby sa museli učiť počítačový jazyk ako C alebo C++,“ hovorí L. Vera.

Výrobcovia už uľahčujú vytváranie programu tým, že využívajú silu cloudu a vyhýbajú sa potrebe kupovať licencie, inštalovať softvér do miestnych počítačov a vykonávať zdĺhavé nastavenia. Namiesto toho môžu vývojári jednoducho využiť služby bežiace v cloude. Ľahší prístup k vývoju spojený s výkonnejším hardvérom a algoritmami umelej inteligencie otvorí nové trhy.

O. Loe uzatvára: „V nasledujúcich desiatich rokoch uvidíme veci, ktoré si ešte nevieme predstaviť. Vidíme toľko potenciálu: väčšie pohodlie a hodnotu pre spotrebiteľov a výbornú návratnosť investícií (ROI) pre priemyselné aplikácie.“

Cliff Ortmeyer
globálny vedúci technického marketingu
Farnell
www.premierfarnell.com