Il software incorporato è un tipo dedicato di software che controlla, monitora e gestisce la funzionalità di dispositivi e sistemi hardware. A differenza del software per computer generico che viene eseguito su PC e dispositivi mobili, il software incorporato funziona in modo limitato e dedicato ed è parte integrante dell'hardware che controlla.
La genesi e l'evoluzione del software incorporato
Il concetto di sistemi embedded e del software associato risale agli anni '60. L'Apollo Guidance Computer, progettato da Charles Stark Draper al MIT e utilizzato nelle missioni Apollo di sbarco sulla Luna, è considerato il primo sistema integrato. Il software incorporato fece un passo da gigante nel 1971, quando l'ingegnere Intel Ted Hoff produsse il primo microprocessore, l'Intel 4004, consentendo un'impennata nell'implementazione dei sistemi embedded. La prima menzione del software embedded di per sé iniziò ad apparire nella letteratura tecnica durante la metà degli anni '80, in coincidenza con l'aumento delle applicazioni dei microcontrollori.
Un approfondimento sul software embedded
Il software incorporato è parte integrante di un'ampia varietà di sistemi che vanno dagli elettrodomestici, alle apparecchiature mediche, ai controller industriali, alle automobili e agli aerei. È progettato per eseguire uno o più compiti specifici all'interno di un sistema più ampio, spesso con vincoli di elaborazione in tempo reale. Essendo "embedded", ha severi requisiti di affidabilità, efficienza e compattezza.
A differenza delle tradizionali applicazioni desktop, che consentono di eseguire varie applicazioni su un PC, le applicazioni software integrate hanno in genere una funzione singola. Funzionano nel momento in cui il dispositivo viene acceso e monopolizzano tutte le risorse del dispositivo.
Il software è spesso scritto in linguaggi di alto livello come C, C++ o Python, sebbene il linguaggio assembly possa ancora essere utilizzato per risposte rapide o in tempo reale. In genere, il software viene compilato in modo incrociato su un sistema diverso (l'host) per essere eseguito sul dispositivo incorporato di destinazione.
Gli ingranaggi dietro il software incorporato
Il software integrato funziona in sinergia con sistemi integrati, microprocessori o microcontrollori, insieme ai dispositivi periferici. Un microprocessore o microcontrollore esegue il software e interagisce con il mondo fisico attraverso periferiche come sensori, attuatori e interfacce di comunicazione.
Il software segue una sequenza prestabilita di operazioni codificate durante la sua creazione. A seconda della complessità, può utilizzare un sistema operativo in tempo reale (RTOS) o può funzionare bare metal senza sistema operativo.
Caratteristiche principali del software incorporato
Il software incorporato presenta alcune caratteristiche critiche che lo distinguono da altri tipi di software:
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Operazione in tempo reale: Molti sistemi embedded hanno requisiti in tempo reale. Il software deve rispondere a eventi o input entro un tempo prestabilito.
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Stabilità e affidabilità: Poiché spesso svolgono funzioni critiche, devono funzionare senza guasti per periodi prolungati.
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Efficienza della memoria: I sistemi integrati spesso hanno una memoria limitata, richiedendo al software di utilizzare le risorse con parsimonia.
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Efficienza Energetica: Molti sistemi integrati sono alimentati a batteria, il che richiede un utilizzo efficiente dell'energia.
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Funzionalità specifiche: il software incorporato è progettato per eseguire attività specifiche, in contrasto con il software generico.
Tipi di software incorporato
Il software incorporato può essere ampiamente classificato in base a vari aspetti. Ecco una rappresentazione tabellare:
| Basato sulla funzionalità | Basato sulla complessità | Basato sulle prestazioni |
|---|---|---|
| Software di controllo | Semplice (attività singola) | Tempo reale |
| Software di monitoraggio | Moderato (multitasking) | Non in tempo reale |
| Software di elaborazione dati | Complesso (basato su RTOS) | – |
Utilizzo, problemi e soluzioni del software incorporato
Il software integrato ha numerose applicazioni, dagli elettrodomestici di uso quotidiano, ai sistemi di intrattenimento, alle apparecchiature mediche, all'automazione industriale, ai sistemi di trasporto, alle telecomunicazioni, alle applicazioni aerospaziali critiche.
Tuttavia, la progettazione e l'implementazione di software incorporato pone diverse sfide, tra cui risorse limitate, dipendenze hardware, requisiti in tempo reale e rigorosi standard di sicurezza e protezione. Per mitigarli, gli ingegneri utilizzano strategie come un'attenta progettazione del sistema, algoritmi efficienti, test rigorosi e processi di convalida.
Confronti con termini simili
| Termine | Descrizione |
|---|---|
| Firmware | Un tipo di software incorporato archiviato in una memoria non volatile come ROM o memoria flash. Fornisce il controllo di basso livello per l'hardware specifico di un dispositivo. |
| Software di sistemi in tempo reale | Software che garantisce funzionalità specifiche entro un limite di tempo specifico. La maggior parte dei sistemi embedded critici lo utilizzano. |
| Software di sistema | Software responsabile della gestione e del controllo dell'hardware del computer, abilitando il software applicativo. Include sistemi operativi, driver di dispositivo e utilità. È una soluzione più ampia del software incorporato, poiché può essere sia generico che incorporato. |
Prospettive future e tecnologie del software incorporato
Il futuro del software embedded è modellato da tendenze come l’IoT (Internet of Things), l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico, i sistemi cyber-fisici e l’edge computing. I progressi in questi campi porteranno a sistemi embedded sempre più intelligenti, autonomi e connessi.
Server proxy e software incorporato
I server proxy possono interagire con i sistemi embedded in diversi modi. Possono aiutare i dispositivi integrati a connettersi in modo sicuro a Internet, proteggerli dall'esposizione diretta a reti esterne, bilanciare il carico del traffico e memorizzare nella cache i dati per un recupero più rapido. Di conseguenza, il software integrato deve essere progettato per gestire questi aspetti, che spesso coinvolgono la programmazione di rete e gli elementi di sicurezza informatica.
