Il futuro dei sistemi embedded industriali.

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Linux: il pinguino fa sul serio

La diffusione di Linux nell’industria è un altro interessante trend che vede coinvolti anche i progettisti di apparecchiature dedicate. Il costo e l’affidabilità sono senza dubbio due delle motivazioni principali del passaggio al sistema operativo che ha un pinguino per mascotte. Va tuttavia tenuto presente che, nonostante non vi siano costi associati alle licenze di run-time, Linux non è del tutto esente da costi per gli sviluppatori: è infatti necessario considerare gli sforzi necessari per adattare le distribuzioni alle proprie particolari applicazioni e per mantenere il codice sviluppato, ad esempio per scrivere driver di periferica man mano che un nuovo hardware arriva sul mercato. Le principali aziende produttrici di sistemi operativi proprietari, come VxWorxs, OS-9, Qnx, Windows CE.net fanno infatti pesare sul piatto della bilancia questo tipo di contributo che consente di velocizzare lo sviluppo delle applicazioni e ridurre drasticamente il time-to-market, a volte mettendo a disposizione driver e aggiornamenti in concomitanza con la distribuzione delle nuove tecnologie. Qualcosa di molto simile avviene anche nell’universo Linux, dove le aziende che offrono distribuzioni mirate a un determinato tipo di applicazioni dedicate offrono servizi sia in veste di valore aggiunto per i loro prodotti hardware, sia in termini di servizi a pagamento. Sebbene possa determinare un disorientamento iniziale, il fiorire di nuove distribuzioni Linux dedicate alle applicazioni embedded comporta una maggiore possibilità di scelta per gli sviluppatori e una maggior competizione tra i produttori che dovrebbe sfociare in una riduzione dei costi dei servizi offerti a corredo.

Le comunicazioni nei sistemi CompactPCI: da PCI a PCI-X

Lo standard CompactPCI, che è attualmente trascinato dal successo del bus PCI nel segmento desktop, sarà trainato dai mercati delle telecomunicazioni e dell’automazione industriale anche quando nei Personal Computer il bus e gli slot PCI saranno solo un ricordo. Il bus PCI è infatti un importante standard nel settore telecom e pur non essendo tale nell’ambito della trasmissione dati, può comunque essere vantaggiosamente utilizzato per la realizzazione di schede di espansione e presenta il vantaggio di una migrazione agevolata verso le nuove, più veloci, varianti. E’ possibile passare ad una velocità di 66 MHz e a un’ampiezza di banda di 64 bit, o alla tecnologia PCI-X fino a raggiungere tassi di trasferimento dati di 1 GB/s (133 MHz per 64 bit) con una riprogettazione minima e un costo contenuto. PCI-X ha dimostrato di poter supportare senza problemi quattro slot a 100 MHz e non comporta costi aggiuntivi né per quanto concerne l’hardware (gli integrati di controllo e i bridge), né per il software dato che si impiega sempre la medesima interfaccia. Le prestazioni offerte da questo bus sono indubbiamente superiori per quanto riguarda le comunicazioni tra integrati sulla stessa scheda e con i mezzanini; non è altrettanto prestante nelle comunicazioni tra scheda e backplane, ma questo è inessenziale fintantochè viene impiegato solo per espandere il sistema e non come mezzo primario di trasferimento dati.

Un futuro ad alte prestazioni: InfiniBand, NGIO, RapidIO

Più in là nel futuro non è difficile intravedere l’ingresso nell’universo embedded delle nuove tecnologie di connessione ad alte prestazioni e di tipo switched fabric. Attualmente le proposte abbondano ed è possibile assistere ad uno scontro per la supremazia tra nomi che includono, tra gli altri, NGIO, RapidIO, Infiniband, HyperTransport e FibreChannel. In effetti non tutte queste tecnologie si escludono a vicenda, e la lotta è in corso solo tra contendenti allo stesso livello per quanto riguarda le comunicazioni all’interno dei microprocessori, tra integrati sulla stessa scheda, con schede di espansione e periferiche e tra batterie di server. E’ tuttavia ragionevole ritenere che un utilizzatore embedded possa assistere con un certo distacco allo scontro delle forze in campo, dato che tecnologie di questo tipo interessano solo marginalmente il suo campo d’azione. Difatti, pur essendo vero che i sistemi embedded del futuro richiederanno maggiori prestazioni per tenere il passo con l’evoluzione del software, il salto prestazionale che verrà offerto dall’impiego di PCI-X (e della versione 3.0 di PCI, che si mormora si agiti dietro le tende di 3GIO) permetterà ai progettisti di dormire sonni tranquilli per qualche anno ancora. La maggiore inerzia del mercato industriale rappresenta, da questo punto di vista, una benedizione. Non è possibile stabilire ora quale sarà, tra le diverse tecnologie switched fabric in competizione, la vincente anche nelle applicazioni embedded, mercato di nicchia per questi prodotti; è tuttavia palese che sarà il mercato delle telecomunicazioni a guidare la scelta.

Ethernet, sempre più diffusa

Data la specificità delle connessioni switched fabric, ci si può aspettare che in futuro andranno ad affiancarsi, senza sostituire, le reti Ethernet ad alta velocità. Ethernet stessa è in evoluzione ed è sempre più presente anche in ambiente industriale, persino a livello di fabbrica per la comunicazione sul campo. I nuovi sviluppi di questa tecnologia, come il protocollo iSCSI sperimentato da Agilent e IBM (per la realizzazione di Storage Area Network a basso costo basate sul protocollo IP) e le specifiche Pic-Mg 2.16 (per la realizzazione di un backplane compactPCI a commutazione di pacchetto), rivelano la natura tutt’altro che accondiscendente di Ethernet a lasciarsi mettere da parte. Punti di forza di Ethernet sono indubbiamente la sua diffusione e il basso costo: l’hardware necessario per gestire un’interfaccia Ethernet è semplice ed economico ed è spesso integrato all’interno del controller delle CPU. Ethernet è inoltre scalabile da 10 Mb/s a 100 Mb/s per arrivare alle reti Gigabit e persino Terabit Ethernet.
I sistemi embedded del futuro potranno essere realizzati da “grappoli“, o cluster, costituiti da una scheda principale dotata di mezzanini ed eventualmente altre due o tre schede su un backplane comune, magari a commutazione di pacchetto. Più grappoli comunicheranno tra loro per mezzo di una connessione di tipo switched fabric.

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