Il futuro dei sistemi embedded industriali

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L’attuale condizione del mercato embedded vede un bus VME consolidato nella sua posizione di grande importanza, soprattutto in ambito militare, e uno standard CompactPCI che si sta finalmente ritagliando una sua posizione nel mercato come secondo bus di comunicazione industriale, pur essendo oramai assodato che non riuscirà a rimpiazzare VME nel cuore dei progettisti di sistemi dedicati per l’industria e la difesa. Va comunque detto che diversi altri standard, come PC/104 per esempio, rivestono un ruolo di grande rilievo all’interno di questo variegato e frammentato mercato. Il futuro a breve termine vede comunque produttori e utilizzatori ugualmente preoccupati nella scelta del bus, del tipo di processore e di sistema operativo che meglio si adattano alle proprie esigenze. Nel medio termine, diversi gruppi di lavoro sono impegnati nel tentativo di definire le architetture di comunicazione del futuro: tra queste i nomi più gettonati sono PCI-X, Terabit Ethernet e le tecnologie Switched Fabric. Illustriamo brevemente qui alcune delle tendenze che molto probabilmente verranno confermate in futuro.

Verso il 3U: sistemi CompactPCI e VME più compatti

Sebbene le schede con fattore di forma 3U rappresentino attualmente solo una frazione dei sistemi totali VME e CompactPCI, è da diverso tempo che il trend verso questo formato compatto è in crescita anche nelle applicazioni industriali. Al momento le si può trovare solo nelle applicazioni in cui l’elettronica deve essere confinata in spazi ridotti o dove è richiesta un’elevata robustezza, come nei sistemi portatili o nel settore dei trasporti. Tuttavia a prescindere dalla scelta del tipo di bus, VME o CompactPCI, non sussiste alcun motivo di ordine tecnico per non utilizzare schede in formato 3U piuttosto che 6U se non quando l’applicazione richieda un interfacciamento tramite il pannello posteriore. Uno dei punti di forza di VME rispetto a CompactPCI, ossia il suo comportamento in caso di accessi separati al bus (come nel caso della lettura di punti di I/O analogico o digitale) può essere mantenuto, con accessi a 16 bit, anche nelle schede in formato 3U. Analogamente, i sistemi CompactPCI su scheda 3U, dispongono degli stessi bus a 32 o a 64 bit delle corrispondenti versioni 6U e presentano su VME il vantaggio di comportarsi meglio nel caso di accessi in blocco ai dati. Da questo punto di vista, quindi, il passaggio ai sistemi 3U non comporta un degrado delle funzionalità e le prestazioni.

CompactPCI: verso piattaforme alternative

L’evoluzione dello standard CompactPCI è stata fortemente motivata dalla richiesta di soluzioni industriali basate sul sistema operativo Windows. A sua volta, questo ha ristretto considerevolmente la scelta delle piattaforme hardware utilizzabili, vincolandole a una condizione ben precisa: essere Intel o compatibili con Intel. Per l’industria dei sistemi di elaborazione embedded, caratterizzata da cicli di vita dei prodotti relativamente lunghi rispetto al più effimero mondo consumer che ha guidato finora gli sforzi del colosso americano, questo può costituire un problema. Problema che si riassume nel fenomeno di obsolescenza di processori e chipset noto a tutti i possessori di un PC bisognoso di un aggiornamento. Un altro punto debole delle soluzioni cosiddette ‘Wintel’ è rappresentato dalla loro affidabilità, soprattutto in ambiente di fabbrica. In sintesi, una soluzione soddisfacente al 100% per le applicazioni industriali basate su piattaforma Wintel non esiste: come in molte scelte di taglio ingegneristico tutto si riduce a cercare il giusto compromesso. I consumi e il comportamento deterministico sono un altro punto debole dei prodotti destinati al mercato PC: i primi sono spesso troppo alti per le applicazioni dedicate, il secondo è spesso messo in pericolo dal particolare tipo di ottimizzazione delle CPU che ne degrada le prestazioni in tempo reale (ad esempio per una diversa politica di gestione delle cache). Il ricorso ad architetture alternative, tagliate su misura per il tempo reale e a bassi consumi, è sempre più diffuso e l’impiego di sistemi basati su processori PowerPC (di Motorola) o StrongArm (recentemente passata sotto l’ala protettrice di Intel, che non è certo rimasta a guardare) si può rivelare più conveniente dal punto di vista del costo e dell’affidabilità.

Integrati su misura e interfacce standard

Ma un’altra tendenza sta lentamente prendendo piede in questo scenario: il ricorso sempre più frequente allo sviluppo di integrati che implementino funzionalità accessorie per mezzo di FPGA e VHDL. E’ un percorso questo che porterà all’indipendenza dalle scelte dei produttori ‘tradizionali’ di circuiti integrati e che conduce verso lo sviluppo di vere e proprie CPU su misura per mezzo di componenti in logica programmabile. A questo seguirà l’affrancamento dai processori tradizionali, diversi dei quali già oggi arrivano a consumare anche un centinaio di watt creando non pochi problemi agli utilizzatori. Difatti, anche se lo sviluppatore ritiene di poter affrontare la spesa extra per garantire l’adeguato raffreddamento dei chip, sono molte le applicazioni che non tollerano una dissipazione di potenza di quest’ordine di grandezza. Lo sviluppo del software di interfaccia è un altro importante aspetto in evoluzione nella progettazione dei sistemi dedicati. Ad oggi, nonostante se ne sia discusso a lungo in diversi gruppi di lavoro, non esiste un’interfaccia standard universalmente accettata per i driver. Tuttavia, gli sviluppi della progettazione hardware, che nei prossimi anni muterà in maniera decisa vista la tendenza ad utilizzare il C in sostituzione di linguaggi come Verilog e Vhdl, stanno portando a un dissolvimento della tradizionale separazione tra hardware e software. In uno scenario futuro, in cui anche i core delle Cpu saranno ‘scritti’ in C, la standardizzazione delle interfacce verso i driver diventerà una necessità, così come oggi lo è quella dei connettori e dei fattori di forma dei componenti Cots. La realizzazione di interfacce coerenti in grado di essere trasportate sui numerosi sistemi operativi utilizzati nella progettazione embedded aprirà la strada ad un numero assai maggiore di possibilità di scelta.

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