Интернет "встроенный"

Один из отцов современных средств проектирования чипов Санджованни-Винчентелли утверждает, что компьютер, каким его мы знали, уже умер и дальнейшая IT-революция связана со встроенной электроникой. Многослотовый десктоп будет вытесняться мобильными и встроенными специализированными сородичами. Некоторые признаки уже указывают на перемены в этом направлении. Компании Microsoft и Intel пробиваются в автомобильную промышленность со своим AutoPC на базе процессора Pentium и операционной системы Windows CE. В 1999 году Microsoft обещает сделать из Windows CE 3.0 настоящую ОСРВ (операционную систему реального времени), пригодную для встроенных применений. Фирм, желающих поддержать Microsoft на этом рынке, уже предостаточно.

Встроенные системы и сейчас успешно решают многие задачи. Микроконтроллеры можно обнаружить в автомобиле, дома, в офисе, на ферме, в цеху и т. д.

Монопольное использование Интернета "толстыми" серверами подходит к концу. В Сеть выходят те, кто будет работать без отдыха, "тощие" серверы, в число которых будут входить и микроконтроллерные системы на одной плате (одном чипе).

По сравнению с поиском "необходимой" информации в Сети каждодневные бытовые проблемы (например, "недружественность" окружающей техники) отнимают у человека больше сил. И если подключенные к Web-контроллеры успешно возьмут на себя часть забот, то развитие Интернета может стимулироваться новыми рынками услуг.

Что Web добавил встроенным системам

Качественный интерфейс важен для системы. Когда отсутствовали доступные мониторы, но необходимо было отображать много информации, в качестве дисплея использовали ЭЛТ осциллографа или специальную пультовую конструкцию с множеством разнообразных индикаторов. PC-революция принесла свежие решения. Web повел электронику дальше.

Интернет сделал браузер едва ли не самым популярным приложением для компьютера. Эти программы быстро совершенствуются несколькими фирмами. Если учесть и всех создателей plug-ins, то наберется несколько десятков компаний. Браузер привлекателен как клиентская платформа интерфейса встроенной системы. Самую тяжелую часть программистской работы сделали участники войны браузеров.

Пользуясь средствами HTML и Java, системный разработчик сконструирует необходимую приборную панель. То есть клиентскую часть своей системы поставщик встроенной электроники может теперь делать программной. Данный прием не будет восприниматься как очередная проделка тех, которые на выдумки хитры. Скорее наоборот, это изящное решение выглядит привлекательно благодаря идущей интернетизации. Апгрейд программного обеспечения по Сети, автоматическая диагностика - эти возможности потребитель встретит благосклонно. Что еще остается? - Приобрести программный код сервера, умеющего обмениваться информацией с клиентом по HTTP.

Производители

Уже выпущены Web-серверы для встроенных систем на базе самых разных процессоров и операционных систем (см. таблицу). Некоторые ОСРВ, используемые во встроенных системах, уже содержат модули поддержки PPP, TCP/IP, SLIP, HTPP. Перечень, приведенный на www.allegrosoft.com/innovators.html, показывает, что первыми потребителями встраиваемых Web-серверов стали изготовители подключаемой к сети аппаратуры (переключателей Ethernet, принт-серверов, сетевых UPS, маршрутизаторов и т. д.).

С ростом популярности Web число заинтересованных фирм увеличится. Трудно назвать встроенную систему "тощим сервером", если в ней используется процессор SPARC, Pentium Pro или PowerPC. Но использование одного процессора и скромные ресурсы памяти у встраиваемых систем по сравнению с "толстыми" родственниками делают определение "тощий" - оправданным.

Микросервер emWeb

Компания emWare Inc. (www.emware.com) представила технологию Web-сервера даже для 8-разрядных микроконтроллеров. Она реализовала рекордный по компактности кода HTTP-сервер в составе разработанной Embedded Micro Internet Technology (EMIT). Используемые объемы ПЗУ - 750 байт, ОЗУ - 30 байт. Такой размер для Web-сервера кажется излишним изыском, потому что найти лишних пару долларов для 100-200 Кбайт ROM можно несложно. Но потребительский рынок встроенных серверов расширяется, и через Web уже можно открывать замки и включать бытовую аппаратуру. Чем дешевле объект - тем дешевле ему нужна и электронная начинка. Для желающих попробовать новую технологию внедренных Web-серверов психологически легче начинать с доступных по цене решений. EmWare резервирует более выгодные позиции на рынке поставщиков встроенных Web-серверов.

Для систем на одночиповых микроконтроллерах популярных семейств 80с51 (Atmel и Philips), 68hc (Motorola), PIC (Microchip) фирма emWare выпустила наборы emWare Software Development Kit, включающие средства Symantec Visual Cafe. С их помощью можно создавать законченные приложения: от сервера до интерфейса клиента.

Применения

Что конкретно дает подключение к глобальной сети миллионов микроконтроллеров кроме роста трафика? Можно предположить, что работы прибавится не только у связистов. Возникают новые возможности в автоматике, образовании, медицинском обслуживании, торговле, сельском хозяйстве, научных исследованиях. Приведу лишь некоторые примеры из реальной жизни.

Установки искусственного орошения. В мартовском выпуске "Dr. Dobbs Journal" инженеры Том Миллиган (Tom Milligan) и Стив Кофин (Steve Coffin) поделились своим опытом применения технологии EMIT. Живя в засушливой местности (штат Юта), они обратили внимание, как иногда бестолково работают установки орошения. Миллиган и Кофин спроектировали новую систему управления, свободную от недостатков прежних конструкций. Теперь руководить поливом можно с любого компьютера, подключенного к WWW.

В частности, разработанная Миллиганом и Кофином система может считывать показания датчиков влажности и температуры и планировать свою активность на несколько дней вперед по сведениям сайта National Weather Service (американский гидрометцентр). Если по всем признакам днем должен быть дождь, то обычный утренний полив проводиться не будет. Если прогноз погоды оказался неверен, то можно исправить программу полива через Web.

На электронные компоненты контроллера было затрачено около 15 долларов. В качестве основы взят микроконтроллер AT89C2051, 20-выводной чип семейства 8051 фирмы Atmel. Для хранения программы, определяющей интерфейс управления системы (документ HTML) и интервалов программирования полива, использована EEPROM с последовательным доступом. Чтобы застраховаться от случаев остановки системных часов, предусмотрена батарея резервного питания. Три контроллерных порта зарезервированы для управления восемью клапанами дождевальной установки (был применен дешифратор 74hc138). В систему входят драйверные схемы клапанов, работающих от сети переменного напряжения 24 В.

В статье говорится о простоте использования программного обеспечения emWare. Этому можно поверить, а можно и посомневаться, так как сами авторы публикации Том Миллиган и Стив Кофин работают в emWare программистами.

Торговые автоматы. Осенью прошлого года компании Digital и SAP AG продемонстрировали в Атланте торговый автомат c Web-сервером. По замыслам создателей сервер лотка-робота должен сообщать через WWW клиентской складской программе о том, что запасы продукции подходят к концу. В качестве управляющего процессора торгового робота использовался StrongARM. Программа учета расхода ресурсов для склада была написана программистами SAP. Предполагается, что основным потребителем этих автоматов станет компания Coca-Cola, хотя интерес проявляют и другие компании. Задумка, если ничего не помешает ее внедрению в национальных масштабах, позволит сократить издержки на содержание торговых точек, улучшить качество планирования закупочных и производственных операций.

Похожие торговые автоматы, использующие модемы, были и раньше. Но строились они с использованием дорогих частных сетей и специального программного обеспечения и для клиента, и для сервера. Кроме SAP на рынок автоматов-коробейников, подключенных к Web, вышла компания Pacific Softworks, стремящаяся применить свой продукт Fusionweb для обслуживания автостоянок.

Проблемы

Для Web-сервера, который становится частью встроенной системы, надежность приобретает исключительное значение. Особенно если речь идет об управлении медицинской или военной техникой. В апрельском номере журнала "Byte" приводятся отрадные и печальные факты по этому поводу. В 1996 году ракета Arian 5 взорвалась, после того как управляющая программа попыталась преобразовать 64-битовую переменную в 16-битовую величину. В 1991 году иракской ракетой "Скад" было убито 28 американцев. Ракету не смогли сбить из-за того, что изменилась частота задающего тактового генератора процессора в компьютере, управляющем батареей ракет Patriot, и сбилась система наведения. В 1986 и 1987 годах трое больных раком скончались из-за передозировки, допущенной по вине автоматики в установке лучевой терапии Therac-25. В прошлом году космический корабль Pathfinder едва не разбился по вине программисткой ошибки в операционной системе VxWorks, которая стояла на компьютере, рассчитывающем посадку аппарата.

Есть и радующие известия. Судя по заявлениям QNX Software Systems, микроядро операционной системы QNX не подвергается модификации с 1991 года. Эта ОС используется в системах мониторинга на атомных электростанциях, в медицине, химических установках, космическом корабле "Шаттл". Некоторые системы с установленной QNX работают без перезагрузки операционной системы три года!

Сдерживающими факторами для розового будущего встроенной электроники, управляемой через Web, могут быть недостаточная для некоторых приложений "почти реального времени" скорость обмена данными по TCP/IP, активность хакеров и другое. Эти проблемы - общие для Интернет. И они больше мобилизуют, чем пугают.

Информация в Сети

1. Браузеры становятся GUI: www.strom.com/browsergui.html
2. Сравнение RTOS: www.embedded.com/ в разделе Links
3. О новых чипах для встроенных систем: www.edtn.com/scribe/design/embedsys/embp.htm