Soluzioni embedded: istruzioni per l’uso da MAS Elettronica

Nell’attuale scenario di Industria 4.0. le soluzioni embedded sono diventate un “must have”. Grazie alle numerose applicazioni che offrono, queste soluzioni sono molto diffuse e conosciute.

I sistemi embedded sono in grado di combinare tecnologie software e hardware allo scopo di eseguire comandi all’interno di sistemi elettronici o meccanici.

Inoltre, sono progettate per operare senza la necessità della presenza umana e completare tutta una serie di task in maniera efficiente.

Sistema embedded: di che cosa si tratta

Letteralmente, il termine inglese “embedded” significa “incorporato”, proprio perché rappresenta un sistema non immediatamente visibile che è integrato all’interno di un sistema più grande o di un dispositivo. Questi sistemi sono quindi dedicati all’elaborazione dei dati e all’esecuzione di controlli e comandi allo scopo di monitorare e gestire una o più funzionalità. Un sistema embedded può essere paragonato a un piccolo computer e quindi programmabile, (e non riprogrammabile se non in modalità parziale) ma a differenza dei PC industriali è in grado di svolgere poche operazioni. Un altro aspetto importante è che questi sistemi non possono essere separati dai sistemi che li integrano, pena la perdita di funzionalità per entrambi. I sistemi embedded sono perlopiù progettati come sistemi “special purpose”, dotati di hardware e software senza però disporre di un vero e proprio sistema operativo. Caratterizzati da dimensioni contenute e bassi consumi, non richiedono intervento umano per funzionare e sono anche in grado di sopportare eventi anomali e/o dannosi. Inoltre, i sistemi embedded più complessi possono disporre di interfacce utente (tipicamente dotate di tecnologia touch) con cui immettere le informazioni per programmare i task da eseguire.

Come è composto un sistema embedded

Al centro di un sistema embedded vi è il microprocessore, che in modo analogo al computer contiene la CPU. La CPU dialoga con le memorie RAM e ROM, rispettivamente memorie di sistema e di archivio e dove, su quest’ultima, è presente il software del sistema. Il software è progettato e testato in modo molto più accurato rispetto a quello dei computer tradizionali poiché uno dei requisiti fondamentali di questi sistemi è quello di restare attivi continuativamente per tempi molto lunghi senza produrre errori. La CPU e le memorie sono poi collegate agli altri dispositivi che possono essere dispositivi logici programmabili, sensori e attuatori e così via.

Tuttavia è bene ricordare che un sistema embedded sarà sempre meno complesso rispetto a quello di un computer tradizionale proprio perché, sebbene possa dialogare come detto con più dispositivi, può eseguire meno compiti. La CPU può essere un microcontrollore o un microprocessore, con la differenza che questi ultimi richiedono una circuitazione più ampia poiché la memoria non è integrata. Per fare un esempio pratico l’Anita I.MX8M Mini è un modulo general purpose progettato in formato standard industriale Smarc 2.0, che può essere declinato in moltissime applicazioni. È anche possibile trovare sistemi embedded sottoforma di SoC (System on Chip) o PLC (Programmable Logic Controller). Fra prodotti noti che consistono in sistemi embedded possiamo annoverare Android e Arduino, tuttavia anche stampanti, fotocopiatrici, decoder, elettrodomestici, strumenti di misura per l’elettronica, rientrano nel novero dei sistemi embedded.

Impieghi dei sistemi embedded

La maggior parte delle tecnologie moderne utilizza sistemi embedded su macchinari industriali, nell’elettronica consumer, nell’automotive, nel medicale e nelle telecomunicazioni. Negli smartphone, ad esempio questi sistemi sono presenti in forma multipla, ma separati, poiché vengono integrati, ad esempio, nel microfono, nella fotocamera, nei sistemi di riconoscimento biometrici oppure negli ingressi USB e così via. In maniera analoga i sistemi embedded possono essere presenti nei macchinari medicali dove vengono integrati nei sistemi di rilevamento dei parametri vitali, attraverso sensoristica ottica, sonora e chimica, destinati a svolgere operazioni di monitoraggio, controllo e avviso in caso di anomalia.

Vantaggi dei sistemi embedded

I sistemi embedded hanno diversi vantaggi, primi fra tutti la modularità e scalabilità, requisiti indispensabili per realizzare applicazioni caratterizzate da un’estrema flessibilità. I sistemi sono quindi progettati tenendo conto della modularità che si traduce in alta customizzazione. Per quanto riguarda la scalabilità, una volta che è stato progettato, testato e ottimizzato, il sistema è pronto per essere industrializzato e prodotto in grandi quantità. È necessario considerare che, sebbene la realizzazione di una soluzione custom rappresenti un processo oneroso, nel caso dei sistemi embedded è possibile ottenere un elevato livello di personalizzazione a costi contenuti. E sempre in termini economici vi è anche l’aspetto dei consumi energetici: i sistemi embedded sono progettati in anticipo per offrire bassi consumi oltre che per monitorare l’energia assorbita dai dispositivi a cui sono integrati e rendere le applicazioni meno energivore. Le dimensioni dei sistemi embedded agevolano l’integrazione in spazi ridotti tipici, ad esempio, dei dispositivi mobili.

I sistemi embedded del domani

Come dicevamo, i sistemi embedded sono già ampiamente utilizzati in diversi settori e in una vasta gamma di applicazioni. Con la continua evoluzione delle tecnologie e della crescente diffusione di dispositivi crescerà anche l’uso dei sistemi embedded in particolar modo in ambito industriale e domotica all’interno dell’IoT (Internet of Things) e IIoT (Inudstrial Internet of Things), ma anche nel campo dei wearable devices e nel settore applicativo che utilizza l’IA (Intelligenza Artificiale).

Le soluzioni embedded di MAS Elettronica

MAS Elettronica fa della customizzazione uno dei propri tratti distintivi. Fra i prodotti customizzabili proposti dall’azienda, vi sono la citata CPU Anita (nella foto in basso) e l’SBC Mina (nella foto in alto), Single Board Computer SBC basato sul processore multicore integrato NXP i.MX 8M Mini.

— a cura di Sandro Mascetti, CEO di MAS Elettronica