Norbert Hauser, Kontron AG
כניסה לתחום ARM – הדרך הקלה
מבחינת מפתחים רבים של מערכות משובצות, המעבדים האחרונים של ARM מציבים יעד מרגש באופן מיוחד, שכן הם מספקים ביצועים ברמת מחשב אישי ומציעים נצילות אנרגיה שאין שני לה. ואולם, קיימים גם חסמים. אלו נובעים מכמות המאמצים הדרושה להשקעה בפיתוח, שהיא רבה יותר בהשוואה לזו המושקעת בטכנולוגיית x86. אך עם זאת, יצרנים של התקני חומרה משובצים נמצאים במקום שבו הם עומדים להפחית באופן משמעותי את המאמץ הזה, בעזרת שירותי תוכנה מתאימים לחומרה.
המגמה – מעבדי ARM
המעבדים שפועלים בטכנולוגיית ARM נמצאים בלבם של כמעט כל הטלפונים החכמים ומחשבי הלוח הקיימים כיום בשוק הצרכנים. מימושים ראשונים במעלה של ARM, למשל, אלו של NVIDIA או של Texas Instruments, התאימו את יכולת המחשוב והיכולות הגרפיות של התקנים אלו, שהן ברמת מחשב אישי, ואפשרו בכך לקיים את מימושם של ממשקים מתוחכמים אינטואיטיביים למשתמש. באותו זמן, הם משלבים את קלות השימוש הזו בנצילות אנרגיה גבוהה באופן קיצוני – כאשר בכך הם סוללים את הדרך ליישומים חדשים, שעד עתה לא היו אפשריים עם מעבדים שפעלו בטכנולוגיית x86, בין אם הסיבה לכך הייתה פיזור ההספק הגבוה של מעבדי x86 או שהיא נבעה מנושאים הקשורים בתקציב. כעת, אפילו עלויות יחידה עומדות לטובת מוצרי המחשוב הקטנים והגאוניים, אשר בימים אלו נמכרים במספרים גבוהים באופן מדהים: Google, למשל, מצהירה שמדי יום מופעלים כ-500,000 טלפונים חכמים חדשים מבוססי ARM – ונתון זה מתייחס רק למכירות, אשר להן מצורפת מערכת הפעלה Android במקור פתוח.
בהכנות לתכנונים משובצים מבוססי ARM עם Android, אינטגרציה טכנית בתוכנה של התקנים היקפיים בתוך שכבת הפשטת חומרה (שהופכת את הגישה של התוכנה אל החומרה לגישה לפי תקנים) היא הכרחית. (מקור: Google I/O 2008, http://sites.google.com/site/io/anatomy--physiology-of-an-android)
ARM – טכנולוגיה מעניינת עבור תכנונים משובצים
כל הגורמים האלו – ממשק משתמש מושך, נצילות אנרגיה גבוהה ומחירים תחרותיים ליחידה – מסתכמים בכך שמפתחי מערכות משובצות רואים ב-ARM טכנולוגיה מושכת שמפשטת את היישומים החדשים, אשר עד כה לא היו אפשריים עם טכנולוגיית x86. מעבדים ייעודיים עם קונפיגורציות שונות מאפשרים לבצע באופן אידיאלי התאמה אישית של פתרונות מבוססי ARM, כדי שיתאימו ליישומים וייהנו מצריכת הספק נמוכה מאוד, שנעה בין 1 ל-3 ואט בממוצע. ואולם, בדומה למיזוגם של מכשירים אלקטרוניים לצריכה והתפתחותם של מחשבים אישיים, התכונות של מעבדי ARM ומעבדי x86 מתקרבות זו לזו. בנוסף, המעבדים של ARM הגיעו עתה לרמת הביצועים הנמוכה של מעבדי x86 – כאשר עודם מציעים נצילות אנרגיה שאין לה מתחרים.
עבור המוצרים מבוססי ARM שלה, (דוגמה מכנית של מעגל האם Pico-ITX שעומד לצאת), חברת Kontron תציע את התמיכה של כל מערכות ההפעלה הרלוונטיות, אשר כולל (ובהתאם לזמינות) גם את Windows CE 6x, Windows Embedded Compact 7 ובעתיד את Windows 8 ואת Android, QNX, Green Hills ואת VxWorks.
מלבד מעגלי אם, Kontron עומדת להציע גם מחשב - על - מודולים מבוסס על תקנים חדשים של פלטפורמות בארכיטקטורה משובצת בהספק נמוך. בשילוב עם מעגלי מחשב נושאים (Carrier board) ייחודיים ללקוח, מהנדסים מפיקים תועלת מהתאמה אישית של יישומים, שהיא גמישה במידה רבה מאוד, אך עם זאת, מבוססת תקנים.
לשירותי תוכנה מבוססת חומרה יהיה תפקיד חשוב יותר בהרבה בפיתוח של התקנים מבוססי ARM.
טכנולוגיית ARM מציבה אתגרים חדשים
הדור החדש של מעבדי ARM מעמיד לרשותם של התכנונים החדשים פוטנציאל עצום, שנדרשים לו ממשקי משתמש גרפיים בשילוב עם צריכת הספק נמוכה באופן קיצוני, וקישוריות רשת גמישה. דוגמה מתאימה מאוד לאלו, אפשר לראות במחשבי לוח אישיים, קשיחים ובעלי אורך חיים ארוך, כמו אלו המשמשים בבתי חולים או בשירותי חירום, עבור יישומים לוגיסטיים או יישומים שמחוץ למבנים, וכן עבור תכנונים קומפקטיים המשמשים בהתקני מידע ובילוי שבתוך כלי רכב ולשילוט ספרתי. ההתקנים ברמה החדשה הזו, שהופכים להיות אפילו חכמים יותר – ובזכות טכנולוגיית מסך מגע אפשר להפעיל אותם באופן אינטואיטיבי, זוכים לפופולריות רבה ביישומים תעשייתיים, מפני שהם מציעים דרגה גבוהה עוד יותר של נוחות ובטיחות הפעלה. מאמצי המימוש הראשוניים גבוהים בהשוואה לעולמם של מעבדי x86 – מפני שבהשוואה לעולם הסטנדרטי באופן קיצוני של טכנולוגיית x86, אשר בו כבר אפשר למצוא מנהל התקנים עבור כל פיסת חומרה, וזאת לעיתים קרובות יותר ממנהל התקנים שעדיין אינו משולב במערכת ההפעלה – הטכנולוגיה של ARM פועלת על פי כללים שונים. בשל ההתאמה האישית הייחודית להתקן של מעבדי ARM, תהליך הפיתוח של תכנונים מבוססי ARM מעמיק יותר, מפני שפיתוח חומרה ופיתוח תוכנה שקשורה לחומרה, שזורים זה בזה באופן קרוב מאוד. לדוגמה, לא קיימת מערכת הפעלה סטנדרטית עבור טכנולוגיית ARM שפועלת באופן אוטומטי בכל ההתקנים של ARM. ראשית, יש להתאים לחומרה את כל מערכות ההפעלה הקיימות כיום עבור מעבדי ARM, כמו למשלWindows Embedded Compact (שקודם לכן נקראה Windows CE), נגזרות שונות של Linux או Android מבוסס Linux. פעולה זו כוללת שילוב חומרה – מנהלי התקנים ייחודיים – במקביל לביצוע אופטימיזציות ייחודיות לחומרה במערכות ההפעלה וברמת היישום. פיתוח מעמיק זה מודגם בדוגמה הבאה של מערכת ההפעלה Android.
מבט ותחושה אחידים דרך הפשטת חומרה
על מנת שאפשר יהיה להתקין חומרה מבוססת ARM עם מערכת Android, יש צורך ליצור בסיס Linux מתאים. גרעין Linux שעבר אופטימיזציה ל-ARM צריך לכלול את מנהלי ההתקנים של ההתקנים ההיקפיים הרצויים ולהתקין אותם למצב עבודה עם Android באמצעות טלאיי תוכנה (patch) שונות. זה הבסיס שעליו מגויסת מסגרת העבודה של היישום עבור Android. הוא מתוכנן כדי לספק מראה ותחושה אחידים, שלפיו מפתחים כל אחד מההתקנים. Android משיגה זאת על ידי שילוב שכבת הפשטת חומרה (HAL), אשר מציגה בפני החומרה שבמסגרת העבודה של היישום את הממשקים כמודולים מפושטים. באופן כזה, למשל, שכבת הפשטת חומרה מספקת ממשקים לגרפיקה, למצלמה, לאודיו, ל-Wi-Fi ל-GPS וכיו”ב, בלי כל קשר לעובדה אם החומרה הפיסית עצמה הגיעה מיצרן A או מיצרן B. מבחינת מהנדסי יישומים, יש בכך יתרון מפני שאת פיתוח היישום אפשר להשיג בדרך סטנדרטית, והחומרה הפיסית עצמה אינה רלוונטית לחלוטין. הדרגה הגבוהה של הגישה של חומרה שעברה התאמה לתקנים (סטנדרטיזציה) מבטיחה שיישום כלשהו ואותו יישום הפועל במערכת Android יוכלו לפעול על פלטפורמות ARM שונות. עם זאת, קיים לכך תנאי מוקדם והוא, שהיצרנים של חומרה מבוססת ARM יספקו גם את כל הרכיבים, כמודולים של שכבת הפשטת חומרה, עבור רמת התוכנה. עבור רכיבים סטנדרטיים, כמו למשל בקרי אודיו, שהם דבר שכיח בהתקני צריכה מבוססי Android, סביר מאוד להניח שמודול שכבת הפשטת חומרה המתאים, כבר קיים. ואולם, יש לממש תמיכה נרחבת של כניסות/יציאות ייחודיות ליישום, כזו אשר מגיעה אל מעבר לטווח הסטנדרטי של הממשקים, וגם לעגן אותה בתוך מסגרת העבודה של היישום. עיגון זה במסגרת העבודה של היישום נדרש ליצירת מסגרת עבודה לתוכנה שמתאימה למחזור, שאותה, מהנדסי יישומים יוכלו לשלב בקלות ביישום שלהם.
שירותי תוכנה הקשורים לחומרה תופסים את השורה הראשונה
דוגמה זו מתארת היטב כיצד שירותי תוכנה הקשורים לחומרה הופכים להיות בעלי תפקיד חשוב, כאשר מפתחים התקנים מבוססי ARM יותר מאשר במקרה שמשתמשים בטכנולוגיית x86. מהנדסי יישומים, שהיכולת העיקרית שלהם נמצאת בפיתוח תוכנה, אינם צריכים לחשוש מניצול היתרונות של טכנולוגיית ARM. יותר ויותר יצרנים של פלטפורמות חומרה משובצות מבטיחים שהמאמץ הנדרש כאן נשאר מזערי. הצעת השירות של חברת Kontron כוללת אפילו מעגלי אם, מודולים ומערכות מבוססי ARM שמצוידים בכל מערכות ההפעלה הרלוונטיות. בשפה פשוטה, משמעות הדברים האלו היא: לקוחות מפיקים תועלת מפלטפורמות מוכנות ליישומים, אשר מספקות לחומרה את מסגרת העבודה המלאה של התוכנה, כבר במערכת ההפעלה שהותקנה מראש. באופן כזה מובטח למפתחים שיוכלו להתחיל מייד בפיתוח היישום שלהם, מעל לרמת מערכת ההפעלה. וביכולתם לעשות כך – בלי קשר לעובדה אם הלקוח מעדיף את המערכת הסביבתית העשירה של Android או שהוא מעדיף את המראה והתחושה האחידים של ממשק המשתמש Metro, שעליו הוכרז עבור מעבדי ARM נבחרים ב-Windows 8. בנוסף על כך, גם מערכות הפעלה בזמן אמת, כגון QNX, Green Hills ו-VxWorks יקבלו תמיכה. לכן, פלטפורמת חומרה לא תסופק כחומרה בלבד, אלא, עם תמיכת התוכנה הנכונה, ואם יידרש – הרשיונות המתאימים יישלחו אף הם. ברור מאליו שכל זה נכון גם לגבי תכנונים ייחודיים ללקוח, אשר ללא כל ספק יהוו את המוקד העיקרי של היישום, בפרוייקטים של ARM. לקוחות של יצרני ציוד מקור מפיקים תועלת מפתרונות של מוצרים סטנדרטיים, אשר כבר פותחו, באופן כזה שנותר למלא ולתקצב רק את דרישות ההתאמה האישית הייחודיות ללקוח. בבוא העת, דרך זו תפחית את עלויות הפיתוח הכוללות ותאיץ את זמן היציאה לשוק.
תמיכה בבחירת התוכנה
שירותי הפיתוח, שאותם מספקת חברה כמו למשל Kontron עבור פלטפורמה כזו, משמשים גם עבור פלטפורמות אחרות. זה גם היתרון של לקוחות יצרני ציוד מקור, מפני שהם יכולים להפוך את טווח המוצרים שלהם לאחיד, במובנים של פלטפורמות חומרה בעלות נצילות רבה יותר בהרבה: איש קשר אחד, כלים אחידים וטווח רחב של מוצרי ARM עד ליצרני התקנים מאופשרי טכנולוגיית x86 ברמה הגבוהה, כלומר הם מציעים טווח רחב של מחשבים עם צג מובנה (Panel PC), כדי למזער את מספר הספקים שמשמשים אותם, ובכך הם חוסכים עלויות, בשל פלטפורמות מחשוב משובצות אחידות יותר ומתואמות באופן מושלם, המגיעות מיצרנים כגון Kontron.
