智慧型聯網產品其數量增長的速度比以往任何時候都快。2016 年,智慧家居市場價值約 240 億美元,到 2022 年預計將達到 530 億美元。不僅軟體與電子產品正滲透到所有產品之中,它們還正在取代傳統產品的機械元件——從汽車懸架系統到防鎖死煞車,嵌入式系統正在徹底改變產品的設計與運作方式。
在過去,日常汽車與運動型汽車的區別在於機械硬體及其在製造懸架系統中的應用——系統在物理上是不同的,你只能選擇 Car A 或 Car B。今天,製造商生產的電子控制懸架系統在不同類型的車輛中幾乎是相同的,只需設定不同的軟體參數,即可從一般駕駛模式切換到運動模式,電子和軟體的設定便會影響懸架的硬度。
懸架系統並不是汽車變得不那麼機械化而更電子化的唯一部分。這些電子產品帶來了一個顯著的優點——防鎖死煞車系統(ABS)。
五十年前,煞車是純機械式的。當你踩下踏板時,卡鉗會擠壓煞車碟盤,機械連桿將踏板直接連接到卡鉗。如果在結冰路面上踩下剎車,車輪就會鎖死。
如今的新車中,沒有機械裝置將卡鉗連接到踏板上,取而代之的是在電路板上執行的嵌入式系統軟體。當你踩下煞車踏板時,傳感器會測量踏板位移距離,嵌入式系統則使用該讀數來確定如何擠壓煞車碟盤。
ABS 使用了兩個傳感器:一個測量車輪旋轉速度(計算汽車行駛速度),另一個位於車輛下方透過觀察道路來計算速度。因此,當車輛打滑時,一個傳感器認為已停止,但另一個則顯示仍在移動。一種稱為自定義整合式晶片的元件,可以非常快速地比較兩個傳感器的速度讀數,一旦不匹配,就是觸發防鎖死煞車的時機。
快速偵測滑動並比較兩個傳感器讀數,需要每秒進行大量的計算,這就是為什麼許多控制系統需要非常強大的計算資源——一般處理器根本無法足夠快速地實時處理數字,因此必須使用自定義 IC 或 FPGA。
IC 的價格已大幅下降,從成本角度來看更具可行性。但它們仍然需要花費大量時間來開發——在原型可用之前,IC 開發可能需要 9 個月到 1 年半的時間。除此之外,在自定義 IC 上執行自定義軟體存在許多整合問題,調試也會耗費大量時間。
今天的開發時間表正在大幅壓縮,自定義 IC 需要很長時間才能開發和調試,這讓產品開發組織陷入兩難困境:一方面希望製作高品質的產品,另一方面又面臨日益縮短的時間表。隨著軟體進入如此多的日常產品,工程師必須找到在更緊縮的時間表下交付日益複雜產品的方法。成本降低了,但開發時間仍然是一個需要在未來持續解決的問題。