Systemdesign

Designtipps für die Softwareentwicklung von Wearables

| Autor / Redakteur: Warren Kurisu * / Nico Litzel

Wettbewerbs- und Time-to-Market-Druck erzwingen eine Lösung, die die grundlegenden Features und Funktionen bietet, damit Unternehmen ihren knappen Entwicklungsressourcen für den Aufbau differenzierter Anwendungen nutzen können. – Im Gegensatz zu den Softwareplattformen, auf denen sich diese Anwendungen befinden.

Software-Entwickler finden zwar ein äußerst leistungsfähiges Hardware-Fundament, auf dem sie ihre tragbaren Endprodukte aufbauen können, sie stehen jedoch vor der ziemlich schwierigen Aufgabe, die Software entwickeln, skalieren und testen zu müssen, die diese Produkte ermöglicht.

Da Unternehmen an der Differenzierung und schnellen Markteinführung ihrer tragbaren Produkte arbeiten, wird von Software-Entwicklern eine skalierbare Lösung erwartet, die alle wichtigen Funktionsmerkmale enthält, von sehr einfachen bis hin zu sehr komplexen. Die Gesamtlösung muss nicht nur kleine Speicher aufweisen und Prozessoranforderungen erfüllen, sondern auch modular sein, um die Funktionen nach Konnektivität, Grafiken und Portabilität skalieren zu können und leistungsfähige Multicore-Prozessoren mit konsolidierter Funktionalität unterzubringen.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die Konsolidierung eines medizinischen Geräts, das nicht nur den Blutdruck misst, sondern auch andere lebenswichtige Organe überwacht, die Verbindung zu einer Infusionspumpe herstellt, Hospiz-Mitarbeitern eine grafische und akustische Schnittstelle zur Verfügung stellt und mit dem Labor, Krankenhaus und Ärzten über das Internet oder Mobilfunknetz kommuniziert.

Batteriebetriebene Wearables erfordern Fähigkeiten zum Verwalten der Energiezustände von CPU und Anwendung. Aktuelle System-on-Chip- (SoC) Designs bieten Low-Power-Funktionen wie Leerlauf- und Sleep-Modi, dynamische Spannungsfrequenzskalierung (DVFS) und Ruhezustand. Doch die Komplexität zur Implementierung der Low-Power-Funktionen in die Hardware verbraucht mitunter wertvolle Entwicklungszeit und verhindert oft, dass Anwendungsentwickler energieeffizienten Code generieren.

Die Verwendung eines Power-Management-Frameworks

Bild 2: Im Mittelpunkt eines Power-Management-Frameworks befindet sich der Gerätemanager, der während des Wechsels in einen Low-Power-Zustand den Übergang aller Geräte koordiniert
Bild 2: Im Mittelpunkt eines Power-Management-Frameworks befindet sich der Gerätemanager, der während des Wechsels in einen Low-Power-Zustand den Übergang aller Geräte koordiniert (Bilder: Mentor Graphics)

Ebenso wie moderne Softwarearchitekturen Hardwarefunktionen durch Gerätetreiber abstrahieren, bietet ein Power-Management-Framework (Bild 2) allen Systemgeräten, die mit Hilfe von intuitiven API-Aufrufen gesteuert werden, einen strukturierten Mechanismus. Jede Veränderung eines Gerätes, die sich auf andere Geräte auswirkt, führt zu einem koordinierten Übergang über alle involvierten Systeme.

Mit einem Power-Management-Framework können Embedded-Softwareentwickler effektiven Code für Wearable-Produkte schreiben, der die Power-Anforderungen erfüllt und den Code nicht weiter aufbläht oder den Speicherbedarf vergrößert. Ein Power-Management-Framework erlaubt Entwicklern, die Power-Spezifikationen früh im Designzyklus zu berücksichtigen. Code kann geschrieben werden, um den Speicherbedarf und die Leistungsaufnahme zu verringern und er kann während des Entwicklungsprozesses getestet werden, um sicherzustellen, dass die Power-Anforderungen erfüllt werden.

Wearables benötigen eine leistungsfähige Hardware, die die Integration von Multicore-Prozessoren in die Platzverhältnisse von Wearables unterstützt. Diese Multicore-Prozessoren beinhalten neben den Mikrocontrollerkernen noch Anwendungskerne für energieeffizienten Betrieb. Systemarchitekturen beginnen, heterogene Betriebsumgebungen auf diesen heterogenen Multicore-Prozessoren ablaufen zu lassen.

Betriebssysteme können eine Mischung aus Allzweck-Betriebssystemen wie Linux oder Android enthalten, die neben einem Echtzeitbetriebssystem (Real-time Operating System, RTOS) wie das Nucleus RTOS oder sogar Bare-Metal-Umgebungen laufen.

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