Лучшие инструменты для разработки встроенного программного обеспечения

Встроенные системы окружают нас во всех сферах нашей жизни. Они присутствуют практически в каждом бытовом устройстве и являются неотъемлемой частью любой отрасли.

Встроенные системы представляют собой комбинацию аппаратного и программного обеспечения, которая обеспечивает выполнение определенных функций управления в рамках более крупной системы.

Разработка встроенного программного обеспечения отличается от традиционной, поскольку встроенные системы сталкиваются с рядом специфических проблем в процессе своей работы. Они должны быть стабильными, надежными и готовыми предоставлять ответы в реальном времени на изменения в окружающей среде.

К счастью, существует множество фреймворков и инструментов, которые упрощают работу разработчиков и делают встроенное программное обеспечение более производительным и отзывчивым. В этой статье представлены лучшие IDE, фреймворки и инструменты для разработки встроенного программного обеспечения.

Что такое встраиваемое программное обеспечение?

Встроенная система — это элемент, интегрированный в аппаратное обеспечение для управления некоторыми его функциями. Кроме того, она является неотъемлемой частью Интернета вещей (IoT).

Встроенные системы применяются в таких отраслях, как телекоммуникации, электроника, автомобилестроение, медицина и других.

Программное обеспечение для встроенных систем — это особый тип программирования для устройств, не являющихся компьютерами. Оно может иметь разную степень сложности, которая зависит от назначения и уровня развития встроенной системы.

Встроенное программное обеспечение всегда разрабатывается для конкретного устройства, на котором оно будет работать, и имеет фиксированный набор функций и возможностей.

Среды разработки (IDE) для встраиваемого ПО

Интегрированная среда разработки позволяет экономить время и средства на разработку встраиваемого программного обеспечения, поскольку все необходимые инструменты для разработки собраны в одном месте.

Список самых популярных IDE для встраиваемой разработки включает в себя следующее:

• Visual Studio – популярная интегрированная среда разработки от Microsoft. Использует Visual C++ для создания, редактирования и отладки встраиваемого программного обеспечения.
• Eclipse – хотя основным языком программирования в Eclipse является Java, благодаря плагинам IDE поддерживает работу с C, C++, Python и другими языками. Eclipse предлагает передовые решения для быстрой и эффективной разработки встраиваемых систем.
• NetBeans – несмотря на то, что NetBeans является IDE с открытым исходным кодом, ориентированной на Java-разработчиков, она также предлагает инструменты для PHP и C/C++. Разработчики выбирают NetBeans за удобное редактирование кода, отладку и поддержку различных языков программирования.
• PyCharm – эта среда изначально создана для Python, но поддерживает кроссплатформенную разработку. PyCharm предлагает удобное управление проектами, расширенные инструменты тестирования, подсветку ошибок и другие полезные функции.

Фреймворки и инструменты для встраиваемой разработки

Существует множество фреймворков и инструментов для разработки встраиваемых систем, некоторые из наиболее популярных из них включают в себя:

• Arduino – Это открытая платформа, включающая как аппаратную, так и программную часть, известная своей доступностью и широкой популярностью среди любителей, преподавателей и специалистов. Arduino предоставляет удобный интерфейс для программирования микроконтроллеров, а активное сообщество разработчиков непрерывно расширяет и совершенствует её экосистему.
• Raspberry Pi – серия компактных и доступных одноплатных компьютеров, которые используются в самых разных проектах — от умного дома до робототехники. Raspberry Pi совместим с различными операционными системами, включая Linux, и имеет активное сообщество разработчиков, которое разрабатывает для него как программные, так и аппаратные решения.
• STM32 – это серия микроконтроллеров от компании STMicroelectronics, ведущего игрока на рынке встраиваемых систем. STM32 обладает высокой гибкостью, поддерживает широкий спектр периферийных интерфейсов и коммуникационных протоколов, что делает его популярным для разнообразных задач.
• ARM mbed – бесплатная платформа с открытым исходным кодом для разработки встраиваемых систем на базе микроконтроллеров ARM. mbed предлагает онлайн-компилятор, готовые платы для разработки и библиотеки для работы с популярными периферийными устройствами и протоколами связи.
• FreeRTOS – это компактная операционная система реального времени (RTOS), разработанная для встраиваемых систем. Она предоставляет гибкую и экономичную платформу для управления задачами и распределения ресурсов, а активное сообщество разработчиков постоянно совершенствует и поддерживает проект.
• JTAG – это стандартный интерфейс для отладки и программирования встраиваемых систем. С его помощью можно получить доступ к аппаратным компонентам устройства и управлять ими. JTAG широко используется в профессиональной разработке.
• Keil MDK – комплексная среда разработки для микроконтроллеров на базе архитектуры ARM. В состав Keil MDK входит интегрированная среда разработки (IDE), отладчик, а также обширная библиотека примеров и готовых программных компонентов.
• MPLAB X – это бесплатная среда разработки с открытым исходным кодом для микроконтроллеров компании Microchip Technology. MPLAB X поддерживает различные языки программирования, включая C и ассемблер, а также включает в себя встроенные инструменты для отладки и симуляции.

Фреймворк Qt

Qt — это кроссплатформенный фреймворк, который использует язык C++ для разработки веб-, мобильных, настольных и встраиваемых приложений. Это один из самых популярных фреймворков для создания встраиваемых решений — как с пользовательским интерфейсом, так и без него. Qt особенно выделяется своими возможностями по созданию удобных, интуитивно понятных интерфейсов, ориентированных на конечного пользователя.

Разработчики получают в свое распоряжение обширный набор инструментов, включая богатые библиотеки, интуитивно понятные API и широкую техническую поддержку. Кроме того, у Qt есть собственная интегрированная среда разработки — Qt Creator, которая работает на Android, Linux, Windows, macOS и некоторых других системах.

Специально для встраиваемых систем в экосистеме Qt существует отдельная платформа — Qt for Embedded Linux. Она включает все необходимые инструменты и библиотеки для создания приложений, которые могут работать на самых разных встраиваемых устройствах — от одноплатных компьютеров до микроконтроллеров и специализированного оборудования.

Особенности Qt:

• Разделение функций. Qt использует два разных языка программирования: C++ для бэкэнда и Qt Meta Language (QML) для создания интерфейсов. Такой подход позволяет четко разделить логику приложения и его визуальную часть.
• Qt Design Studio. Этот инструмент от Qt позволяет разработчикам импортировать макеты из популярных дизайнерских программ прямо в Design Studio с помощью QML. Это значительно ускоряет процесс разработки интерфейсов.
• C++. Использование C++ открывает доступ к огромному количеству готовых библиотек, что позволяет сократить время разработки и повысить производительность встраиваемых приложений.
• Отладка на устройстве. Qt позволяет подключить устройство к компьютеру и сразу запускать на нем приложение или проводить отладку в реальном времени.

Qt предлагает мощную и гибкую платформу для разработки встраиваемых систем, особенно если речь идет о сложных интерфейсах и мультимедийных функциях.

Благодаря поддержке широкого спектра оборудования и множеству встроенных возможностей, Qt остается одним из самых популярных инструментов для создания встраиваемых решений — от систем умного дома до промышленной автоматизации и автомобильных приложений.

Android Studio

Android Studio — это официальная интегрированная среда разработки (IDE) для приложений на Android. Она предлагает разработчикам множество преимуществ, включая удобную отладку прямо на устройстве, прозрачное развертывание на целевой платформе, мощные инструменты для анализа производительности и многое другое.

Возможности Android Studio, полезные при разработке встраиваемых систем:

• Поддержка сразу нескольких языков программирования — Java, Kotlin, C++.
• Визуальный редактор интерфейсов, который позволяет быстро создавать удобные UI.
• Интеграция с Android SDK, включающим библиотеки и инструменты для работы с функциями Android.
• Встроенные средства отладки, включая дебаггер и профайлер для анализа производительности.
• Поддержка систем контроля версий, например, Git.
• Совместимость с широким спектром устройств — от эмуляторов до реального оборудования.
• Интеграция с Google Play, что позволяет не только разрабатывать приложения, но и сразу публиковать их и монетизировать.

Хотя Android Studio создавалась в первую очередь для мобильной разработки, она также подходит для создания приложений для встраиваемых устройств, работающих под управлением Android — таких как смарт-ТВ, ТВ-приставки или устройства интернета вещей (IoT). Однако при этом разработчикам нужно учитывать специфику таких устройств — отличия в “железе”, форматах экранов и способах управления.

Заключение

Встраиваемые системы стали неотъемлемой частью современной жизни. Они позволяют нам пользоваться технологическими новинками не только в специализированных отраслях, но и в повседневной жизни.

Однако разработка программного обеспечения для встраиваемых систем — это сложный и многоуровневый процесс. Именно поэтому так важно выбирать правильные фреймворки и инструменты, которые помогут ускорить разработку и упростить работу с таким ПО.

Чтобы выбрать подходящее решение для вашего проекта, нужно учитывать, на каком устройстве будет работать система, какие функции должны быть реализованы и какие ограничения накладывает сама платформа.

Учитывая все эти факторы, выбор нужных инструментов станет гораздо проще, а итогом станет успешная разработка встраиваемого программного обеспечения.