Vad är IoT

Vad är Embedded Technology?
Idag är det mera regel än undantag att apparater har inbyggda datorer. Allt oftare kommunicerar dessutom prylarna med varandra eller med smarta telefoner och intelligenta molntjänster. Internet of Things är idag en realitet. Vi tar här en titt på de “osynliga” datorer som finns överallt och på de halvfabrikat som kan användas i konstruktionsarbetet.

När du sitter framför din dator har du egentligen en enda “riktig” dator och ett antal “osynliga” datorer framför dig. De osynliga finns i tangentbordet, i bildskärmen, i kameran, i skrivaren, i musen, i scannern, i bredbandsroutern och förmodligen i en rad andra prylar på bordet. Sannolikt har du dessutom en smart mobiltelefon i fickan eller på bordet. Den innehåller ett förvånansvärt stort antal datorer. Alla de här prylarna kommunicerar på ett eller annat sätt.

När du sätter dig framför TV-apparaten gäller samma sak. Moderna TV-apparater och fjärrkontroller är fulla av datorer och samma sak gäller all annan video- eller audioutrustning. Och vi skall bara inte tala om de moderna intelligenta högtalarna som förstår vad vi säger (ibland).

När du går ner i köket för att fixa en kopp kaffe är du omgiven av datorer. De finns i kylskåpet, i frysskåpet, i mikrovågsugnen, i diskmaskinen, i den elektroniska vågen, i spisen, i hushållsassistenten, i kaffebryggaren och i en rad andra hushållsapparater. Tillverkarna gör nu sitt bästa för att övertyga oss om att de olika hushållsapparaterna dessutom bör vara uppkopplade mot Internet.

Samma sak gäller i bilen. En något så när modern bil har ett trettiotal eller fler datorer på olika ställen. De styr motorn, centrallåset, larmsystemet, navigeringssystemet, belysningen och en rad andra mer eller mindre nödvändiga funktioner. I de mest avancerade bilarna är de olika datorerna trådlöst uppkopplade mot automatiska uppdateringstjänster.

På kontoret och i industrin har datoriseringen kommit mycket långt. Datorer, kopiatorer, frankeringsmaskiner, inpasseringssystem och larmsystem innehåller datorer. Detsamma gäller industrirobotar, verkstadsmaskiner och i stort sett allt som är kopplat till en produktionslina.

Vi är alltså totalt omgivna av datorer, men bara ett fåtal av dem går att känna igen som traditionella datorer. Bara några promille av de mikroprocessorer (den centrala komponenten i nästan alla datorer) som säljs används för att tillverka traditionella datorer. Resten sitter mer eller mindre osynliga i och styr i stort sett allting. De är inbyggda i något annat och det hela kallas därför ofta inbyggd teknik eller embeddedteknik. Det engelska uttrycket Embedded Technology är numera vanligt.

Grafiska användargränssnitt

Om man jämför en modern apparat, vilken som helst, med motsvarande apparat för trettio eller fyrtio år sedan märker man minst en stor skillnad. På den tiden fanns oftast en direkt koppling mellan användargränssnittet, alltså knappar och vred, och de operationer som apparaten gjorde. Programverket i tvättmaskinen klickade till exempel fram en rad operationer i en sekvens.

Ibland var det här vettigt, men det blev svårt när man ville göra mer avancerade operationer eller optimera processer. Programmen i en modern tvättmaskin är till exempel många fler och mycket mer avancerade och optimerade än vad som var möjligt med gamla tiders elektromekaniska programverk. Med några inbyggda mikrodatorer går det dessutom att styra motorerna på ett helt annat sätt än förr, med mjukstart och varierande rotationshastighet i olika programdelar.

Med bra grafiska gränssnitt går det att förenkla användningen trots att funktionerna blivit mycket mer komplicerade. Gränssnittet kan fokusera på vad som skall göras i stället för på hur det görs. Att många tillverkare av TV-apparater, mikrovågsugnar och tvättmaskiner ändå kan misslyckas med att göra vettiga användargränssnitt kan vi inte lasta tillverkarna av mikroprocessorer för.

Embedded i allting

I dag kan man i stort sett säga att det finns en inbyggd dator och styrelektronik i alla apparater som har någon nämnvärd komplexitet. Det gäller förstås inte sådant som järnspett, hammare och köksknivar, men annars är det inte mycket som är undantaget. Titta till exempel på vanliga mätinstrument som skjutmått och måttband eller verktyg som borrmaskiner och slipmaskiner.

Genom att styra de grundläggande funktionerna med elektronik i stället för mekanik blir det mycket lättare att ta fram nya varianter med nya arbetssätt. Dessutom blir det mycket lättare att anpassa användargränssnittet till olika marknader och olika regler. Att kunna öka sin marknad och bredda sitt produktutbud brukar anses positivt. Och ibland kan man behöva ta nya steg bara för att slippa bli utkonkurrerad.

Internet of Things

Idag styrs de flesta apparater av inbyggd elektronik. Allt fler apparater tar också steget ut på Internet. Först ut var apparater för fjärravläsning och övervakning, men ibland räcker det med möjligheten till fjärrdiagnostik och fjärruppgradering för att det skall vara värt att lägga till en Internetanslutning. “Självklarheter” som läskedrycksautomater och skrivare som beställer påfyllning kan förbättra och förbilliga logistik.

Den stora trenden idag är nog ändå att dra nytta av molntjänster. Som tillägg till att “bara” mäta temperatur, vattenförbrukning, elförbrukning och annat blir det möjligt att få statistik, trender och rekommendationer. Nya prylar som smarta högtalare och smarta leksaker kan använda molntjänster för taligenkänning och koppling till sökfunktioner. Pulsmätare och stegmätare förfinas till tjänster som ger hälsorekommendationer och varningar baserade på data från stora populationer.

Om det inte vore ett så uttjatat och hopplöst uttryck skulle man kunna säga att “det är bara fantasin som begränsar”. Men det är faktiskt så att begränsningarna sällan är tekniska. Det mesta är möjligt att göra, problemet är att komma på vad som skall göras. Och vinsten för den som kommer på något som verkligen får genomslag är stor.

Verktyg och halvfabrikat

Hur bär man sig då åt för att bygga och programmera de inbyggda datorerna? Det skiljer sig kraftigt från företag till företag och bransch till bransch. Gemensamt för alla är att de behöver en eller flera mikroprocessorer, styrelektronik för in- och utenheter och programvara till processorn/processorerna. I mera avancerade system behövs någon form av operativsystem för att hålla ordning på den applikationsspecifika programvaran.

För tillverkare av mobiltelefoner eller handdatorer har det aldrig funnits ett val. Där är elektroniken huvuddelen av produkten och företagen är i grunden elektronikföretag. De mycket stora volymerna gör också att man ofta använder egenutvecklade kretsar där mikroprocessorn ligger som ett byggblock. Ofta har företagen tidigare utvecklat egna operativsystem, men där går man numera samman i standardiserade operativsystem som Android och Linux.

I fordonstillämpningar kom länge elektroniken in “i efterskott”, men så är det inte längre. Idag utvecklas fordonselektroniken snarare före resten av fordonet. Däremot gäller fortfarande att kraven på miljötålighet är stora och att buggar i programmen kan bli fruktansvärt dyra. Det läggs stora resurser på arbetet med säkra operativsystem och säkerhetsstandarder för hård- och mjukvara, samtidigt som det är viktigt att kunna använda standardprodukter.

I industrisystem och i telekomsystem används ofta halvfabrikat. Flexibla kortsystem och operativsystem gör att man inte behöver börja om från början varje gång. Samtidigt bröts för ganska många år sedan den tidigare  trenden mot mycket stora och avancerade kortsystem av typen Advanced TCA (ATCA). Idag ser vi betydligt mer av kompletta enkortsdatorer som kan kompletteras med I/O-funktioner.

Vi ser också hur generella operativsystem har tagit stora marknadsandelar. Till och med industrisystem är numera ofta baserade på Linux, snarare än traditionella realtidsoperativsystem. Men i många tillämpningar är fortfarande RTOS ett krav och det finns gott om både kommersiella och fria RTOS-varianter.

Embedded överallt

När vi 2003 drog igång tävlingen “Swedish Embedded Award” sågs fortfarande embeddedteknik som lite av ett specialområde för industri och telekom. Så är det definitivt inte idag. Inbäddad elektronik finns precis överallt och är en självklarhet inom all produktutveckling.

Många av trenderna från 2003 gäller fortfarande, men de har också kompletterats med en hel del nya. IoT, Internet of Things, är naturligtvis en jättetrend, där uppkoppling till Internet och molntjänster drar med sig ett stort antal nya och intressanta utmaningar. Inte minst gäller det säkerhetstänkandet och möjligheten till säker kommunikation. Här går utvecklingen mycket snabbt idag.

Låg energiförbrukning är en annan av supertrenderna. Sensorer måste kunna drivas i åratal av ett litet batteri eller – ännu bättre – kunna skörda energi från omgivningen. Också här går utvecklingen snabbt.

Och förstås AI, artificiell intelligens. Här går utvecklingen snabbare än på något annat område och vi ser massor av embeddedsystem med inbyggd AI eller uppkoppling till molnbaserad AI (eller en kombination).

Framtiden för Embedded Technology ser minst sagt intressant ut.

Av Göte Fagerfjäll/Elektronik i Norden