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Design de firmware incorporado

A realização de testes do sistema garante que o produto atenda ou exceda os requisitos especificados

O design de firmware incorporado, incluindo testes de sistema, garante que o produto exceda os requisitos especificados

Seguimos um processo de cinco etapas no design do firmware

Nos últimos anos, passamos um tempo significativo consultando e treinando equipes de desenvolvimento de software. Também desempenhamos um papel essencial no desenvolvimento de firmware para produtos e linhas de produtos bem-sucedidos e duradouros.

Dominar a criação de uma arquitetura de firmware robusta e a rearquitetura simultânea de software legado pode ser um processo desafiador e demorado.

No entanto, simplificamos essa jornada em cinco etapas distintas, servindo como base para orientar nossa equipe a começar da maneira certa.

Etapa 1: Determine as especificações necessárias.

Requisitos claros são cruciais antes de iniciar o projeto arquitetônico de um sistema embarcado ou de seu firmware. Requisitos definidos com precisão descrevem os atributos e qualidades necessários de um produto.

O que o produto oferece ao usuário? É essencial observar que um requisito bem elaborado concentra-se no “o quê”, evitando detalhes sobre o “como” realizar um determinado recurso dentro de um contexto mais amplo.

Cada declaração de requisitos deve possuir clareza e testabilidade para garantir que seja facilmente compreendida e verificável. Uma declaração clara é concisa e direta, não exigindo mais explicações.

O elemento chave é a testabilidade. Um requisito bem escrito permite a fácil criação de uma coleção de testes para verificar se o requisito foi atendido.

Um conjunto completo de requisitos consiste em declarações escritas que começam com a frase-chave “o [produto] deve...”.

Estas declarações evitam especificar detalhes de implementação, garantindo que permaneçam claras, inequívocas e testáveis. Como resultado, uma arquitetura robusta depende de requisitos bem definidos.

Passo 2: Diferenciar entre arquitetura e design

Com o tempo, observamos que muitos engenheiros e seus gerentes lutam para diferenciar os vários componentes ou níveis de engenharia de firmware.

A arquitetura do sistema é a camada superior da funcionalidade do produto. Essa camada define características de longa duração, dificultando sua troca. Como resultado, é importante avaliar minuciosamente as finalidades direcionadas e aprovadas do produto.

O design do sistema serve como camada intermediária de implementação. É importante observar que a arquitetura não inclui as especificidades dos nomes de funções ou variáveis. Esses detalhes estão documentados no documento de design do firmware.

Exemplos desses detalhes incluem nomes de tarefas e responsabilidades associadas em subsistemas ou drivers de dispositivos designados, a marca RTOS selecionada (se aplicável) e especificações de interface entre subsistemas.

A implementação é a etapa mais detalhada do processo. Interfaces claras estabelecidas durante a fase de projeto permitem que os engenheiros executem simultaneamente peças de componentes individuais.

A importância destes desafios pode diferir em vários setores, mas envolvem consistentemente três obstáculos cruciais que requerem atenção cuidadosa: cumprir prazos apertados, realizar testes exaustivos e gerir eficazmente a diversidade. Abordar essas preocupações representa as três últimas etapas.

Etapa 3: gerenciamento de tempo

As especificações do produto incluirão prazos. Normalmente, os produtos têm uma combinação de requisitos de tempo não real, de tempo real suave e de tempo real rígido.

Estabelecer prazos flexíveis muitas vezes pode ser um desafio. Uma vez definidos os prazos, o primeiro passo é fazer a transição do maior número possível de requisitos de pontualidade do software para o hardware.

Manter uma distinção clara entre a funcionalidade em tempo real e o restante do software é de grande valor por dois motivos. Em primeiro lugar, simplifica o design e a implementação do software não em tempo real.

A segregação dos requisitos de pontualidade do corpo principal do software permite que implementadores menos experientes criem códigos que não coloquem em risco a segurança do usuário.

A combinação da funcionalidade em tempo real também simplifica a análise necessária para comprovar o cumprimento dos prazos.

Etapa 4: Design Orientado a Testes

O teste é crucial para todo sistema embarcado. A realização de testes em vários níveis é obrigatória e altamente importante. Os principais níveis de teste compreendem:

1. Os testes do sistema verificam se o produto atende ou excede os requisitos especificados. Normalmente, os testes devem ser desenvolvidos fora do departamento de engenharia, mas também podem ser integrados a um conjunto de testes criado por engenheiros.

2. Os testes de integração verificam se um grupo específico de subsistemas, conforme definido nos diagramas de arquitetura, interage com precisão para produzir resultados significativos. A abordagem mais eficaz para desenvolver testes de integração geralmente é liderada por uma equipe de testes ou por um especialista em engenharia de software.

3. Os testes unitários confirmam que os componentes de software designados, especificados no design intermediário, estão operando conforme pretendido pelo desenvolvedor.

Os testes unitários avaliam a API pública (Application Programming Interface) que o componente apresenta para outros elementos. O ideal é que os desenvolvedores criem testes de unidade para seu próprio código para maximizar sua eficácia.

Entre os três, os testes de sistema são normalmente os mais simples de desenvolver. Um teste de engenharia ou de aceitação de fábrica pode exigir a criação de um equipamento de teste, mas isso geralmente é menos complexo do que os testes de integração e de unidade, que exigem uma compreensão mais profunda das operações internas do dispositivo.

Para simplificar o desenvolvimento, o uso e a manutenção de testes unitários e de integração, é benéfico estruturar o firmware em alinhamento com uma estrutura de teste de software. A estratégia ideal é projetar a comunicação entre todos os elementos de software nos níveis que serão testados.

Etapa 5: Prepare-se para a mudança

Durante a fase de arquitetura do firmware, é crucial priorizar o tratamento da diversidade de recursos e das personalizações do produto. Para se preparar para possíveis mudanças, é essencial compreender os tipos de alterações que podem ocorrer no seu produto específico.

Estruture o firmware de uma forma que simplifique a implementação dessas alterações. Com uma arquitetura de software apropriada, o gerenciamento da diversidade de recursos pode ser alcançado por meio de uma única construção de software que utiliza opções de comportamento em tempo de compilação e/ou tempo de execução dentro do firmware.

Da mesma forma, uma arquitetura mais forte facilita a integração de novos recursos sem comprometer a funcionalidade do produto.


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