Fyysisen ja digitaalisen maailman sulautuessa käytämme sulautettuja ratkaisuja yhä enemmän. Tämä artikkeli kertoo sulautettujen järjestelmien markkinoiden tämänhetkisistä suuntauksista sekä mitä on odotettavissa vuonna 2025.
SULAUTETTUJEN JÄRJESTELMIEN MARKKINOIDEN TRENDIT
Maailmanlaajuisten sulautettujen järjestelmien markkinoiden odotetaan jatkavan tasaista kasvua vuonna 2025 ja sen jälkeen samaan tapaan kuin viimeiset kolme vuosikymmentä. Maailmanlaajuisten markkinoiden odotetaan kasvavan keskimäärin 4-7 prosenttia vuodessa (GAGR) vuosina 2024-2031. Tuoreiden markkinatutkimusten mukaan tällä kasvuvauhdilla maailmanlaajuisten sulautettujen järjestelmien markkinoiden odotetaan olevan 161-210 miljardia dollaria (145-189 miljardia euroa) vuosina 2030-2031
Tärkeimmät kasvun alat ovat esineiden Internet (IoT), autoteollisuus ja teollisuuselektroniikka. Sulautettujen sovellusten suunnittelussa on useita trendejä, jotka vauhdittavat kasvua. Tässä katsaus tärkeimpiin sulautettujen järjestelmien kehityksen trendeihin.
Hyvin moni nykypäivän sulautettu järjestelmä on yhdistetty verkkoon ja pilvipalveluihin. Sulautetut järjestelmät yhdistetään tietoverkkoihin yleisimmin langallisella Ethernet-yhteydellä tai langattomalla yhteydellä, kuten Wi-Fi, BLE, 4G tai 5G. Erilaiset verkkoteknologiat, laitteisiin integroidut viestintäprotokollat ja kyberturvallisuusominaisuudet johtavat siihen, että sulautetuista järjestelmiä pitää kehittä yhä monimutkaisemmiksi.
Toinen merkittävä trendi on tehdä enemmän vähemmällä. Uusien laitteiden odotetaan tarjoavan enemmän toimintoja ja toimivan nopeammin kuin edeltäjänsä, samalla kun ne kuluttavat vähemmän energiaa ja ne ovat edullisempia valmistaa. Uutta tuotetta suunniteltaessa sen tulisi olla tehokkaampi, luotettavampi, valmistuksen tulisi maksaa vähemmän ja laitteen kuluttaa vähemmän energiaa. Lisäksi tuotteet tulee suunnitella niin, että niiden tuotanto onnistuu ilman ongelmia koko suunnitellun elinkaaren ajan.
Käyttöliittymät (HMI) on tärkeä osa nykyaikaisten järjestelmien käytettävyyttä. Nykyään ihmiset ovat tottuneet älypuhelintyyppisiin helppokäyttöisiin kosketuksella ohjattaviin värillisiin käyttöliittymiin, joten nyt myös teollisuussovelluksiin halutaan värillisiä graafisia käyttöliittymiä. Tyypillisiä tapoja toteuttaa käyttöliittymä, on tehdä mobiililaitteessa toimiva käyttöliittymä (sovellus tai web) tai suunnitella laitteeseen integroitu värillinen tarkka graafinen näyttö.
Tietoverkkoihin kytkettyjen laitteiden turvallisuus on yhä tärkeämpää, koska verkkoon kytkettyihin laitteisiin kohdistuvien hyökkäysten määrä lisääntyy jatkuvasti. Kaikki verkkoon liitetyt tietojärjestelmät ovat alttiita erilaisille verkkohyökkäyksille ja tietoturvariskeille. EU on reagoinut kyberturvallisuusriskeihin säätämällä joukon uusia kyberturvallisuusmääräyksiä, jotka tulevat voimaan lähivuosina.
Kyberturvallisuuden haasteiden lisäksi tulee ymmärtää ESG (Environmental, Social and Governance) ja siihen liittyvät määräykset. On mietittävä, kuinka tuotteet ja palvelut edistävät kestävää kehitystä.
Avoin lähdekoodi on erittäin hyödyllinen useissa sulautetuissa sovelluksissa, mutta se ei ole oikea vastaus kaikkeen eikä sen käyttö ole täysin ongelmatonta. Avoimen lähdekoodin avulla monet asiat voidaan toteuttaa helposti, mutta järjestelmän ylläpito voi osoittautua ongelmaksi. Esimerkiksi tietoturva-aukkojen ja haavoittuvuuksien korjaaminen voi olla haastavaa.
Sulautettujen järjestelmien kehittämisen työkalut
Ohjelmointikielen valinta on erittäin tärkeää. Ohjelmointikielen valinta voi määrittää projektin tehokkuuden ja onnistumisen. Sulautetun järjestelmän kieltä valittaessa on tärkeää ottaa huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien kohdelaitteiston yksityiskohdat ja sovellusohjelmiston vaatimukset.
Sulautettujen järjestelmien ohjelmoinnissa käytetään laajasti vain suhteellisen pientä määrää ohjelmointikieliä, koska usein on erityisiä vaatimuksia, kuten resurssien vähäinen käyttö ja matalan tason pääsy järjestelmän piirien ominaisuuksiin.
Suurin osa sulautettujen järjestelmien kehityksestä tapahtuu tällä hetkellä C ja C ++ -kielillä niin käyttöjärjestelmien että sovellusohjelmistojen osalta. C on suosituin ohjelmointikieli ohjelmistoalalla sulautettujen laitteiden kehittämisessä. C-kielen avulla voidaan luoda tehokasta koodia, joka pystyy käyttämään sulautettujen järjestelmien rajallisia resursseja tehokkasti.
C ++ on myös paljon käytetty ohjelmointikieli sulautettujen järjestelmien ohjelmoinnissa, mutta ei yhtä suosittu kuin C. C++ on suorituskykyinen ja joustava. C++ ohjelmointikielen olio-ohjelmointiominaisuudet tekevät siitä erinomaisen valinnan monimutkaisten sulautettujen järjestelmien ohjelmointiin.
Pythonin yksinkertaisuus ja monipuoliset ominaisuudet tekevät siitä sopivan kielen sulautetuissa järjestelmissä toimivan sovellusohjelmiston kirjoittamiseen. Python on suosittu kieli, joka tunnetaan helposta kirjoitettavuudesta ja helposti luettavasta koodaustyylistä. Lisäksi Pythonilla koodaaminen auttaa ohjelmakoodin virheiden vähentämisestä sekä virhetilanteiden käsittelyssä. Vaikka Python tarjoaa monia etuja sulautettujen järjestelmien sovellusohjelmistojen kehittämiselle, joitain rajoituksia on otettava huomioon, esimerkiksi suorituskyky ja muistin hallinta. Pythonia käytetään usein Linux-käyttöjärjestelmässä toimivissa sulautetuissa järjestelmissä.
Kuva 1: Tärkeimpien ohjelmointikielten suosio sulautettujen järjestelmien kehittämisessä ja yleisessä ohjelmoinnissa
Tämä lista voi muuttua jonkin verran tulevaisuudessa, koska esim. Yhdysvalloissa halutaan sääntelyn avulla siirtyä pois C- ja C++-ohjelmointikielistä, koska muistiongelmat C-kielillä kirjoitetuissa ohjelmissa ovat usein syynä tietomurtoihin. Muistiturvalliset kielet, kuten Rust, ovat tulossa käyttöön turvallisuuskriittisiin sovelluksiin. Ohjelmointikielten vaihto voi kuitenkin olla haastavaa, koska tällä hetkellä C ja C++ hallitsevat sulautettujen järjestelmien sovellusten ohjelmointia niin olemassa olevan koodin kuin työkalutuen osalta.
Kyberturvallisuus
Maailmassa, jossa lähes kaikki on verkottunut, hyvä kyberturvallisuus on erittäin tärkeää. Heikot tietoturvaratkaisut voivat johtaa suuriin riskeihin, joista voi pahimmassa tapauksessa olla vakavia seurauksia yrityksille, loppukäyttäjille ja ympäristölle.
Tietoverkkoihin kytkettyjen laitteiden turvallisuus on yhä tärkeämpää ja sulautettuihin järjestelmiin kohdistuvien hyökkäysten määrä lisääntyy. Järjestelmiä häiritsevien verkkohyökkäysten määrä EU-alueella on kaksinkertaistunut keväällä 2024 kiristyneen maailmantilanteen vuoksi. Nykyaikaisissa sulautetuissa järjestelmissä tarvitaan kyberturvaominaisuuksia, kuten salattua viestintää, etäpäivitystä, keskitettyä hallintaa ja suojattua käynnistystä.
Sulautettuihin järjestelmiin liittyvän sääntelyn lisääntyminen vaikuttaa EU:n sulautettuihin järjestelmiin voimakkaasti lähivuosina. Kyberturvallisuusdirektiivi (NIS2-direktiivi) on suunniteltu suojelemaan yhteiskunnan kriittisiä toimintoja. Tuotteiden tietoturvaa edellyttävä Cyber Resilience Act (CRA) koskee kaikkia digitaalisen teknologian tuotteita, kuten Internetiin kytkettyjä laitteita ja ohjelmistoja. Päivitetty radiolaitedirektiivi (RED 2) sisältää radiotekniikkaan liittyvien vaatimusten lisäksi myös koko laitteen kyberturvallisuutta koskevia vaatimuksia.
Sulautettujen järjestelmiä koskevat tärkeimmät kyberturvallisuusstandardit ovat IEC 62443 ja ETSI EN 303 645. Niiden avulla voidaan osoittaa, että sulautetulla laitteella on riittävä kyberturvallisuustaso. ETSI EN 303 645 määrittelee kuluttajien IoT-laitteiden kyberturvallisuuden perusvaatimukset. IEC 62443 kattaa automaatio- ja ohjausjärjestelmien kyberturvallisuuden.
Nykyään suuri osa Internet-liikenteestä on salattua. Salattu viestintä on viestien tai tietojen välittämistä suojatussa muodossa, jota vain valtuutetut osapuolet voivat lukea. Kaikki luottamuksellisia tietoja sisältävä data tulee välittää salatun yhteyden yli, tämä koskee tietoja kuten salasanat, luottokorttien numerot, henkilökohtaiset tiedot ja niin edellen. Tyypillisiä sulautettujen järjestelmien kanssa käytettyjä salattuja yhteyksiä ovat HTTPS, SSH ja VPN.
Useiden tunnistusmenetelmien yhtäaikainen käyttö (MFA) on lisääntynyt viime vuosina, koska pelkän salasanan käyttöä ei pidetä riittävän turvallisena nykypäivän työssä. Sulautettujen järjestelmien MFA-käyttäjätunnistus rakennetaan tyypillisesti käyttämällä apuna keskitettyjä tunnistuspalvelimia, jotka tukevat useita tunnistustapoja.
Viestinnän salaaminen ja kehittyneet todennusmenetelmät ovat monimutkaisia toimintoja, jotka lisäävät laitteessa suoritettavan ohjelmistopinon monimutkaisuutta. Lisäksi tietojen salaaminen ja salauksen purkaminen kuluttaa laitteen prosessorin laskentaresursseja sekä voi tuoda lisäviivettä tietoliikenteeseen.
Jotta kentällä olevien sulautettujen laitteiden ohjelmistot pysyvät ajan tasalla ja mahdolliset haavoittuvuudet voidaan korjata, tarvitaan luotettava mahdollisuus päivittää laitteissa olevat ohjelmat etänä verkon yli. Etäpäivitysprosessin tulee luotettava ja mahdollista suorittaa nopeasti, kun päivitykselle on tarvetta. Automatisoitu keskitetty hallinta on usein tarpeen, jotta kentällä olevissa laitteissa olevat ohjelmistot voidaan pitää jatkuvasti ajan tasalla.
Laitteille on suunniteltava hallintaprosessit niiden koko elinkaaren ajaksi. Elinkaaren hallintaan tulisi kuulua laitteiden käyttöönotto, niiden asetusten turvallinen hallinta, ohjelmistojen ajan tasalla pitäminen, haavoittuvuuksien hallinta ja laitteiden käytöstä poisto tietoturvallisesti.
Convergens
CVG Convergens tarjoaaa palveluita sulautettujen järjestelmien kehittämiseen liiketoimintatason analyysistä toteutettuun ja markkinoille saatettuun tuotteeseen ja toteutuneeseen lisäarvoon asti. Meillä on vankka kokemus sekä ohjelmisto- että fyysisistä laitteistoratkaisuista.
Tämä artikkeli perustuu Tomi Engdahlin esitykeen “Custom vs off-the-shelf – perspectives for 2025” Embedded Conference Finland 2024 -tapahtumassa.