Quais são as principais ferramentas para desenvolver software embarcado?

O software ou firmware incorporado é o cérebro de um dispositivo incorporado. Porém, esse tipo de software funciona de maneira diferente dos convencionais em PCs ou dispositivos móveis — que são genéricos e funcionam de forma idêntica nesses sistemas operacionais. O software do PC é executado sem acessar diretamente o hardware subjacente.

O propósito do software embarcado funciona em contraste, por assim dizer, porque é escrito explicitamente para um tipo de hardware. Os programas são normalmente exclusivos e específicos para um dispositivo ou produto. O software incorporado é o único software em execução no dispositivo. Essencialmente, é o código de máquina final que acessa diretamente o controlador ou processador subjacente e os periféricos integrados e/ou conectados. O software embarcado dá vida ao hardware, definindo a finalidade do dispositivo.

O software incorporado inclui linguagens de programação de alto nível compiladas em código de máquina que é carregado na memória do microcontrolador ou processador alvo. Embora “C” seja o mais comum (mais de 80% do software embarcado é escrito em C), várias outras linguagens como Python, Java, JavaScript, C++, Verilog, Rust e linguagens assembly de baixo nível também são usadas.

As ferramentas de desenvolvimento de software — que integram o código em dispositivos embarcados — incluem um editor de código, vinculador, depurador e compilador/assembler.

O editor de código escreve e edita o código-fonte do software incorporado. Isso normalmente inclui uma coleção de vários módulos ou arquivos. Por exemplo, o código principal pode contar com múltiplas bibliotecas ou arquivos de cabeçalho para implementar lógica específica de tarefa. O vinculador combina o código principal e todas as dependências em uma unidade executável. O depurador garante que não haja erros sintáticos ou lógicos no código. O compilador ou montador converte o código-fonte no código de máquina implementável final, convertendo-o diretamente em código de máquina. O montador interpreta o código linha por linha e primeiro converte o código-fonte em um código-objeto.

Se não houver erros no código, o código-objeto será finalmente convertido em um código de máquina executável final. Neste artigo, exploraremos as principais ferramentas de desenvolvimento de software disponíveis para o desenvolvimento de software embarcado.

Arduíno
Arduino IDE é um ambiente de desenvolvimento integrado de código aberto para a criação de software embarcado. A ferramenta foi feita para programar placas Arduino, que se tornaram incrivelmente populares e oferecem uma grande comunidade de suporte.

Um dos motivos é que o código-fonte pode ser facilmente portado para muitos controladores comerciais. Na verdade, várias plataformas emergentes de microcontroladores, como o ESP, são projetadas em conformidade com o ecossistema Arduino. Eles podem ser facilmente programados no Arduino IDE instalando uma biblioteca complementar.

No entanto, o Arduino IDE já vem com uma série de bibliotecas e códigos de exemplo. O IDE pode até ser estendido para suportar novas plataformas.

PyCharm
Se C é a linguagem de programação dominante no mundo incorporado, Python é o próximo da fila. Desde que a IoT e a IA convergiram com software embarcado, Python se tornou uma linguagem de programação importante para implementar comunicação de rede, aprendizado de máquina e aprendizado profundo em dispositivos de ponta.

Por exemplo, os CCTV instalados em muitos aeroportos possuem uma base de dados local que apoia o reconhecimento facial de suspeitos de crimes. Freqüentemente, as ferramentas de reconhecimento e comparação de imagens são realizadas graças ao software Python.

PyCharm é um ambiente de desenvolvimento integrado de uma empresa tcheca, JetBrains. Ele foi desenvolvido principalmente para programação Python, embora suporte muitas outras linguagens de programação, incluindo HTML/CSS, JavaScript, Cython, TypeScript, etc. O IDE está disponível para Microsoft Windows, Mac OS e Linux. Três edições estão disponíveis, incluindo uma plataforma comunitária, profissional e educacional.

Como ferramenta de desenvolvimento de software para aplicativos embarcados baseados em Python, o PyCharm oferece mais do que a maioria dos softwares de sistemas embarcados. Inclui recursos avançados como destaque de erros, preenchimento automático, depuração, refatoração automática de código, gerenciamento de projetos, máquinas virtuais e testes de software integrados.

Se você estiver desenvolvendo software que precisa se comunicar com um serviço de nuvem ou servidor de rede, este IDE oferece suporte a estruturas como Django, Flask, Pyramid, etc.

Webstorm
Webstorm é outro ambiente de desenvolvimento integrado da JetBrains, principalmente para programação em JavaScript. JavaScript é a linguagem de programação dominante para desenvolvimento web sem servidor.

Muitos aplicativos IoT usam programação de rede com back-end em Node.js mais Express e front-end em Angular ou React. Todos envolvem programação em apenas uma linguagem – JavaScript. Como os desenvolvedores full-stack já estão programando back-end e front-end de aplicativos embarcados baseados na Web em JavaScript, a linguagem é uma escolha óbvia para hardware embarcado. JavaScript possui bibliotecas ricas que oferecem suporte a IoT, IA e aprendizado profundo.

Eclipse
Desenvolvido inicialmente para desenvolvimento de software em Java, Eclipse é um IDE de código aberto que pode ser usado para codificar aplicativos em diversas linguagens de programação, incluindo C++, Java, Python, PHP, etc. O IDE pode ser estendido por meio de plug-ins. Eclipse é a ferramenta preferida para programação de software embarcado automotivo.

Estúdio visual
O Visual Studio é popular para programar aplicativos de software desktop, móveis e incorporados. Ele vem com uma extensão Visual C++ para aplicativos IoT. O código C pode ser compilado para upload em microcontroladores e dispositivos embarcados baseados em Linux.

Com o Visual Studio para IoT, os desenvolvedores podem codificar, editar e depurar diretamente máquinas Linux. Existem também vários compiladores e ferramentas de terceiros que permitem a programação de muitos aplicativos embarcados diferentes. O IDE pode ter interface com o conjunto de ferramentas GNU via VisualGDB, permitindo o rápido desenvolvimento e depuração de firmware embarcado.

Criador Qt
O Qt Creator é uma excelente ferramenta para programar aplicações embarcadas em C++, JavaScript e QML. Os usuários podem criar facilmente interfaces 2D e 3D e espaços de usuário para aplicativos incorporados.

Como ferramenta de desenvolvimento de software, oferece vários recursos avançados, como destaque de sintaxe, preenchimento automático, teste integrado, depuração e teclado virtual. O IDE inclui um compilador cruzado e oferece suporte à depuração no dispositivo para diversas plataformas de hardware. Ele é apoiado e usado por vários dos principais fabricantes de eletrônicos em vários setores, incluindo automotivo, eletrônicos de consumo, equipamentos biomédicos, automação e IoT.

MATLAB e Simulink
Juntos, MATLAB e Simulink são um conjunto de ferramentas comum entre engenheiros elétricos e eletrônicos. Simulink é normalmente usado para projetos baseados em modelos que suportam projeto em nível de sistema, simulação, geração automática de código, teste e verificação de sistemas embarcados.

MATLAB compreende uma grande coleção de ferramentas e interfaces de programação para computação numérica. Engenheiros integrados usam MATLAB para criar interfaces de usuário, visualização de dados, análise de dados e implementar algoritmos de programação. O software oferece suporte à interface com programas escritos em todas as principais linguagens, incluindo C++, Java, Python, C# e outras.

Usando MATLAB e Simulink, é possível projetar e codificar aplicações embarcadas desde a prototipagem até a produção.

ARM Keil
O ARM Keil é um ambiente de desenvolvimento integrado para programação de microcontroladores baseados em ARM e plataformas de hardware que suportam C/C++. O IDE inclui um editor de código, vinculadores, simuladores, depuradores, montadores e compiladores C++. O IDE funciona bem com todas as placas de avaliação baseadas em Cortex e ARM e possui muitas bibliotecas, ferramentas de terceiros e códigos de exemplo.

Este software pode ser usado para programar placas de avaliação e microcontroladores comerciais. Ele pode ser usado para desenvolvimento de software embarcado de projetos de hobby para aplicações industriais. A ferramenta é bastante simplista para estudantes e eficaz o suficiente para profissionais.

MPLABX
MPLAB é uma ferramenta multiplataforma mais recente para Microsoft Windows, Mac OS e Linux. O IDE pode programar microcontroladores PIC e processadores de sinais digitais da Microchip. O PIC é uma família de microcontroladores amplamente utilizada pelos fabricantes de sistemas embarcados. O IDE oferece suporte ao desenvolvimento de software embarcado usando C/C++ para microcontroladores PIC, AVR, SAM, dsPIC e CEC. Também inclui recursos avançados como destaque de sintaxe, preenchimento automático, marcação de ocorrências, gerenciamento de projetos e testes integrados.

NetBeans
NetBeans é um ambiente de desenvolvimento integrado para programação em Java v8 e oferece suporte a outras linguagens de programação como C/C++, HTML, CSS, JavaScript e PHP. O IDE é frequentemente preferido para desenvolver aplicativos IoT escritos em Java. Existem muitos serviços e plataformas em nuvem escaláveis ​​e de alta disponibilidade baseados em Java. Java é uma linguagem de programação rica amplamente usada para o desenvolvimento de aplicativos de desktop, móveis, servidores e incorporados de alta tecnologia.

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