A diferença entre firmware, hardware e software de telemática

A tecnologia está dominando o mundo. Quase tudo o que fazemos depende de dispositivos eletrônicos, seja rastrear nossas frotas, gerenciar nossas contas bancárias ou  pedir comida pela internet. Os principais elementos desses dispositivos – hardware, software e firmware – dependem um dos outros para criar o ecossistema eletrônico do nosso mundo moderno. Este artigo explicará cada um desses conceitos e como a Geotab emprega todos os três para fornecer uma solução telemática de última geração. 

O que é hardware?

Hardware é a parte rígida. São as peças físicas de metal que usam eletricidade para processar informações e fazer as coisas acontecerem. O hardware moderno é feito de circuitos integrados (CIs) conectados em uma placa de circuitos. Um CI é um conjunto de circuitos em um pacote pequeno. Os CIs podem conter de um simples circuito a bilhões de elementos diferentes. 

Veja esta peça de um dispositivo Geotab GO4 mais antigo, como exemplo: 

Esses pequenos retângulos pretos são CIs: bits de silício projetados com precisão. Cada um foi produzido com um propósito específico e singular e se conecta aos outros CIs de formas específicas. Cabe aos engenheiros de hardware selecionar os CIs e projetar a placa de circuitos de modo a obter a funcionalidade necessária. A placa de circuitos conecta todos os CIs para que recebam energia e se comuniquem uns com os outros e com o mundo além da placa de circuitos.

Alguns sistemas de hardware consistem em várias placas de circuitos que se comunicam entre si. Essa configuração pode ser feita por vários motivos. Ela pode economizar espaço, permitir maior modularidade na seleção de componentes e facilitar a substituição de placas com defeito ou obsoletas. 

Como reparar e atualizar seu hardware 

A atualização ou o reparo de hardware requer a substituição física dos componentes. Isso pode implicar a substituição precisa de CIs individuais ou a troca de placas de circuitos inteiras. 

Esse método de reparo manual requer um processo de design mais demorado. Todos os componentes que entram em uma peça de hardware precisam ser gravados em pedra (ou melhor, em silício) antes de qualquer envio. O hardware deve ser completamente testado para garantir que não haja problemas. Quaisquer alterações no projeto requerem testes adicionais. Problemas de projeto podem significar um dispendioso processo de RMA (Return Material Authorization) para o fabricante e um tempo de inatividade igualmente caro para os clientes. 

O cérebro da computação moderna

Um tipo especial de CI é o microprocessador. O microprocessador é o cérebro de cada computador moderno, e seu trabalho é receber e executar instruções. Muitas vezes, eles são a parte central de um projeto de placa de circuitos e controlam e enviam sinais para outros CIs.

Existem diferentes tipos de microprocessadores. Eles variam do humilde 8008 ao poderoso POWER9, que está no coração do supercomputador mais rápido do mundo. Eles podem ser otimizados para altas velocidades, baixo consumo de energia ou baixo custo, por exemplo. Alguns são projetados para temperaturas extremas ou até mesmo protegidos contra radiação. Um recurso comum dos processadores é que eles são criados com um propósito geral. O trabalho que eles realizam é definido pelas instruções que estão executando. Essa é a diferença entre microprocessadores e outros CIs, que são projetados para uma tarefa específica e não podem ser programados para fazer qualquer outra coisa.

Então, onde um microprocessador recebe suas instruções? É aí que chegamos ao software. 

Principais tipos de software 

Em termos muito gerais, o software é um conjunto de instruções para um processador de computador. Essas instruções descrevem um programa de computador. Escrevemos programas usando uma linguagem de programação. Exemplos conhecidos incluem Python, JavaScript e C. As instruções que escrevemos na linguagem escolhida são chamadas de código-fonte do programa. 

Executar um programa significa dar as instruções ao processador do computador para que ele as execute. Dada a grande variedade de processadores disponíveis, essa é uma tarefa difícil. Microprocessadores diferentes têm conjuntos de instruções diferentes, o que significa que não podem ser programados da mesma maneira. Como garantir que nosso programa funcione, independentemente do hardware subjacente? Para isso, recorremos a um tipo especial de programa chamado sistema operacional, ou SO. A função do SO é mediar e alocar recursos de hardware para cada programa que precisa ser executado no computador. 

Software de aplicativo

A maioria dos softwares com os quais as pessoas estão familiarizadas é chamada de software de aplicativo. É isso o que o usuário realmente vê e é com isso que ele interage. Exemplos incluem navegadores da Web, programas de processamento de texto ou players de música. A função do SO é alocar recursos de hardware para cada aplicativo que precisa ser executado. Quando você abre um navegador da Web, o SO fornece a ele alguma memória para funcionar e garante que as instruções que descrevem o programa do navegador da Web sejam passadas para o processador. 

O software de aplicativo fornece uma camada de abstração entre a experiência do usuário e o hardware subjacente. Isso traz uma vantagem diferenciada. Os engenheiros que escrevem software de aplicativo podem ter como objetivo sistemas operacionais específicos, em vez de microprocessadores específicos. Isso permite uma liberdade muito maior no design de software, pois o engenheiro pode ter certeza de que seu programa será executado em qualquer hardware que seja compatível com o próprio SO. Os usuários podem instalar programas nos SOs de sua preferência sem ter de se preocupar com as especificações do hardware. 

Atualização do software 

Uma das principais vantagens do software é  ele ser  flexível. É fácil adicionar correções e recursos ao software quando ele já está nas mãos do cliente. Depois que o software central é criado, os engenheiros podem continuar dando suporte e atualizando o produto durante todo o seu ciclo de vida. No caso do hardware, depois que o dispositivo físico é construído e enviado aos clientes, os engenheiros pouco podem fazer para atualizá-lo ou corrigi-lo. 

O software nos permite fazer coisas incríveis com um hardware potente, como smartphones, computadores desktop, tablets e outros. Mas existe uma outra classe inteira de dispositivos de hardware que executam tarefas específicas com pouca ou nenhuma interação humana. Chamamos isso de sistemas incorporados, e o software que os alimenta é o firmware. 

Tipos de firmware

Firmware é um tipo específico de software. Ele é projetado para trabalhar junto com o hardware, em vez de abstraí-lo por trás de um sistema operacional. Na verdade, muitos dispositivos que executam firmware executam um SO muito simples ou nenhum SO. Isso permite maior controle do hardware, mas aumenta a complexidade na implementação.

O firmware também é implementado em uma linguagem de programação com uso de código-fonte. 

A principal vantagem dessa configuração é a capacidade de controlar sistemas em tempo real. Esses sistemas devem receber e processar dados dentro de uma janela de tempo especificada, e há consequências se não o fizerem. Os engenheiros projetam o firmware para sistemas incorporados para garantir que esses requisitos de processamento sejam atendidos. Um software de aplicativo normalmente não oferece tais garantias. Computadores de uso geral executam vários programas para conseguir atender às exigências de tempo. Como o firmware geralmente é o único programa em execução em um sistema incorporado, os engenheiros podem garantir que os recursos fornecidos pelo sistema sejam suficientes para a funcionalidade do sistema. 

Muitos sistemas incorporados são projetados para operar por longos períodos com mínima interação humana. O firmware desempenha um papel nisso. Quando há erros ou condições inesperadas, é inaceitável que o firmware pare completamente de funcionar. E por exemplo alertar o usuário muitas vezes não é suficiente. O firmware precisa ser capaz de se recuperar de condições operacionais anormais. 

Atualização do firmware

Há bilhões de dispositivos executando firmwares que não podem ser atualizados. Quando foi a última vez que você atualizou o firmware do seu micro-ondas? Provavelmente nunca! Em sistemas como esse, os engenheiros precisam tomar cuidado extra para garantir que seu firmware esteja correto. Nesse caso, provavelmente se trata de um firmware incorporado. Após a programação inicial, ele nunca mais será modificado ou atualizado. 

O surgimento de dispositivos conectados tornou cada vez mais comum encontrar dispositivos que suportam atualizações de firmware. Geralmente, dispositivos com conexões Wi-Fi, de rede celular, Bluetooth ou outras conexões podem ser atualizados da mesma forma que os sistemas de software. Isso permite corrigir erros e introduzir novos recursos ou melhorias. No entanto, há outras questões a serem consideradas além das atualizações de software. Como esses dispositivos geralmente executam apenas firmware, uma atualização de firmware ruim pode transformar um hardware perfeitamente funcional em um tijolo caro. É difícil fazer isso com o software do aplicativo pois, contanto que o sistema operacional esteja ativo, o usuário pode solucionar problemas de atualizações que deram errado. 

Como isso funciona na Geotab?

A Geotab desenvolve hardware, software e firmware. 

O MyGeotab é um software de aplicativo. Especificamente, trata-se de um aplicativo da Web – do tipo que é executado dentro de um navegador da Web. A equipe de Desenvolvimento da Geotab cuida da manutenção do programa. Ela adiciona novos recursos, corrige erros e faz melhorias constantes. 

O dispositivo GO é um hardware de telemática. Dentro da estrutura elegante, há uma placa de circuito empilhada que foi cuidadosamente projetada pela equipe automotiva da Geotab para fornecer telemática para veículos. O dispositivo GO é um sistema incorporado, uma solução telemática de uso específico. 

O dispositivo GO executa firmware, também projetado pela equipe automotiva da Geotab. Esse firmware precisa atender a muitos requisitos em tempo real, principalmente relacionados à comunicação do motor. É inaceitável que o computador de um motor deixe de enviar mensagens quando o cliente depende desses dados para fins logísticos ou regulatórios. 

Os firmwares do MyGeotab e do dispositivo GO são atualizados frequentemente com novos recursos e as melhores e mais recentes correções. O hardware do dispositivo GO, no entanto, é atualizado raramente. Geralmente, isso representa uma reformulação completa ou o lançamento de novos recursos principais.

Conclusão

Hardware, software e firmware são todos elementos-chave dos dispositivos eletrônicos modernos. O hardware fornece o cérebro de nossos sistemas. O software habilita aplicativos flexíveis e portáteis com uma grande gama de funcionalidades. O firmware alimenta hardwares específicos do aplicativo quando o tempo é uma questão crítica. Juntas, todas essas peças possibilitam o incrível mundo conectado do qual desfrutamos.