Встроенное программное обеспечение

Прошивкой (англ. Firmware, fw) называется содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства — микрокалькулятора, сотового телефона, GPS-навигатора и т. д., в которой содержится его микропрограмма.

Cловом «прошивка» иногда называют образ ПЗУ, предназначенный для записи в память соответствующего устройства с целью обновления его микропрограммы, а также собственно процесс записи этого образа в энергонезависимую память устройства.

Прошивка памяти осуществляется при изготовлении устройства различными способами — например, установкой микросхемы памяти с записанным содержимым («прошитой»).

Большинство устройств допускают замену содержимого памяти («перепрошивку»). Способы «перепрошивки» могут быть самыми различными — от физической замены микросхемы памяти до передачи данных по беспроводным каналам.

История

Жгут прошивки для ПЗУ на П-образных сердечниках

Материнская плата для анализатора спектра для 440A Nicolet. Примерно 1975 год

Термин «прошивка» появился в 60-х годах ХХ века, когда в ЭВМ использовалась память на магнитных сердечниках. В постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) использовались Ш-образные и П-образные сердечники. Ш-образные сердечники имели зазор около 1 мм, через который и укладывался провод. Для записи двоичной «1» провод укладывался в одно окно сердечника, а для записи «0» — в другое. В сердечник высотой 14 мм укладывалось 1024 провода, что соответствовало 1К данных одного разряда. Работа выполнялась протягиванием провода вручную с помощью «карандаша», из кончика которого тянулся провод, и таблиц прошивки. При такой кропотливой и утомительной работе возникали ошибки, которые выявлялись на специальных стендах проверки. Исправление ошибок осуществлялось обрезанием ошибочного провода и прошивкой взамен него нового.

В начале 70-х годов появились П-образные сердечники, которые позволяли использовать для прошивки автоматические станки. Прошивка выполнялась не непосредственно в устройстве ПЗУ, а в жгутах по 64, 128 или 256 проводов. Прошиваемые данные вводились в станок с помощью перфокарт. На специальной оснастке жгуты снимались со станка, обвязывались нитками, и концы проводов распаивались на колодки. После этого жгуты укладывались в блок ПЗУ. Как при ручной прошивке, так и при работе на прошивочном станке требовалась аккуратность и хорошее зрение, поэтому на прошивке работали молодые девушки, что и по наше время остается характерным для других областей микроэлектроники.

Применение

Микропрограммы («прошивки») применяются везде, где применяются микропроцессоры: в мобильных телефонах, фотоаппаратах, измерительных приборах, телевизорах, платёжных картах и т. п.

Зачастую различные по возможностям и цене приборы отличаются лишь версиями микропрограммы. Для обозначения версии микропрограммы используется номер партии аппаратного обеспечения или другие специализированные идентификаторы. Часто смена «прошивки» производится изготовителем без уведомления потребителя.

Примеры реализации

Широко известным примером является BIOS, поставляемая вместе с материнской платой компьютера и обеспечивающая начальную подготовку компьютера к запуску операционной системы.

«Прошивки» могут создаваться «с нуля» для данного конкретного типа устройства, либо иметь в основе готовую операционную систему, как правило, с открытым исходным кодом.

Так, для небольших устройств иногда используется FreeRTOS. В последнее время, в связи с удешевлением памяти, достаточно часто применяется GNU/Linux.

Для написания исходных текстов программ используются ассемблеры, язык Си, языки типа Verilog для микросхем с программируемой логикой (ПЛИС).

Юридические и финансовые вопросы

Несмотря на то что применение микропрограмм в целом удешевляет конструирование и изготовление устройства, разработка «прошивки» обычно занимает большее время и стоит дороже, чем разработка аппаратного обеспечения прибора .

В связи с этим фирмы-производители, как правило, очень ревностно следят за сохранностью «прошивок»: лицензионное соглашение с потребителем запрещает извлекать и изучать «прошивки» тем или иным способом:

• самовольная замена «прошивки» на другую («перепрошивка») обычно прекращает действие гарантийных обязательств фирмы;
• процедуры обслуживания и изменения режимов работы микропрограмм обычно не разглашаются и в лучшем случае известны только работникам фирменных сервисных центров.

Некоторые фирмы (Microchip, Atmel и др.) производят микропроцессоры со встроенной программируемой памятью, такой, что записанная на них программа уже не может быть считана штатными средствами. С другой стороны, фирмы-конкуренты иногда используют для считывания, например, электронные микроскопы.

Литература

Смирнов Г.С. Ферритовая память ЭВМ “Урал”. Страницы истории разработок. — Пенза, 2006.