Firmware versus software: qual é a diferença e por que isso é importante?

As tecnologias mais inovadoras da atualidade dependem de três componentes críticos trabalhando juntos: hardware, software e firmware. Componentes de hardware são objetos físicos (como computadores, processadores ou placas), enquanto os termos software e firmware se referem a conjuntos de instruções que os dispositivos de hardware precisam para funcionar. 

Embora o firmware e o software sejam tão semelhantes que muitas vezes são usados de forma intercambiável, há algumas diferenças críticas que valem a pena entender ao avaliar cada uma das necessidades comerciais.

O firmware, também conhecido como "software para hardware", é um código incorporado em um dispositivo de hardware, como um sistema de computador ou dispositivo móvel , para ajudá-lo a funcionar. 

O firmware fornece as instruções de como um dispositivo deve ser inicializado, interagir com outros dispositivos (como roteadores ou controles remotos) e executar tarefas de entrada/saída (E/S). Ele pode ser atualizado regularmente para corrigir problemas, adicionar funcionalidades ou aumentar a compatibilidade. 

O termo "firmware" foi cunhado pelo cientista americano Ascher Opler em 1967 para descrever um programa que ele disse estar "entre hardware e software"¹. Hoje, muitos dispositivos populares, como TVs, smartphones e câmeras, precisam de firmware para funcionar.

O software é um conjunto de instruções que orientam as principais operações de um dispositivo de computação. 

O software pode ser escrito em muitas linguagens diferentes ou códigos de programação, incluindo as populares Python, Java e Structured Language Query (SQL). O software tem muitas finalidades, mas geralmente é agrupado em duas grandes categorias: software desenvolvido para sistemas operacionais (SO) e software desenvolvido para aplicação.

Talvez a diferença mais importante entre firmware e software seja que, enquanto o firmware ajuda os dispositivos a inicializar e se comunicar, o software se concentra mais na interação do usuário. 

Os fabricantes atualizam frequentemente o firmware para adicionar novas funcionalidades, melhorar a segurança e proteger os dispositivos contra vulnerabilidades. Como qualquer usuário de telefone Android ou iOS sabe, as atualizações da versão de firmware precisam ser baixadas e instaladas regularmente ou afetarão o desempenho do dispositivo.

O software, por outro lado, é instalado em dispositivos eletrônicos para melhorar a experiência do usuário em atividades como navegação na internet, verificação de e-mail, processamento de texto, assistir a vídeos, streaming de músicas e muito mais. Aqui estão algumas das diferenças mais importantes a serem consideradas ao avaliar as tecnologias. 

O firmware tende a se concentrar em instruções de baixo nível com uma função específica, muitas vezes diretamente relacionada ao controle do dispositivo para o qual foi programado. O software tende a se concentrar mais em programas de computador com os quais um usuário interagirá e que serão executados no dispositivo. 

Outra diferença fundamental em termos de funcionalidade é que os programas de software podem funcionar em muitos dispositivos diferentes, enquanto o firmware normalmente funciona apenas no dispositivo para o qual foi programado.

Os ambientes de desenvolvimento, ou "dev", diferem consideravelmente dependendo se você está criando firmware ou software. O desenvolvimento de software usa linguagens de programação de alto nível, incluindo Python e C++, enquanto o firmware depende de C ou de uma linguagem assembly simples. 

Os desenvolvedores de software normalmente usam uma gama mais ampla de frameworks e ferramentas do que os programadores de firmware, como bibliotecas de desenvolvimento integrado (IDEs) e bibliotecas de código. Os desenvolvedores de firmware estão restritos a ferramentas criadas para uma plataforma específica, como o menu em uma smart TV, e muitas vezes precisam se concentrar em funções mais básicas, incluindo inicialização e depuração.

Os testes são uma fase crucial para a criação de soluções eficazes de firmware e software. Com o firmware, a fase de testes se concentra em como as soluções interagem com o hardware para ajudar a garantir a funcionalidade adequada e para ajudar a garantir que não ocorram tijolos. Bricking é quando uma atualização de firmware faz com que um dispositivo fique inoperável por acidente. Os desenvolvedores que garantem que uma atualização de firmware funcionará corretamente geralmente testam diferentes cenários usando ferramentas de depuração e emuladores. 

Nos testes de software, os desenvolvedores usam ferramentas e procedimentos diferentes dos testes de firmware para identificar e corrigir bugs e determinar se o software está funcionando de forma eficaz. Enquanto o teste de firmware é feito em hardware e, em particular, na ROM de um dispositivo onde o firmware é armazenado, o teste de software é feito em plataformas específicas. 

Tanto o firmware quanto o software são frequentemente atualizados pela internet usando uma conexão 5G, Wi-Fi ou Ethernet. As atualizações de software estão em um nível mais elevado do que as atualizações de firmware, que se concentram na funcionalidade do dispositivo em vez da interação do usuário. As atualizações de software são destinadas a aplicações que são executadas em um dispositivo, como processadores de texto e navegadores da internet, enquanto as atualizações de firmware visam funcionalidades críticas subjacentes que são essenciais para o desempenho do dispositivo, como seu sistema operacional. 

Outra diferença é que as atualizações de firmware são menos frequentes do que as atualizações de software e apresentam um maior risco de tijolos devido à sua conexão mais próxima com o hardware. Dada a complexidade dos dispositivos em que o firmware e o software são implementados, desde notebooks e consoles de jogos até smartphones e carros sem motorista, as atualizações são críticas para o desempenho.

Muitas empresas modernas bem-sucedidas dependem de firmware e software para diversas necessidades de negócios. Aqui estão alguns dos benefícios mais comuns:

• Facilidade de entrega: hoje, a maioria das aplicações empresariais é entregue como software como serviço (SaaS), tornando a instalação e a atualização muito mais fáceis do que no passado. As soluções SaaS são softwares de aplicações hospedados na nuvem e usados por meio de uma conexão com a internet por meio de um navegador da web ou aplicativo móvel. As soluções de firmware também são instaladas e atualizadas remotamente, por meio de um link para download da internet ou como uma atualização automática, que exige uma simples reinicialização do dispositivo para ser instalada.
• Desempenho aprimorado: o firmware e o software melhoram o desempenho de muitos dispositivos nos quais as empresas dependem para se manterem seguras e inovadoras e oferecerem novas funcionalidades aos seus clientes. Por exemplo, as empresas de jogos e entretenimento usam firmware e software para ajudar a garantir que seus aplicativos funcionem perfeitamente e os clientes possam usá-los da maneira como foram projetados.
• Resolução de problemas mais rápida: o firmware e o software desempenham um papel crucial na ajuda para resolver os problemas dos clientes de forma rápida e eficaz. Por exemplo, imagine que um novo componente, como um alto-falante ou uma câmera em um smartphone, não está funcionando. Em vez de fazer o recall do dispositivo para a fábrica, o fabricante pode emitir uma atualização de firmware simples que pode ser baixada e instalada com facilidade pela internet. Quando se trata de software, as atualizações geralmente incluem atualizações de segurança junto com novos recursos e funcionalidades. Por exemplo, a atualização do sistema operacional "Sonoma" da Apple incluiu novas maneiras para os usuários protegerem suas senhas, novos recursos de videoconferência e nova funcionalidade de widget de desktop, entre outros.      
• Custo reduzido: o firmware e o software ajudam empresas de todos os tamanhos a reduzir seus resultados de várias maneiras. Um exemplo é a pré-configuração, onde as aplicações de software compradas usando um modelo SaaS já estão pré-configuradas quando são baixadas. Tudo o que um usuário precisa fazer é provisionar um servidor em nuvem e a aplicação estará pronta para ser executada em algumas horas. O SaaS também ajuda a reduzir o custo de licenciamento, porque a maioria das aplicações em um modelo SaaS está em ambientes compartilhados ou multilocatário.

Firmware e software são tão semelhantes que muitas vezes são chamados de forma intercambiável. No entanto, há algumas diferenças nas formas de funcionamento que valem a pena considerar ao avaliar sua adequação a um propósito comercial.

O firmware é instalado em um dispositivo enquanto ele está sendo fabricado. Principalmente, facilita as comunicações entre o sistema operacional (SO) e o próprio dispositivo. A unidade de processamento central (CPU) do computador, o local onde a entrada de dados é transformada em saída de informações, recupera o firmware da memória do computador e o executa.

Localizado na memória não volátil do dispositivo, onde o conteúdo pode ser armazenado quando o dispositivo está desligado, o firmware pode ser gravado em vários tipos de memória diferentes, incluindo memória de acesso aleatório 9RAM), memória somente de leitura (ROM), recuperação programável apagável somente memória (EPROM) e memória flash. Conforme a complexidade das tarefas necessárias para o firmware aumentou, ele assumiu algumas das características do hardware de computador, como o uso de memória flash e um sistema básico de entrada/saída (BIOS).

O firmware normalmente armazena dados na memória “não volátil” ou “somente leitura” (ROM) do sistema, também conhecida como memória flash. Esse tipo de memória é usado em uma ampla variedade de dispositivos portáteis, como pen drives, smartphones, câmeras digitais, notebooks e muito mais, e é essencial para a funcionalidade do firmware. Recentemente, a memória flash ganhou alguns dos mesmos recursos normalmente associados aos computadores.

Por exemplo, quando um computador é inicializado, ele passa por uma sequência conhecida como sistema básico de entrada/saída (BIOS). O primeiro firmware a executar uma sequência de BIOS usou um chip ROM, mas agora os sistemas passaram a usar memória flash para BIOS, para que os dados possam ser reescritos sem que o chip tenha que ser removido da placa de sistema e reinserido após ser reprogramado.

O software contém instruções e informações importantes que os computadores precisam para operar. Os dois tipos de software, software de aplicações e software de sistema operacional, funcionam de maneira diferente e têm finalidades diferentes. 

• Software de aplicação: os programas de software de aplicação, também conhecidos como aplicações, são programas que executam uma função específica, como um navegador da web, um editor de fotos ou um processador de texto. Entretanto, o software de aplicação não pode ser executado sozinho; ela precisa do sistema operacional de um computador (ou software de sistemas) para funcionar. Com a expansão da internet, muitas aplicações web exigem uma conexão com a internet para funcionar, enquanto aplicações que não são da internet podem ser iniciadas pelo sistema operacional do computador (como Windows, Mac ou Linux).
• SO ou software de sistema: SO ou software de sistema é uma camada de software que fica entre o hardware e o software de aplicação, permitindo que ambos funcionem corretamente. Os usuários quase nunca interagem com o software do sistema, mas ele está sempre ativo, rodando em segundo plano, enquanto utilizam seus aplicativos favoritos. O software do sistema gerencia o hardware e o software de um dispositivo, ajudando a garantir que a experiência dos usuários seja tranquila e ininterrupta.

Como muitas empresas e clientes dependem de firmware e software, eles são alvos atraentes para hackers. Os dispositivos de hardware que dependem do firmware possuem muitas vulnerabilidades porque frequentemente usam o mesmo código. Ataques de software, frequentemente chamados de "malware ", são trechos de código ou aplicações mal-intencionadas que podem danificar computadores ou ajudar hackers a roubar dados confidenciais.

Tanto o hacking de firmware quanto o de software envolvem a implementação de código que foi intencionalmente escrito para prejudicar o sistema ou usuário de um computador. Tipos populares de malware incluem ransomware que mantém o refém de dados de um usuário, cavalos de troia que evitam a detecção se passando por um programa legítimo e spyware que rouba informações confidenciais sobre um usuário. 

Por exemplo, em junho de 2024, o Google emitiu um aviso informando que um problema com o firmware Pixel o tornava vulnerável a invasores e que não havia uma correção conhecida para o problema².

Há muitos exemplos de firmware e software desempenhando funções críticas nas principais operações de empresas bem-sucedidas. Aqui estão cinco dos casos de uso empresarial mais comuns. 

Os computadores pessoais (PCs) dependem de firmware e software para funcionar. O firmware incorporado em um chip de memória na placa de sistema de um notebook ajuda o dispositivo a reter dados críticos enquanto está desligado. Além disso, as especificações do BIOS e das interfaces unificadas de firmware extensíveis (UEFI) sustentam a interface de software entre um sistema operacional e um firmware. 

Exemplos de aplicações de software que são críticas para PCs incluem programas de processamento de dados, aplicativos que permitem navegação na internet, aplicativos para videoconferência e muito mais.

O firmware está integrado aos chips de memória flash de que muitos dispositivos modernos de armazenamento de dados, como unidades USB, discos rígidos externos e unidades flash, precisam para funcionar. 

Quando se trata de processamento de dados e análise de dados, muitas soluções populares, incluindo Microsoft Excel, Google BigQuery e o banco de dados Db2 da IBM, dependem de software para funcionar corretamente. 

O firmware garante que um smartphone será inicializado após um período de inatividade e que os componentes críticos possam interagir uns com os outros da maneira para a qual foram projetados. 

O software alimenta os muitos aplicativos com os quais os usuários interagem para verificar seus e-mails, fazer videochamadas, pedir uma refeição, verificar saldos de contas e muito mais.

Carros projetados nos últimos 10 anos dependem fortemente de firmware e software. Diferentes tipos de firmware são usados em sistemas automotivos, incluindo unidades de controle do motor (ECUs) que otimizam o desempenho do motor e a eficiência de combustível. 

O software está por trás do projeto auxiliado por computador (CAD) que auxilia no processo de projeto, bem como em muitas das funcionalidades de segurança mais recentes, incluindo condução com assistência por câmera e avisos de mudança de faixa. 

A Internet das coisas (IoT) é uma rede que conecta dispositivos inteligentes e permite a coleta e o compartilhamento de dados entre eles e com a nuvem pela internet. Esses dispositivos possuem sensores, processadores, softwares e conexão de rede e outras tecnologias que possibilitam essa conectividade. O firmware é essencial para muitos casos de uso de IoT, incluindo eletrodomésticos inteligentes, como geladeiras e controle climático inteligente. 

O software é a base de muitas das aplicações de IoT mais complexas, incluindo carros autônomos, aplicações de cidades inteligentes, aplicações de energia inteligente e muito mais.

Embora o firmware e o software compartilhem muitas semelhanças, as empresas que avaliam as tecnologias para uso potencial também precisam ter clareza sobre suas diferenças. Muitos dispositivos de hardware dependem do firmware para funções principais, incluindo ligar e desligar e reter dados quando desligados, e o software é fundamental para a interação com o usuário e a aplicação. Entender como as duas tecnologias trabalham juntas, nos bastidores, para impulsionar a inovação é importante para liberar o potencial dos negócios.