Embedded Systems Tutorial: Hvad er, historie og egenskaber

Før vi lærer Embedded System, lad os lære:

Hvad er et system?

Et system er et arrangement, hvor alle dets komponenter fungerer efter de specifikke definerede regler. Det er en metode til at organisere, arbejde eller udføre en eller flere opgaver efter en fast plan.

Eksempel på indlejrede systemer

laserprinter

Laserprintere er et af eksemplerne på Embedded Systems, som bruger indlejrede systemer til at styre forskellige aspekter af udskrivningen. Udover at udføre hovedopgaven med udskrivning, skal den tage brugerinput, styre kommunikationen med computersystemet, håndtere fejl og mærke efterladte papirer på bakken osv.

Her er mikroprocessorens hovedopgave at forstå teksten og styre printhovedet på en sådan måde, at det udleder blæk, hvor det er nødvendigt.

For at udføre dette skal den afkode de forskellige filer, den får, og forstå skrifttypen og grafikken. Det vil forbruge betydelig CPU-tid at behandle dataene, ligesom det skal tage brugerinput, styre motorer osv.

Historien om det indlejrede system

Her er vigtige milepæle fra det indlejrede systems historie:

• I 1960 blev det indlejrede system først brugt til at udvikle Apollo Guidance System af Charles Stark Draper ved MIT.
• I 1965 udviklede Autonetics D-17B, computeren brugt i Minuteman missilstyringssystemet.
• I 1968 blev det første indlejrede system til et køretøj frigivet.
• Texas Instruments udviklede den første mikrocontroller i 1971.
• I 1987 blev det første indlejrede OS, VxWorks, udgivet af Wind River.
• Microsoft's Windows indlejret CE i 1996.
• I slutningen af ​​1990'erne dukkede det første indlejrede Linux-system op.
• Det indlejrede marked nåede 140 milliarder dollars i 2013.
• Analytikere forudser et indlejret marked, der er større end 40 milliarder dollars i 2030.

Karakteristika for et integreret system

Følgende er vigtige egenskaber ved et indlejret system:

• Kræver realtidsydelse
• Det skal have høj tilgængelighed og pålidelighed.
• Udviklet omkring et real-time operativsystem
• Normalt har en nem og en diskløs betjening, ROM-opstart
• Designet til én specifik opgave
• Den skal forbindes med periferiudstyr for at forbinde input- og outputenheder.
• Tilbyder høj pålidelighed og stabilitet
• Krævede minimal brugergrænseflade
• Begrænset hukommelse, lave omkostninger, færre strømforbrug
• Den behøver ikke nogen sekundær hukommelse i computeren.

Vigtige terminologier brugt i indlejret system

Nu i denne Embedded Systems-tutorial vil vi dække nogle vigtige udtryk, der bruges i indlejrede systemer.

Pålidelighed

Dette mål for systemets overlevelsessandsynlighed, når funktionen er kritisk under kørselstiden.

Fejltolerance

Fejltolerance er et computersystems evne til at overleve i nærvær af fejl.

Real-Time

Indlejret system skal opfylde forskellige timing og andre begrænsninger. De pålægges det af den ydre verdens naturlige adfærd i realtid.

For eksempel skal en luftvåbenafdeling, som holder styr på indkommende missilangreb, præcist beregne og planlægge deres modangreb på grund af en hård tidsfrist i realtid. Ellers bliver den ødelagt.

Fleksibilitet

Det er byggesystemer med indbyggede fejlfindingsmuligheder, som tillader fjernvedligeholdelse.

For eksempel bygger du et rumfartøj, som vil lande på en anden plantemaskine for at indsamle forskellige typer data og sende indsamlede detaljer tilbage til os. Hvis dette rumfartøj blev sindssygt og mistede kontrollen, burde vi være i stand til at lave nogle vigtige diagnoser. Så fleksibilitet er afgørende, når man designer et indlejret system.

Overførsel

Portabilitet er et mål for, hvor let det er at bruge den samme indlejrede software i forskellige miljøer. Det kræver generaliserede abstraktioner mellem selve applikationsprogramlogikken og systemgrænsefladerne på lavt niveau.

Hvad er mikrocontroller?

En mikrocontroller er en enkelt-chip VLSI enhed, som også kaldes mikrocomputer. Den indeholder al den nødvendige hukommelse og I/O-grænseflader, hvorimod en mikroprocessor til generelle formål har brug for yderligere chips til at tilbyde disse nødvendige funktioner. Mikrocontrollere er meget udbredt i indlejrede systemer til realtidsstyringsapplikationer.

Hvad er en mikroprocessor?

En mikroprocessor er en enkelt chip halvleder enhed. Dens CPU indeholder en programtæller, en ALU en stak-pointer, arbejdsregister, et clock-timingkredsløb. Det omfatter også ROM og RAM, hukommelsesdekoder og mange serielle og parallelle porte.

Architecture af det indlejrede system

Nedenfor er den grundlæggende arkitektur for det indlejrede system:

1) Sensor

Sensor hjælper dig med at måle den fysiske mængde og konvertere den til et elektrisk signal. Den gemmer også den målte mængde i hukommelsen. Dette signal kan være klar af en observatør eller af ethvert elektronisk instrument såsom A2D-konverter.

2) AD Converter

AD-konverter (analog-til-digital-konverter) giver dig mulighed for at konvertere et analogt signal sendt af sensoren til et digitalt signal.

3) Hukommelse

Hukommelse bruges til at gemme information. Embedded System indeholder hovedsageligt to hukommelsesceller 1) Flygtig 2) Ikke-flygtig hukommelse.

4) Processor & ASIC'er

Denne komponent behandler dataene for at måle outputtet og gemme det i hukommelsen.

5) DA-konverter

DA-konverter (En digital-til-analog-konverter) hjælper dig med at konvertere de digitale data, som processoren føder, til analoge data.

6) Aktuator

En aktuator giver dig mulighed for at sammenligne output fra DA-konverteren med det faktiske output, der er lagret i den, og gemmer det godkendte output i hukommelsen.

Typer af indlejret system

Tre typer indlejrede systemer er:

• Lille skala
• Medium skala
• Sofistikeret

Indlejrede systemer i lille skala

Dette indlejrede system kan designes med en enkelt 8- eller 16-bit mikrocontroller. Den kan betjenes ved hjælp af et batteri. For at udvikle et indlejret system i lille skala er en editor, assembler (IDE) og cross assembler de mest vitale programmeringsværktøjer.

Indlejrede systemer i mellemskala

Disse typer af indlejrede systemer er designet ved hjælp af 16 eller 32-bit mikrocontrollere. Disse systemer tilbyder både hardware- og softwarekompleksiteter. C, C++, Java, og kildekodeingeniørværktøj osv. bruges til at udvikle denne form for indlejret system.

Sofistikerede indlejrede systemer

Denne type indlejrede systemer har masser af hardware- og softwarekompleksiteter. Du kan kræve IPS, ASIPS, PLA'er, konfigurationsprocessor eller skalerbare processorer. Til udviklingen af ​​dette system har du brug for hardware og software co-design & komponenter, som skal kombineres i det endelige system.

Forskellen mellem mikroprocessor og mikrocontroller

Lær forskellen mellem Mikroprocessor og mikrocontroller

Mikroprocessor	mikrocontrollere
Den bruger funktionelle blokke som register, ALU, timing og kontrolenheder.	Den bruger funktionelle blokke af mikroprocessorer som RAM, timer, parallelle I/O, ADC og DAC.
I mikroprocessor er bithåndteringsinstruktionen mindre, kun en eller to typer.	Mikrocontroller tilbyder mange slags bithåndteringsinstruktioner.
Tilbyder hurtige bevægelser af kode og data mellem ekstern hukommelse og mikroprocessor.	Tilbyder hurtige bevægelser af kode og data i mikrocontrolleren.
Hjælper dig med at designe et digitalt computersystem til generelle formål.	Hjælper dig med at designe applikationsspecifikke dedikerede systemer.
Det giver dig mulighed for at lave multitasking ad gangen.	Det er et enkelt opgaveorienteret system.
I mikroprocessorsystemet kan du bestemme antallet af nødvendige hukommelses- eller I/O-porte.	I mikrocontroller-systemet gør det faste nummer for hukommelse eller I/O en mikrocontroller ideel til at fuldføre den specifikke opgave.
Tilbyder understøttelse af ekstern hukommelse og I/O-porte, hvilket gør det tungere og dyrere system.	Denne type system er let og billigere sammenlignet med mikroprocessoren.
Eksterne enheder har brug for mere plads, og deres strømforbrug er ret højere.	Denne type system bruger mindre plads, og strømforbruget er også meget lavt.

Anvendelser af indlejrede systemer

Følgende er de vigtige anvendelser af Embedded system:

Robotvidenskab

• Jordkøretøjer
• Drones
• Undervandskøretøjer
• Industrial Robots

Medicin

• Dialyse maskine
• Infusion Pumper
• Hjertemonitor
• Protetisk anordning

Automotive

• Motorstyring
• Antændelsessystem
• Brake System

netværk

• router
• Hubs
• Gateways
• Elektroniske instrumenter

Enheder til hjemmet

• tV
• Digital Alarm
• Klimaanlæg
• DVD video afspiller
• kameraer

Automobiles

• Brændstof indsprøjtning
• Belysningssystem
• Dørlåse
• Airbags
• Windows
• Parkeringsassistent system
• Anti-tyveri Alarmer Whippers Motion

Industriel kontrol

• Robotics
• Kontrolsystem
• Missiler
• Atomreaktorer
• Rumstationer
• pendulfart

Fordele ved Embedded System

Her er fordele/fordele ved at bruge Embedded System:

• Det er i stand til at dække en bred vifte af miljøer
• Less sandsynligvis medføre fejl
• Embedded System forenklet hardware, som reducerer omkostningerne samlet set.
• Tilbyder en forbedret ydeevne
• Det indlejrede system er nyttigt til masseproduktion.
• Det indlejrede system er yderst pålideligt.
• Det har meget få forbindelser.
• Det indlejrede system er lille i størrelse.
• Den har en hurtig drift.
• Tilbyder forbedret produktkvalitet.
• Det optimerer brugen af ​​systemressourcer.
• Den har en lav effekt drift.

Ulemper ved Embedded System

Her er vigtige ulemper/ulemper ved at bruge Embedded system.

• At udvikle et indlejret system kræver en høj udviklingsindsats.
• Det kræver lang tid at markedsføre.
• Embedded systemer udfører en meget specifik opgave, så det kan ikke programmeres til at gøre forskellige ting.
• Indlejrede systemer tilbyder meget begrænsede ressourcer til hukommelse.
• Det byder ikke på nogen teknologisk forbedring.
• Det er svært at tage backup af indlejrede filer.

Resumé

• Et system er et arrangement, hvor alle dets komponentsamlinger fungerer efter de specifikke definerede regler.
• Embedded System definition: Embedded Systems betyder en kombination af computersoftware og hardware, som enten er fast i kapacitet eller programmerbar.
• Eksempel på indlejrede systemer er laserprintere, som styrer forskellige aspekter af udskrivningen.
• I 1960 blev det indlejrede system først brugt til at udvikle Apollo Guidance System af Charles Stark Draper ved MIT.
• Indlejret system kræver realtidsydelse
• Pålidelighedsmål for systemets overlevelsessandsynlighed, når funktionen er kritisk under kørselstiden.
• Fejltolerance er et computersystems evne til at overleve i nærvær af fejl.
• Indlejret system skal opfylde forskellige timing og andre begrænsninger.
• Fleksibilitet er at bygge systemer med indbyggede fejlfindingsmuligheder, som tillader fjernvedligeholdelse.
• Portabilitet er et mål for, hvor let det er at bruge den samme indlejrede software i forskellige miljøer.
• En mikrocontroller er en enkelt-chip VLSI enhed, som også kaldes mikrocomputer.
• En mikroprocessor er en enkelt chip halvleder enhed. Dens CPU indeholder en programtæller, en ALU en stak-pointer, arbejdsregister, et clock-timingkredsløb.
• ArchiTecturen af ​​det indlejrede system inkluderer: Sensor, AD-konverter, hukommelse, processor og ASIC'er, DA-konverter og aktuator.
• Tre typer indlejrede systemer er: 1) Lille skala, 2) Mellemskala og 3) Sofistikeret.
• Den største forskel mellem In Microprocessor og Microcontroller er, at I Microprocessor er bithåndteringsinstruktioner mindre, mens Microcontroller tilbyder mange slags bithåndteringsinstruktioner.
• Anvendelse af Embedded System inkluderer: 1) Robotvidenskab, 2) Medicinsk, 3) Automotive, 3) Netværk, 4) Enheder til hjemmet, 5) Biler og 6) Industriel kontrol.
• Store fordele ved Embedded System er, at det er i stand til at dække en bred vifte af miljøer.
• Den største ulempe ved Embedded System er, at det har brug for lang tid på markedet.