Tutorial für eingebettete Systeme
Bryce Leo
⚡ Intelligente Zusammenfassung
Das Tutorial zu eingebetteten Systemen erklärt controllerbasierte Geräte, die für die Ausführung spezieller Funktionen innerhalb größerer mechanischer oder elektrischer Systeme entwickelt wurden. LessDie Inhalte umfassen Komponenten, Eigenschaften, Mikrocontroller, Mikroprozessoren, Programmiersprachen, Anwendungen, Vor- und Nachteile für Anfänger und fortgeschrittene Ingenieure.
Bevor wir uns mit eingebetteten Systemen befassen, lernen wir Folgendes:
Was ist ein System?
Ein System ist eine Anordnung, bei der alle seine Komponenten nach den spezifischen definierten Regeln arbeiten. Dabei handelt es sich um eine Methode zum Organisieren, Arbeiten oder Ausführen einer oder mehrerer Aufgaben nach einem festen Plan.
Was ist ein eingebettetes System?
Eingebettetes System ist eine Kombination aus Computersoftware und -hardware, deren Leistungsfähigkeit entweder festgelegt oder programmierbar ist. Ein eingebettetes System kann entweder ein unabhängiges System oder Teil eines großen Systems sein. Es ist meist für eine oder mehrere bestimmte Funktionen innerhalb eines größeren Systems konzipiert. Beispielsweise ist ein Feuermelder ein häufiges Beispiel für ein eingebettetes System, das nur Rauch erkennen kann.
Beispiel für eingebettete Systeme
Laserdrucker
Laserdrucker sind ein Beispiel für eingebettete Systeme, die eingebettete Systeme verwenden, um verschiedene Aspekte des Druckens zu verwalten. Neben der Hauptaufgabe des Druckens müssen Benutzereingaben entgegengenommen, die Kommunikation mit dem Computersystem verwaltet, Fehler behandelt und im Fach verbliebene Papiere erkannt werden usw.
Dabei besteht die Hauptaufgabe des Mikroprozessors darin, den Text zu verstehen und den Druckkopf so zu steuern, dass er Tinte dort abgibt, wo sie benötigt wird.
Dazu muss es die verschiedenen ihm übergebenen Dateien dekodieren und die Schriftart und Grafiken verstehen. Die Verarbeitung der Daten nimmt viel CPU-Zeit in Anspruch und es müssen Benutzereingaben entgegengenommen, Motoren gesteuert usw. werden.
Geschichte des eingebetteten Systems
Hier sind wichtige Meilensteine aus der Geschichte eingebetteter Systeme:
- Im Jahr 1960 wurde das eingebettete System erstmals für die Entwicklung verwendet.ping Apollo-Leitsystem von Charles Stark Draper am MIT.
- 1965 entwickelte Autonetics den D-17B, den Computer, der im Minuteman-Raketenleitsystem verwendet wurde.
- 1968 wurde das erste eingebettete System für ein Fahrzeug veröffentlicht.
- Texas Instruments entwickelte 1971 den ersten Mikrocontroller.
- 1987 wurde von Wind River das erste eingebettete Betriebssystem, VxWorks, veröffentlicht.
- Microsoft Windows Embedded CE im Jahr 1996.
- Ende der 1990er Jahre erschien das erste eingebettete Linux-System.
- Der Embedded-Markt erreichte im Jahr 140 2013 Milliarden US-Dollar.
- Analysten prognostizieren, dass der Embedded-Markt bis 40 ein Volumen von über 2030 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Eigenschaften eines eingebetteten Systems
Im Folgenden sind wichtige Merkmale eines eingebetteten Systems aufgeführt:
- Erfordert Echtzeitleistung
- Es sollte eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit aufweisen.
- Entwickelt um ein Echtzeit-Betriebssystem
- Normalerweise ist der ROM-Boot einfach und ohne Festplatte möglich.
- Entwickelt für eine bestimmte Aufgabe
- Es muss mit Peripheriegeräten verbunden werden, um Eingabe- und Ausgabegeräte anzuschließen.
- Bietet hohe Zuverlässigkeit und Stabilität
- Benötigte minimale Benutzeroberfläche
- Begrenzter Speicher, niedrige Kosten, weniger Stromverbrauch
- Es braucht keine Sekundärspeicher am Computer.
Wichtige Terminologien, die in eingebetteten Systemen verwendet werden
In diesem Tutorial zu eingebetteten Systemen werden wir nun einige wichtige Begriffe behandeln, die in eingebetteten Systemen verwendet werden.
Zuverlässigkeit
Dieses Maß für die Überlebenswahrscheinlichkeit des Systems, wenn die Funktion während der Laufzeit kritisch ist.
Fehlertoleranz
Unter Fehlertoleranz versteht man die Fähigkeit eines Computersystems, Fehler zu überstehen.
Echtzeit
Das eingebettete System muss verschiedene zeitliche und andere Einschränkungen erfüllen. Sie werden ihm durch das natürliche Echtzeitverhalten der Außenwelt auferlegt.
Zum Beispiel eine Abteilung der Luftwaffe, die … tracDie k ankommenden Raketenangriffe müssen aufgrund des strengen Echtzeit-Zeitlimits ihren Gegenangriff präzise berechnen und planen. Andernfalls werden sie zerstört.
Flexibilität
Dabei handelt es sich um den Aufbau von Systemen mit integrierten Debugging-Möglichkeiten, die eine Fernwartung ermöglichen.
Sie bauen beispielsweise ein Raumschiff, das auf einem anderen Pflanzgefäß landet, um verschiedene Arten von Daten zu sammeln und die gesammelten Details an uns zurückzusenden. Wenn dieses Raumschiff verrückt wird und die Kontrolle verliert, sollten wir in der Lage sein, eine wichtige Diagnose zu stellen. Daher ist Flexibilität beim Entwurf eines eingebetteten Systems von entscheidender Bedeutung.
Tragbarkeit
Portabilität ist ein Maß dafür, wie einfach dieselbe eingebettete Software in verschiedenen Umgebungen verwendet werden kann. Sie erfordert allgemeine absolute Sicherheit.tracVerbindungen zwischen der Anwendungslogik selbst und den Systemschnittstellen auf niedriger Ebene.
Was ist Mikrocontroller?
Ein Mikrocontroller ist eine Ein-Chip-VLSI-Einheit, die auch Mikrocomputer genannt wird. Er enthält alle benötigten Speicher- und I/O-Schnittstellen, während ein Allzweck-Mikroprozessor zusätzliche Chips benötigt, um diese notwendigen Funktionen bereitzustellen. Mikrocontroller werden häufig in eingebetteten Systemen für Echtzeitsteuerungsanwendungen eingesetzt.
Was ist ein Mikroprozessor?
Ein Mikroprozessor ist ein Einzelchip-Halbleitergerät. Seine CPU enthält einen Programmzähler, eine ALU, einen Stapelzeiger, ein Arbeitsregister und eine Taktgeberschaltung. Es beinhaltet auch ROM und RAM, Speicherdecoder und viele serielle und parallele Anschlüsse.
ArchiStruktur des eingebetteten Systems
Nachfolgend sehen Sie die grundlegende Architektur des eingebetteten Systems:
1) Fühler
Mithilfe eines Sensors können Sie physikalische Größen messen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Außerdem speichert er die gemessene Größe im Speicher. Dieses Signal kann von einem Beobachter oder einem elektronischen Instrument wie einem A2D-Wandler gelesen werden.
2) AD-Konverter
Mit dem AD-Wandler (Analog-Digital-Wandler) können Sie ein vom Sensor gesendetes analoges Signal in ein digitales Signal umwandeln.
3) Speicher
Der Speicher wird zum Speichern von Informationen verwendet. Das eingebettete System enthält hauptsächlich zwei Speicherzellen: 1) flüchtiger und 2) nichtflüchtiger Speicher.
4) Prozessor und ASICs
Diese Komponente verarbeitet die Daten, um die Ausgabe zu messen und im Speicher zu speichern.
5) DA-Konverter
Der DA-Wandler (ein Digital-Analog-Wandler) hilft Ihnen, die vom Prozessor zugeführten digitalen Daten in analoge Daten umzuwandeln.
6) Aktuator
Mit einem Stellantrieb können Sie die vom DA-Wandler gelieferte Leistung mit der darin gespeicherten tatsächlichen Leistung vergleichen und die genehmigte Leistung im Speicher speichern.
Arten eingebetteter Systeme
Drei Arten eingebetteter Systeme sind:
- Kleiner Maßstab
- Mittlere Skala
- Anspruchsvoll
Kleine eingebettete Systeme
Dieses eingebettete System kann mit einem einzelnen 8- oder 16-Bit-Mikrocontroller realisiert werden. Es kann mithilfe einer Batterie betrieben werden. Für die Entwicklungping Für kleine eingebettete Systeme sind ein Editor, ein Assembler (IDE) und ein Cross-Assembler von größter Bedeutung. Programmierwerkzeuge.
Eingebettete Systeme mittleren Maßstabs
Diese Arten von eingebetteten Systemen werden mit 16- oder 32-Bit-Mikrocontrollern entwickelt. Diese Systeme bieten sowohl Hardware- als auch Softwarekomplexität. C, C++, Java, und Quellcode-Engineering-Tools usw. werden verwendet, um diese Art von eingebettetem System zu entwickeln.
Anspruchsvolle eingebettete Systeme
Diese Art von eingebetteten Systemen weist viele Hardware- und Softwarekomplexitäten auf. Sie benötigen möglicherweise IPS, ASIPS, PLAs, Konfigurationsprozessoren oder skalierbare Prozessoren. Für die Entwicklung dieses Systems benötigen Sie Hardware- und Software-Co-Design und Komponenten, die im endgültigen System kombiniert werden müssen.
Unterschied zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller
Erfahren Sie den Unterschied zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller
| Mikroprozessor | Mikrocontroller |
|---|---|
| Es verwendet Funktionsblöcke wie Register, ALU, Timing und Steuereinheiten. | Es verwendet Funktionsblöcke von Mikroprozessoren wie RAM, Timer, Parallels I/O, ADC und DAC. |
| Bei Mikroprozessoren gibt es weniger Bithandhabungsanweisungen, nur einen oder zwei Typen. | Der Mikrocontroller bietet viele Arten von Bit-Handhabungsanweisungen. |
| Bietet schnelle Code- und Datenbewegungen zwischen externem Speicher und Mikroprozessor. | Bietet schnelle Bewegungen von Code und Daten im Mikrocontroller. |
| Hilft Ihnen bei der Entwicklung universeller digitaler Computersysteme. | Hilft Ihnen, anwendungsspezifische dedizierte Systeme zu entwerfen. |
| Es ermöglicht Ihnen, Multitasking gleichzeitig auszuführen. | Es handelt sich um ein einzelnes aufgabenorientiertes System. |
| Im Mikroprozessorsystem können Sie die Anzahl der benötigten Speicher- oder E/A-Ports festlegen. | In Mikrocontroller-Systemen ist ein Mikrocontroller aufgrund der festen Anzahl an Speicher oder E/A ideal für die Ausführung einer bestimmten Aufgabe. |
| Bietet Unterstützung für externen Speicher und E/A-Ports, was das System schwerer und teurer macht. | Dieser Systemtyp ist leicht und im Vergleich zum Mikroprozessor billiger. |
| Externe Geräte benötigen mehr Platz und ihr Stromverbrauch ist deutlich höher. | Diese Art von System benötigt weniger Platz und der Stromverbrauch ist ebenfalls sehr gering. |
Anwendungen eingebetteter Systeme
Im Folgenden sind die wichtigen Anwendungen eingebetteter Systeme aufgeführt:
Roboterwissenschaft
- Bodenfahrzeuge
- Drohnen
- Unterwasserfahrzeuge
- Industrieroboter
Medizintechnik
- Dialyse-Apparat
- Infusionspumpen
- Herzmonitor
- Prothetisches Gerät
Automobilindustrie
- Motorsteuerung
- Zündanlage
- Bremssystem
Netzwerken
- Router
- Naben
- Gateways
- Elektronische Instrumente
Heimgeräte
- TVs
- DigiAlarmanlage
- Klimagerät
- DVD-Videoplayer
- Kameras
Automobiles
- Kraftstoffeinspritzung
- Lighting System
- Türschlösser
- Air Bags
- Windows
- Parkassistentsystem
- Anti-Diebstahl-Alarme Whippers Motion
Industrial Control
- Robotik
- Bar Systeme
- Raketen
- Kernreaktoren
- Raumstationen
- Shuttles
Vorteile des eingebetteten Systems
Hier sind die Vorteile/Vorteile der Verwendung von Embedded System:
- Es ist in der Lage, eine Vielzahl von Umgebungen abzudecken
- Less wahrscheinlich Wiederholungsfehler
- Das eingebettete System vereinfacht die Hardware, was insgesamt die Kosten senkt.
- Bietet eine verbesserte Leistung
- Das eingebettete System ist für die Massenproduktion nützlich.
- Das eingebettete System ist äußerst zuverlässig.
- Es gibt nur sehr wenige Verbindungen.
- Das eingebettete System ist klein.
- Die Bedienung ist schnell.
- Bietet eine verbesserte Produktqualität.
- Es optimiert die Nutzung der Systemressourcen.
- Es verfügt über einen Niedrigstrombetrieb.
Nachteile des eingebetteten Systems
Hier sind wichtige Nachteile/Nachteile der Verwendung eines eingebetteten Systems aufgeführt.
- Die Entwicklung eines eingebetteten Systems erfordert einen hohen Entwicklungsaufwand.
- Die Markteinführung dauert lange.
- Eingebettete Systeme erfüllen eine sehr spezifische Aufgabe und können daher nicht für verschiedene Aufgaben programmiert werden.
- Eingebettete Systeme bieten nur sehr begrenzte Speicherressourcen.
- Es bietet keine technologische Verbesserung.
- Es ist schwierig, eingebettete Dateien zu sichern.
