Sulautettujen järjestelmien opetusohjelma: Mikä on, historia ja ominaisuudet

Ennen kuin opimme sulautetun järjestelmän, opimme:

Mikä on järjestelmä?

Järjestelmä on järjestely, jossa kaikki sen osat toimivat tiettyjen määriteltyjen sääntöjen mukaisesti. Se on tapa organisoida, työskennellä tai suorittaa yksi tai useampi tehtävä kiinteän suunnitelman mukaan.

Esimerkki sulautetuista järjestelmistä

Laser-tulostin

Lasertulostimet ovat yksi esimerkkejä sulautetuista järjestelmistä, jotka käyttävät sulautettuja järjestelmiä tulostuksen eri osa-alueiden hallintaan. Tulostuksen päätehtävän suorittamisen lisäksi sen on otettava käyttäjien syötteitä, hallittava tietoliikennettä tietokonejärjestelmän kanssa, käsiteltävä vikoja ja tunnistettava lokeroon jääneet paperit jne.

Tässä mikroprosessorin päätehtävänä on ymmärtää tekstiä ja ohjata tulostuspäätä siten, että se purkaa mustetta sinne, missä sitä tarvitaan.

Tämän suorittamiseksi sen on purettava sille annetut tiedostot ja ymmärrettävä fontti ja grafiikka. Se kuluttaa huomattavasti CPU-aikaa tietojen käsittelyyn, ja sen on otettava käyttäjän syötteitä, ohjausmoottoreita jne.

Sulautetun järjestelmän historia

Tässä on tärkeitä virstanpylväitä sulautetun järjestelmän historiasta:

• Vuonna 1960 Charles Stark Draper MIT:ssä käytti sulautettua järjestelmää ensimmäisen kerran Apollo-opastusjärjestelmän kehittämiseen.
• Vuonna 1965 Autonetics kehitti D-17B:n, tietokoneen, jota käytettiin Minuteman-ohjusten ohjausjärjestelmässä.
• Vuonna 1968 julkaistiin ensimmäinen ajoneuvon sulautettu järjestelmä.
• Texas Instruments kehitti ensimmäisen mikro-ohjaimen vuonna 1971.
• Vuonna 1987 Wind River julkaisi ensimmäisen sulautetun käyttöjärjestelmän, VxWorksin.
• Microsoft'S Windows sulautettu CE vuonna 1996.
• 1990-luvun lopulla ilmestyi ensimmäinen sulautettu Linux-järjestelmä.
• Sulautetut markkinat saavuttavat 140 miljardia dollaria vuonna 2013.
• Analyytikot ennustavat sulautettujen markkinoiden olevan yli 40 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä.

Sulautetun järjestelmän ominaisuudet

Seuraavat ovat tärkeitä sulautetun järjestelmän ominaisuuksia:

• Edellyttää reaaliaikaista suorituskykyä
• Sen käytettävyyden ja luotettavuuden tulee olla korkea.
• Kehitetty reaaliaikaisen käyttöjärjestelmän ympärille
• Yleensä on helppo ja levytön toiminta, ROM-käynnistys
• Suunniteltu yhteen tiettyyn tehtävään
• Se on liitettävä oheislaitteiden kanssa tulo- ja lähtölaitteiden kytkemiseksi.
• Tarjoaa korkean luotettavuuden ja vakauden
• Tarvitaan minimaalinen käyttöliittymä
• Rajoitettu muisti, alhaiset kustannukset, vähemmän virrankulutusta
• Se ei vaadi yhtään toissijainen muisti tietokoneessa.

Tärkeitä sulautetussa järjestelmässä käytettyjä terminologioita

Nyt tässä Embedded Systems -opetusohjelmassa käsittelemme joitain tärkeitä sulautetussa järjestelmässä käytettyjä termejä.

Luotettavuus

Tämä mitta järjestelmän selviytymistodennäköisyydestä, kun toiminto on kriittinen ajon aikana.

Vikasietoisuus

Vikasietoisuus on tietokonejärjestelmän kykyä selviytyä vikojen esiintyessä.

REAALIAIKAINEN

Sulautetun järjestelmän on täytettävä erilaisia ​​ajoitus- ja muita rajoituksia. Ulkomaailman reaaliaikainen luonnollinen käyttäytyminen pakottaa ne siihen.

Esimerkiksi ilmavoimien osaston, joka seuraa saapuvia ohjusiskuja, on laskettava ja suunniteltava tarkasti vastahyökkäyksensä kovan reaaliaikaisen määräajan vuoksi. Muuten se tuhoutuu.

Joustavuus

Se rakentaa järjestelmiä, joissa on sisäänrakennetut virheenkorjausmahdollisuudet, mikä mahdollistaa etäylläpidon.

Olet esimerkiksi rakentamassa avaruusalusta, joka laskeutuu toiselle istutuskoneelle keräämään erilaisia ​​tietoja ja lähettämään kerätyt tiedot takaisin meille. Jos tämä avaruusalus menisi hulluksi ja menettäisi hallinnan, meidän pitäisi pystyä tekemään tärkeä diagnoosi. Joten joustavuus on elintärkeää sulautettua järjestelmää suunniteltaessa.

siirrettävyys

Siirrettävyys mittaa saman sulautetun ohjelmiston käytön helppoutta eri ympäristöissä. Se vaatii yleisiä abstraktioita itse sovellusohjelmalogiikan ja matalan tason järjestelmärajapintojen välillä.

Mikä on mikrokontrolleri?

Mikro-ohjain on yksisiruinen VLSI-yksikkö, jota kutsutaan myös mikrotietokoneeksi. Se sisältää kaikki tarvittavat muisti- ja I/O-liitännät, kun taas yleiskäyttöinen mikroprosessori tarvitsee lisäsiruja tarjotakseen näitä tarpeellisia toimintoja. Mikrokontrollereita käytetään laajalti sulautetuissa järjestelmissä reaaliaikaisissa ohjaussovelluksissa.

Mikä on mikroprosessori?

Mikroprosessori on yksisiruinen puolijohdelaite. Sen prosessori sisältää ohjelmalaskurin, ALU:n pinoosoittimen, työrekisterin ja kelloajoituspiirin. Se sisältää myös ROM ja RAM, muistidekooderi ja monet sarja- ja rinnakkaisportit.

Archisulautetun järjestelmän rakenne

Alla on sulautetun järjestelmän perusarkkitehtuuri:

1) anturi

Anturi auttaa sinua mittaamaan fyysisen suuren ja muuntaa sen sähköiseksi signaaliksi. Se myös tallentaa mitatun määrän muistiin. Tämän signaalin voi valmistaa tarkkailija tai mikä tahansa elektroninen instrumentti, kuten A2D-muunnin.

2) AD-muunnin

AD-muuntimen (analogi-digitaalimuunnin) avulla voit muuntaa anturin lähettämän analogisen signaalin digitaaliseksi signaaliksi.

3) Muisti

Muistia käytetään tietojen tallentamiseen. Embedded System sisältää pääosin kaksi muistisolua 1) Haihtuva 2) Haihtumaton muisti.

4) Prosessori ja ASIC

Tämä komponentti käsittelee tiedot mitatakseen lähdön ja tallentaakseen sen muistiin.

5) DA-muunnin

DA-muunnin (Digital-to-analog converter) auttaa sinua muuttamaan prosessorin syöttämän digitaalisen tiedon analogiseksi dataksi.

6) Toimilaite

Toimilaitteen avulla voit verrata DA-muuntimen antamaa lähtöä siihen tallennettuun todelliseen lähtöön ja tallentaa hyväksytyn lähdön muistiin.

Sulautetun järjestelmän tyypit

Kolme sulautettujen järjestelmien tyyppiä ovat:

• Pieni mittakaava
• Keskikokoinen
• Hienostunut

Pienet sulautetut järjestelmät

Tämä sulautettu järjestelmä voidaan suunnitella yhdellä 8- tai 16-bittisellä mikro-ohjaimella. Sitä voidaan käyttää akun avulla. Pienen mittakaavan sulautetun järjestelmän kehittämisessä editori, assembler (IDE) ja cross assembler ovat tärkeimpiä. ohjelmointityökalut.

Keskikokoiset sulautetut järjestelmät

Tämäntyyppiset sulautetut järjestelmät on suunniteltu käyttämällä 16- tai 32-bittisiä mikrokontrollereita. Nämä järjestelmät tarjoavat sekä laitteiston että ohjelmiston monimutkaisuutta. C, C++, Java, ja lähdekoodin suunnittelutyökalua jne. käytetään tällaisen sulautetun järjestelmän kehittämiseen.

Kehittyneet sulautetut järjestelmät

Tämän tyyppisissä sulautetuissa järjestelmissä on paljon laitteiston ja ohjelmiston monimutkaisuutta. Saatat tarvita IPS-, ASIPS-, PLA-, konfigurointiprosessorin tai skaalautuvia prosessoreita. Tämän järjestelmän kehittämiseen tarvitaan laitteiston ja ohjelmiston yhteissuunnittelua ja komponentteja, jotka on yhdistettävä lopullisessa järjestelmässä.

Ero mikroprosessorin ja mikro-ohjaimen välillä

Opi ero Mikroprosessori ja mikro-ohjain

Mikroprosessori	mikro
Se käyttää toiminnallisia lohkoja, kuten rekisteriä, ALU:ta, ajoitusta ja ohjausyksiköitä.	Se käyttää mikroprosessorien toiminnallisia lohkoja, kuten RAM-muistia, ajastinta, rinnakkaisliitäntöjä, ADC:tä ja DAC:ta.
Mikroprosessorissa bitinkäsittelyohjeita on vähemmän, vain yksi tai kaksi tyyppiä.	Mikrokontrolleri tarjoaa monenlaisia ​​bitinkäsittelyohjeita.
Tarjoaa nopean koodin ja tiedon siirron ulkoisen muistin ja mikroprosessorin välillä.	Tarjoaa nopeat koodin ja datan liikkeet mikrokontrollerissa.
Auttaa suunnittelemaan yleiskäyttöisen digitaalisen tietokonejärjestelmän.	Auttaa suunnittelemaan sovelluskohtaisia ​​järjestelmiä.
Sen avulla voit tehdä moniajoja kerralla.	Se on yksi tehtäväkeskeinen järjestelmä.
Mikroprosessorijärjestelmässä voit päättää tarvittavan muistin tai I/O-porttien määrän.	Mikrokontrollerijärjestelmässä muistin tai I/O:n kiinteä numero tekee mikro-ohjaimesta ihanteellisen tietyn tehtävän suorittamiseen.
Tarjoaa tuen ulkoiselle muistille ja I/O-porteille, mikä tekee siitä raskaamman ja kalliimman järjestelmän.	Tämäntyyppinen järjestelmä on kevyt ja halvempi verrattuna mikroprosessoriin.
Ulkoiset laitteet tarvitsevat enemmän tilaa, ja niiden virrankulutus on huomattavasti suurempi.	Tämän tyyppinen järjestelmä vie vähemmän tilaa, ja myös virrankulutus on erittäin alhainen.

Sulautettujen järjestelmien sovellukset

Seuraavat ovat sulautetun järjestelmän tärkeät sovellukset:

Robottitiede

• Maankäyttöiset ajoneuvot
• Drones
• Vedenalaiset ajoneuvot
• Teollisuuden robotit

lääketieteellinen

• Dialyysikone
• Infuusiopumput
• Sydänmonitori
• Proteesi laite

Automotive

• Moottorinohjaus
• Sytytysjärjestelmä
• Brake System

Networking

• reititin
• solmukohdat
• Gateways
• Elektroniikka-instrumentit

Kodin laitteet

• televisiot
• Digital Hälytys
• Ilmastointilaite
• DVD-videosoitin
• kamerat

Autot

• Polttoaineen syöttö
• Valaisujärjestelmä
• Ovien lukot
• Turvatyynyt
• Windows
• Pysäköintiavustajajärjestelmä
• Varastamista estävät hälyttimet Whippers Motion

Industrial Control

• Ohjelmistorobotiikka
• Ohjausjärjestelmä
• ohjukset
• Ydinreaktorit
• Avaruusasemat
• sukkulat

Sulautetun järjestelmän edut

Tässä on sulautetun järjestelmän edut/edut:

• Se pystyy kattamaan monenlaisia ​​ympäristöjä
• Less aiheuttaa todennäköisesti virheitä
• Embedded System yksinkertaistettu laitteisto, joka vähentää kokonaiskustannuksia.
• Tarjoaa parannetun suorituskyvyn
• Sulautettu järjestelmä on hyödyllinen massatuotannossa.
• Sulautettu järjestelmä on erittäin luotettava.
• Sillä on hyvin vähän yhteyksiä.
• Sulautettu järjestelmä on kooltaan pieni.
• Sillä on nopea toiminta.
• Tarjoaa parempaa tuotteiden laatua.
• Se optimoi järjestelmäresurssien käytön.
• Sen toiminta on vähäistä.

Sulautetun järjestelmän haitat

Tässä on tärkeät haitat / haitat sulautetun järjestelmän käytöstä.

• Sulautetun järjestelmän kehittäminen vaatii suurta kehitystyötä.
• Markkinoiminen vaatii pitkän ajan.
• Sulautetut järjestelmät suorittavat hyvin tietyn tehtävän, joten niitä ei voi ohjelmoida tekemään erilaisia ​​asioita.
• Sulautetut järjestelmät tarjoavat hyvin rajalliset muistiresurssit.
• Se ei tarjoa mitään teknistä parannusta.
• Upotettujen tiedostojen varmuuskopiointi on vaikeaa.

Yhteenveto

• Järjestelmä on järjestely, jossa kaikki sen komponentit toimivat tiettyjen määriteltyjen sääntöjen mukaisesti.
• Sulautetun järjestelmän määritelmä: Sulautetut järjestelmät tarkoittavat tietokoneohjelmiston ja laitteiston yhdistelmää, joka on joko kiinteä tai ohjelmoitava.
• Esimerkki sulautetuista järjestelmistä on lasertulostin, joka hallitsee tulostuksen eri osa-alueita.
• Vuonna 1960 Charles Stark Draper MIT:ssä käytti sulautettua järjestelmää ensimmäisen kerran Apollo-opastusjärjestelmän kehittämiseen.
• Sulautettu järjestelmä vaatii reaaliaikaista suorituskykyä
• Luotettavuusmittari järjestelmän selviytymistodennäköisyydestä, kun toiminto on kriittinen ajon aikana.
• Vikasietoisuus on tietokonejärjestelmän kykyä selviytyä vikojen esiintyessä.
• Sulautetun järjestelmän on täytettävä erilaisia ​​ajoitus- ja muita rajoituksia.
• Joustavuus on järjestelmien rakentamista sisäänrakennetuilla virheenkorjausmahdollisuuksilla, jotka mahdollistavat etäylläpidon.
• Siirrettävyys mittaa saman sulautetun ohjelmiston käytön helppoutta eri ympäristöissä.
• Mikro-ohjain on yksisiruinen VLSI-yksikkö, jota kutsutaan myös mikrotietokoneeksi.
• Mikroprosessori on yksisiruinen puolijohdelaite. Sen prosessori sisältää ohjelmalaskurin, ALU:n pinoosoittimen, työrekisterin ja kelloajoituspiirin.
• ArchiSulautetun järjestelmän rakenne sisältää: anturin, AD-muuntimen, muistin, prosessorin ja ASIC:t, DA-muuntimen ja toimilaitteen.
• Kolmen tyyppisiä sulautettuja järjestelmiä ovat: 1) Pienikokoiset, 2) Keskikokoiset ja 3) Kehittyneet.
• Suurin ero mikroprosessorin ja mikrokontrollerin välillä on se, että mikroprosessorissa bitinkäsittelyohje on vähemmän, kun taas mikrokontrolleri tarjoaa monenlaisia ​​bitinkäsittelyohjeita.
• Sulautetun järjestelmän soveltaminen sisältää: 1) robottitieteen, 2) lääketieteen, 3) autoteollisuuden, 3) verkkotekniikan, 4) kodin laitteet, 5) autot ja 6) teollisen ohjauksen.
• Sulautetun järjestelmän tärkeimmät edut ovat, että se pystyy kattamaan monenlaisia ​​ympäristöjä.
• Embedded Systemin suurin haittapuoli on, että sen markkinoille saattaminen vaatii pitkän ajan.