임베디드 시스템 튜토리얼: 정의, 역사 및 특성

임베디드 시스템을 배우기 전에 다음 사항을 알아봅시다.

시스템이란 무엇입니까?

시스템은 모든 구성 요소가 정의된 특정 규칙에 따라 작동하는 배열입니다. 정해진 계획에 따라 하나 이상의 작업을 구성, 작업 또는 수행하는 방법입니다.

임베디드 시스템의 예

레이저 프린터

레이저 프린터는 임베디드 시스템을 사용하여 인쇄의 다양한 측면을 관리하는 임베디드 시스템의 예 중 하나입니다. 인쇄의 주요 작업을 수행하는 것 외에도 사용자 입력을 받고, 컴퓨터 시스템과의 통신을 관리하고, 오류를 처리하고, 트레이에 남아 있는 용지를 감지하는 등의 작업을 해야 합니다.

여기서 마이크로프로세서의 주요 임무는 텍스트를 이해하고 필요한 곳에 잉크를 토출하는 방식으로 인쇄 헤드를 제어하는 ​​것입니다.

이를 수행하려면 제공된 다양한 파일을 디코딩하고 글꼴과 그래픽을 이해해야 합니다. 데이터를 처리하는 데 상당한 CPU 시간을 소비할 뿐만 아니라 사용자 입력, 모터 제어 등을 받아야 합니다.

임베디드 시스템의 역사

임베디드 시스템의 역사에서 중요한 이정표는 다음과 같습니다.

• 1960년 MIT의 Charles Stark Draper가 Apollo Guidance System을 개발하기 위해 내장형 시스템을 처음 사용했습니다.
• 1965년 오토네틱스는 미니트맨 미사일 유도 시스템에 사용되는 컴퓨터인 D-17B를 개발했습니다.
• 1968년에는 최초의 차량용 임베디드 시스템이 출시되었습니다.
• Texas Instruments는 1971년에 최초의 마이크로컨트롤러를 개발했습니다.
• 1987년 윈드리버는 최초의 임베디드 OS인 VxWorks를 출시했습니다.
• Microsoft의 Windows 1996년에 CE를 내장했습니다.
• 1990년대 후반에 최초의 임베디드 Linux 시스템이 등장했습니다.
• 140년 임베디드 시장 규모는 2013억 달러에 달했습니다.
• 분석가들은 40년까지 임베디드 시장 규모가 2030억 달러를 넘어설 것으로 예상하고 있습니다.

임베디드 시스템의 특징

임베디드 시스템의 중요한 특징은 다음과 같습니다.

• 실시간 성능이 필요합니다
• 가용성과 안정성이 높아야 합니다.
• 실시간 운영 체제를 중심으로 개발되었습니다.
• 일반적으로 디스크가 없는 쉬운 작업, ROM 부팅
• 하나의 특정 작업을 위해 설계됨
• 입력 및 출력 장치를 연결하려면 주변 장치와 연결되어야 합니다.
• 높은 신뢰성과 안정성 제공
• 최소한의 사용자 인터페이스가 필요함
• 제한된 메모리, 저렴한 비용, 더 적은 전력 소비
• 그것은 아무것도 필요하지 않습니다 보조 기억 장치 컴퓨터에서.

임베디드 시스템에 사용되는 주요 용어

이제 이 임베디드 시스템 튜토리얼에서는 임베디드 시스템에서 사용되는 몇 가지 중요한 용어를 다룰 것입니다.

신뢰성

런타임 동안 기능이 중요할 때 시스템의 생존 확률을 측정한 것입니다.

결함 허용

내결함성은 오류가 있는 경우에도 살아남을 수 있는 컴퓨터 시스템의 기능입니다.

실시간

임베디드 시스템은 다양한 타이밍 및 기타 제약 조건을 충족해야 합니다. 그것들은 외부 세계의 실시간 자연스러운 행동에 의해 부과됩니다.

예를 들어, 들어오는 미사일 공격을 추적하는 공군 부서는 엄격한 실시간 마감일 때문에 반격을 정확하게 계산하고 계획해야 합니다. 그렇지 않으면 파괴될 것입니다.

유연성

원격 유지 관리가 가능한 디버깅 기능이 내장된 시스템을 구축하는 것입니다.

예를 들어, 다양한 유형의 데이터를 수집하고 수집된 세부 정보를 다시 우리에게 보내기 위해 다른 화분에 착륙할 우주선을 만들고 있습니다. 만약 이 우주선이 미쳐서 통제력을 상실한다면, 우리는 몇 가지 중요한 진단을 내릴 수 있을 것입니다. 따라서 임베디드 시스템을 설계하는 동안 유연성은 매우 중요합니다.

이식성

이식성은 동일한 임베디드 소프트웨어를 다양한 환경에서 쉽게 사용할 수 있는지를 나타내는 척도입니다. 이를 위해서는 애플리케이션 프로그램 로직 자체와 하위 수준 시스템 인터페이스 간의 일반화된 추상화가 필요합니다.

마이크로컨트롤러란 무엇입니까?

마이크로컨트롤러는 마이크로컴퓨터라고도 불리는 단일 칩 VLSI 장치입니다. 여기에는 필요한 모든 메모리와 I/O 인터페이스가 포함되어 있는 반면, 범용 마이크로프로세서는 이러한 필수 기능을 제공하기 위해 추가 칩이 필요합니다. 마이크로컨트롤러는 실시간 제어 애플리케이션을 위한 임베디드 시스템에 널리 사용됩니다.

마이크로 프로세서 란 무엇입니까?

마이크로프로세서는 단일 칩 반도체 장치입니다. CPU에는 프로그램 카운터, ALU, 스택 포인터, 작업 레지스터, 클럭 타이밍 회로가 포함되어 있습니다. 그것은 또한 포함합니다 ROM 및 RAM, 메모리 디코더 및 많은 직렬 및 병렬 포트.

Archi임베디드 시스템의 구조

임베디드 시스템의 기본 아키텍처는 다음과 같습니다.

1) 센서

센서는 물리적 양을 측정하고 전기 신호로 변환하는 데 도움이 됩니다. 또한 측정된 양을 메모리에 저장합니다. 이 신호는 관찰자나 A2D 컨버터와 같은 전자 기기에 의해 준비될 수 있습니다.

2) AD 변환기

AD 변환기(아날로그-디지털 변환기)를 사용하면 센서에서 보낸 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있습니다.

3) 메모리

메모리는 정보를 저장하는 데 사용됩니다. 임베디드 시스템에는 크게 1개의 메모리 셀(2) 휘발성 XNUMX) 비휘발성 메모리가 포함됩니다.

4) 프로세서 및 ASIC

이 구성요소는 데이터를 처리하여 출력을 측정하고 이를 메모리에 저장합니다.

5) DA 변환기

DA 변환기(디지털-아날로그 변환기)는 프로세서에서 공급되는 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 데 도움이 됩니다.

6) 액츄에이터

액추에이터를 사용하면 DA 변환기에서 제공한 출력을 여기에 저장된 실제 출력과 비교하고 승인된 출력을 메모리에 저장할 수 있습니다.

임베디드 시스템의 종류

임베디드 시스템에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 소규모
• 중간 규모
• 정교한

소규모 임베디드 시스템

이 임베디드 시스템은 단일 8비트 또는 16비트 마이크로컨트롤러로 설계할 수 있습니다. 배터리의 도움으로 작동할 수 있습니다. 소규모 임베디드 시스템을 개발하려면 편집기, 어셈블러(IDE), 크로스 어셈블러가 가장 중요합니다. 프로그래밍 도구.

중형 임베디드 시스템

이러한 유형의 임베디드 시스템은 16비트 또는 32비트 마이크로컨트롤러를 사용하여 설계되었습니다. 이러한 시스템은 하드웨어와 소프트웨어 복잡성을 모두 제공합니다. C, C++, Java, 소스 코드 엔지니어링 도구 등이 이러한 종류의 임베디드 시스템을 개발하는 데 사용됩니다.

정교한 임베디드 시스템

이러한 유형의 임베디드 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어 복잡성이 많습니다. IPS, ASIPS, PLA, 구성 프로세서 또는 확장 가능한 프로세서가 필요할 수 있습니다. 이 시스템을 개발하려면 최종 시스템에서 결합해야 하는 하드웨어 및 소프트웨어 공동 설계 및 구성 요소가 필요합니다.

마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 차이점

차이점을 알아보세요 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러

마이크로 프로세서	마이크로 컨트롤러
레지스터, ALU, 타이밍 및 제어 장치와 같은 기능 블록을 사용합니다.	RAM, 타이머, 병렬 I/O, ADC, DAC와 같은 마이크로프로세서의 기능 블록을 사용합니다.
마이크로프로세서에서는 비트 처리 명령이 적고, 한두 가지 종류만 존재합니다.	마이크로컨트롤러는 다양한 종류의 비트 처리 명령을 제공합니다.
외부 메모리와 마이크로프로세서 간에 코드와 데이터의 빠른 이동을 제공합니다.	마이크로컨트롤러에서 코드와 데이터의 빠른 이동을 제공합니다.
범용 디지털 컴퓨터 시스템을 설계하는 데 도움을 줍니다.	애플리케이션별 전용 시스템을 설계하는 데 도움이 됩니다.
동시에 멀티태스킹을 할 수 있게 해줍니다.	단일 작업 지향 시스템입니다.
마이크로프로세서 시스템에서는 필요한 메모리 또는 I/O 포트 수를 결정할 수 있습니다.	마이크로컨트롤러 시스템에서 메모리 또는 I/O의 고정된 수는 특정 작업을 완료하는 데 마이크로컨트롤러를 이상적으로 만듭니다.
외부 메모리 및 I/O 포트에 대한 지원을 제공하므로 시스템이 더 무겁고 비용이 많이 듭니다.	이러한 유형의 시스템은 마이크로프로세서에 비해 가볍고 저렴합니다.
외부 장치에는 더 많은 공간이 필요하며 전력 소비도 상당히 높습니다.	이러한 유형의 시스템은 공간을 덜 차지하며 전력 소비도 매우 낮습니다.

임베디드 시스템의 응용

임베디드 시스템의 중요한 응용 분야는 다음과 같습니다.

로봇 과학

• 지상 차량
• 드론
• 수중 차량
• 산업용 로봇

의료

• 투석기
• 주입 펌프
• 심장 모니터
• 보철 장치

자동차

• 엔진 제어
• 점화 시스템
• 브레이크 시스템

네트워킹

• 라우터
• 허브
• 게이트웨이
• 전자기기

가정용 기기

• TV를
• Digi탈 알람
• 에어컨
• DVD 비디오 플레이어
• 카메라

자동차

• 연료 분사
• 조명 시스템
• 도어락
• 에어백
• Windows
• 주차 보조 시스템
• 도난 방지 경보 Whippers Motion

산업용 제어

• 로보틱스
• 제어 시스템
• 미사일
• 원자로
• 우주 정거장
• 셔틀

임베디드 시스템의 장점

임베디드 시스템 사용의 장점/이점은 다음과 같습니다.

• 다양한 환경을 커버할 수 있습니다.
• Less 앙코르 실수 가능성
• 임베디드 시스템은 하드웨어를 단순화하여 전반적인 비용을 절감합니다.
• 향상된 성능을 제공합니다
• 임베디드 시스템은 대량 생산에 유용합니다.
• 임베디드 시스템은 신뢰성이 높습니다.
• 상호 연결이 거의 없습니다.
• 임베디드 시스템은 크기가 작습니다.
• 작업이 빠르게 진행됩니다.
• 향상된 제품 품질을 제공합니다.
• 시스템 리소스 사용을 최적화합니다.
• 저전력으로 작동합니다.

임베디드 시스템의 단점

여기에는 임베디드 시스템 사용의 중요한 단점/단점이 있습니다.

• 임베디드 시스템을 개발하려면 많은 개발 노력이 필요합니다.
• 시장에 출시되기까지는 오랜 시간이 필요합니다.
• 임베디드 시스템은 매우 특정한 작업을 수행하므로 다른 작업을 수행하도록 프로그래밍할 수 없습니다.
• 임베디드 시스템은 메모리에 대해 매우 제한된 리소스를 제공합니다.
• 어떠한 기술적 개선도 제공하지 않습니다.
• 내장된 파일은 백업이 어렵습니다.

요약

• 시스템은 모든 구성 요소 조립이 특정 정의 규칙에 따라 작동하는 배열입니다.
• 임베디드 시스템 정의: 임베디드 시스템은 기능이 고정되거나 프로그래밍 가능한 컴퓨터 소프트웨어와 하드웨어의 조합을 의미합니다.
• 임베디드 시스템의 예로는 인쇄의 다양한 측면을 관리하는 레이저 프린터가 있습니다.
• 1960년 MIT의 Charles Stark Draper가 Apollo Guidance System을 개발하기 위해 내장형 시스템을 처음 사용했습니다.
• 임베디드 시스템에는 실시간 성능이 필요합니다.
• 런타임 동안 기능이 중요한 경우 시스템의 생존 확률에 대한 신뢰성 척도입니다.
• 내결함성은 오류가 있는 경우에도 살아남을 수 있는 컴퓨터 시스템의 기능입니다.
• 임베디드 시스템은 다양한 타이밍 및 기타 제약 조건을 충족해야 합니다.
• 유연성이란 원격 유지 관리가 가능한 디버깅 기능이 내장된 시스템을 구축하는 것입니다.
• 이식성은 동일한 임베디드 소프트웨어를 다양한 환경에서 쉽게 사용할 수 있는지를 나타내는 척도입니다.
• 마이크로컨트롤러는 마이크로컴퓨터라고도 불리는 단일 칩 VLSI 장치입니다.
• 마이크로프로세서는 단일 칩 반도체 장치입니다. CPU에는 프로그램 카운터, ALU, 스택 포인터, 작업 레지스터, 클럭 타이밍 회로가 포함되어 있습니다.
• Archi임베디드 시스템의 구조에는 센서, AD 변환기, 메모리, 프로세서 및 ASIC, DA 변환기 및 액추에이터가 포함됩니다.
• 임베디드 시스템에는 1) 소규모, 2) 중간 규모, 3) 정교함의 세 가지 유형이 있습니다.
• 마이크로 프로세서와 마이크로 컨트롤러의 주요 차이점은 마이크로 프로세서에서는 비트 처리 명령이 적고 마이크로 컨트롤러는 다양한 종류의 비트 처리 명령을 제공한다는 것입니다.
• 임베디드 시스템의 적용 분야에는 1) 로봇 과학, 2) 의료, 3) 자동차, 3) 네트워킹, 4) 홈 디바이스, 5) 자동차, 6) 산업 제어 등이 있습니다.
• Embedded System의 가장 큰 장점은 다양한 환경을 커버할 수 있다는 점입니다.
• 임베디드 시스템의 주요 단점은 시장 출시에 오랜 시간이 걸린다는 것입니다.