Zelfstudie over embedded systemen: wat is, geschiedenis en kenmerken

Voordat we Embedded System leren, laten we het volgende leren:

Wat is een systeem?

Een systeem is een arrangement waarvan alle componenten werken volgens de specifiek gedefinieerde regels. Het is een methode om een ​​of meer taken volgens een vast plan te organiseren, te werken of uit te voeren.

Wat is een embedded systeem?

Embedded systeem is een combinatie van computersoftware en hardware met een vaste capaciteit of programmeerbaar. Een embedded systeem kan een onafhankelijk systeem zijn, maar kan ook deel uitmaken van een groot systeem. Het is meestal ontworpen voor een specifieke functie of functies binnen een groter systeem. Een brandalarm is bijvoorbeeld een bekend voorbeeld van een ingebed systeem dat alleen rook kan detecteren.

Voorbeeld van ingebedde systemen

Laser Printer

Laserprinters zijn een van de voorbeelden van ingebedde systemen die ingebedde systemen gebruiken om verschillende aspecten van het afdrukken te beheren. Naast het uitvoeren van de hoofdtaak, het afdrukken, moet het de invoer van gebruikers verwerken, de communicatie met het computersysteem beheren, fouten afhandelen en papers op de lade achtergelaten, enz.

Hier is de hoofdtaak van de microprocessor het begrijpen van de tekst en het zodanig besturen van de printkop dat deze inkt afgeeft waar deze nodig is.

Om dit uit te voeren, moet het de verschillende bestanden die het krijgt decoderen en het lettertype en de afbeeldingen begrijpen. Het zal aanzienlijke CPU-tijd kosten om de gegevens te verwerken, maar ook gebruikersinvoer, besturingsmotoren, enz.

Geschiedenis van het ingebedde systeem

Hier volgen belangrijke mijlpalen uit de geschiedenis van embedded systemen:

  • In 1960 werd het ingebedde systeem voor het eerst gebruikt voor de ontwikkeling van het Apollo Guidance System door Charles Stark Draper van het MIT.
  • In 1965 ontwikkelde Autonetics de D-17B, de computer die wordt gebruikt in het Minuteman-raketgeleidingssysteem.
  • In 1968 werd het eerste embedded systeem voor een voertuig uitgebracht.
  • Texas Instruments ontwikkelde in 1971 de eerste microcontroller.
  • In 1987 werd het eerste embedded besturingssysteem, VxWorks, uitgebracht door Wind River.
  • Microsoft's Windows ingebedde CE in 1996.
  • Eind jaren negentig verscheen het eerste ingebedde Linux-systeem.
  • De embedded markt bereikt $140 billion in 2013.
  • Analisten voorspellen een Embedded-markt van meer dan $40 billion tegen 2030.

Kenmerken van een ingebed systeem

Kenmerken van een ingebed systeem
Kenmerken van een ingebed systeem

Following zijn belangrijke kenmerken van een embedded systeem:

  • Vereist realtime prestaties
  • Het moet een hoge beschikbaarheid en betrouwbaarheid hebben.
  • Ontwikkeld rond een real-time operating systeem
  • Meestal heb je een gemakkelijke en een schijfloze operatie, ROM-boot
  • Ontworpen voor één specifieke taak
  • Het moet worden aangesloten op randapparatuur om invoer- en uitvoerapparaten aan te sluiten.
  • Biedt hoge betrouwbaarheid en stabiliteit
  • Minimale gebruikersinterface nodig
  • Beperkt geheugen, lage kosten, minder stroomverbruik
  • Het heeft er geen nodig tweede geheugen in computer.

Belangrijke terminologieën die worden gebruikt in embedded systemen

In deze zelfstudie over embedded systemen bespreken we enkele belangrijke termen die in embedded systemen worden gebruikt.

Betrouwbaarheid

Deze maatstaf voor de overlevingskans van het systeem wanneer de functie kritisch is tijdens de looptijd.

Fouttolerantie

Fouttolerantie is het vermogen van een computersysteem om te overleven in de aanwezigheid van fouten.

Real-Time

Een ingebed systeem moet aan verschillende timing- en andere beperkingen voldoen. Ze worden eraan opgelegd door het real-time natuurlijke gedrag van de buitenwereld.

Een luchtmachtafdeling die inkomende raketaanvallen bijhoudt, moet bijvoorbeeld hun tegenaanval nauwkeurig berekenen en plannen vanwege de harde realtime deadline. Anderwise, het wordt vernietigdyed.

Flexibiliteit

Het bouwt systemen met ingebouwde foutopsporingsmogelijkheden die onderhoud op afstand mogelijk maken.

U bouwt bijvoorbeeld een ruimtevaartuig dat op een andere planter zal landen om verschillende soorten gegevens te verzamelen en de verzamelde details naar ons terug te sturen. Als dit ruimtevaartuig krankzinnig zou worden en de controle zou verliezen, zouden we een belangrijke diagnose moeten kunnen stellen. Flexibiliteit is dus van cruciaal belang bij het ontwerpen van een embedded systeem.

Draagbaarheid

Draagbaarheid is een maatstaf voor het gemak waarmee dezelfde embedded software in verschillende omgevingen kan worden gebruikt. Het vereist gegeneraliseerde abstracties tussen de logica van het applicatieprogramma zelf en de systeeminterfaces op laag niveau.

Wat is microcontroller?

Een microcontroller is een VLSI-eenheid met één chip, ook wel microcomputer genoemd. Het bevat alle benodigde geheugen- en I/O-interfaces, terwijl een microprocessor voor algemeen gebruik extra chips nodig heeft om deze noodzakelijke functies te kunnen bieden. Microcontrollers worden veel gebruikt in embedded systemen voor real-time besturingstoepassingen.

Wat is een microprocessor?

Een microprocessor is een halfgeleiderapparaat met één chip. De CPU bevat een programmateller, een ALU, een stapelwijzer, een werkregister en een kloktimingcircuit. Het omvat ook ROM en RAM, geheugendecoder en vele seriële en parallelle poorten.

Archistructuur van het Embedded System

Hieronder vindt u de basis archistructuur van het Embedded Systeem:

Archistructuur van het Embedded System
Archistructuur van het Embedded System

1) Sensor:

Sensor helpt u de fysieke grootheid te meten en om te zetten in een elektrisch signaal. Het slaat ook de gemeten hoeveelheid op in het geheugen. Dit signaal kan gereed zijn voor een waarnemer of voor een willekeurige elektricientronic-instrument zoals A2D-converter.

2) AD-converter

Met de AD-converter (analoog-naar-digitaal-omzetter) kunt u een door de sensor verzonden analoog signaal omzetten in een digitaal signaal.

3) Geheugen

Geheugen wordt gebruikt om informatie op te slaan. Embedded System bevat hoofdzakelijk twee geheugencellen 1) Vluchtig 2) Niet-vluchtig geheugen.

4) Processor en ASIC's

Dit onderdeel verwerkt de gegevens om de uitvoer te meten en in het geheugen op te slaan.

5) DA-converter

DA-converter (een digitaal-naar-analoog-omzetter) helpt u de digitale gegevens die door de processor worden aangevoerd, om te zetten naar analoge gegevens.

6) Aandrijving

Met een actuator kunt u de output van de DA-converter vergelijken met de daadwerkelijke output die daarin is opgeslagen en de goedgekeurde output in het geheugen opslaan.

Soorten ingebedde systemen

Er zijn drie soorten embedded systemen:

  • Kleinschalig
  • Middelgrote schaal
  • Geraffineerd
Soorten ingebedde systemen

Soorten ingebedde systemen

Kleinschalige ingebedde systemen

Dit embedded systeem kan worden ontworpen met een enkele 8- of 16-bits microcontroller. Het kan zijn operamet behulp van een batterij. Voor het ontwikkelen van kleinschalige embedded systemen zijn een editor, assembler (IDE) en cross-assembler het meest essentieel programmeertools.

Middelgrote ingebedde systemen

Dit soort embedded systemen zijn ontworpen met behulp van 16- of 32-bits microcontrollers. Deze systemen bieden zowel hardware- als softwarecomplexiteiten. C, C++, Java en broncode-engineeringtools enz. worden gebruikt om dit soort ingebedde systemen te ontwikkelen.

Geavanceerde ingebedde systemen

Dit type embedded systemen heeft veel hardware- en softwarecomplexiteiten. Mogelijk hebt u IPS, ASIPS, PLA's, configuratieprocessor of schaalbare processors nodig. Voor de ontwikkeling van dit systeem heb je hardware- en software-co-design en componenten nodig die in het uiteindelijke systeem moeten worden gecombineerd.

Verschil tussen microprocessor en microcontroller

Leer het verschil tussen Microprocessor en microcontroller

Microprocessor Microcontrollers
Het maakt gebruik van functionele blokken zoals register-, ALU-, timing- en besturingseenheden. Het maakt gebruik van functionele blokken van microprocessors zoals RAM, timer, parallels I/O, ADC en DAC.
In microprocessor is de bitverwerkingsinstructie minder, slechts één of twee typen. Microcontroller biedt vele soorten instructies voor bitverwerking.
Biedt snelle verplaatsingen van code en gegevens tussen extern geheugen en microprocessor. Biedt snelle bewegingen van code en gegevens in de microcontroller.
Helpt u bij het ontwerpen van digitale computersystemen voor algemene doeleinden. Helpt u bij het ontwerpen van toepassingsspecifieke specifieke systemen.
Hiermee kunt u tegelijkertijd multitasken. Het is een enkel taakgericht systeem.
In een microprocessorsysteem kunt u het aantal benodigde geheugen- of I/O-poorten bepalen. In een microcontrollersysteem maakt het vaste nummer voor geheugen of I/O een microcontroller ideaal om de specifieke taak te voltooien.
Biedt ondersteuning voor extern geheugen en I/O-poorten, waardoor het systeem zwaarder en duurder wordt. Dit type systeem is lichtgewicht en goedkoperares naar de microprocessor.
Externe apparaten hebben meer ruimte nodig en hun stroomverbruik is aanzienlijk hoger. Dit type systeem neemt minder ruimte in beslag en het stroomverbruik is ook erg laag.

Toepassingen van ingebedde systemen

Following zijn de belangrijke toepassingen van het Embedded-systeem:

Robotachtige wetenschap

  • Grondvoertuigen
  • Drones
  • Onderwatervoertuigen
  • Industriële robots

MEDISCHE

  • Dialyse-apparaat
  • infuuspompen
  • Hartmonitor
  • Prothetisch apparaat

Automotive

  • Motor controle
  • Ontbrandingssysteem
  • Remsysteem

Netwerken

  • router
  • hubs
  • gateways
  • Electronics-instrumenten

Home-apparaten

  • TVs
  • Digitaal alarm
  • Airconditioning
  • dvd-videospeler
  • camera's

Automobiles

  • Brandstof injectie
  • Verlichtingssysteem
  • Deursloten
  • Airbags
  • Windows
  • Parkeerassistentiesysteem
  • Anti-diefstalalarmen Whippers Motion

Industrial Control

  • Robotics
  • Controle systeem
  • Raketten
  • Kernreactor
  • Ruimtestations
  • shuttles

Voordelen van ingebed systeem

Hier zijn de voor- en voordelen van het gebruik van een ingebed systeem:

  • Het kan een grote verscheidenheid aan omgevingen bestrijken
  • Minder kans op toegiftfouten
  • Embedded System vereenvoudigde hardware, waardoor de totale kosten worden verlaagd.
  • Biedt verbeterde prestaties
  • Het embedded systeem is nuttig voor massaproductie.
  • Het embedded systeem is zeer betrouwbaar.
  • Het heeft zeer weinig onderlinge verbindingen.
  • Het embedded systeem is klein van formaat.
  • Het heeft een snelle operatie.
  • Biedt verbeterde productkwaliteit.
  • Het optimaliseert het gebruik van systeembronnen.
  • Het heeft een laag vermogen operatie.

Nadelen van ingebed systeem

Hier volgen belangrijke nadelen/nadelen van het gebruik van het Embedded-systeem.

  • Het ontwikkelen van een embedded systeem vergt een grote ontwikkelingsinspanning.
  • Het heeft een lange tijd nodig om op de markt te komen.
  • Embedded systemen voeren een heel specifieke taak uit en kunnen dus niet worden geprogrammeerd om andere dingen te doen.
  • Embedded systemen bieden zeer beperkte geheugenbronnen.
  • Het biedt geen enkele technologische verbetering.
  • Het is moeilijk om een ​​back-up te maken van ingesloten bestanden.

Samengevat

  • Een systeem is een arrangement waarbij alle componenten werken volgens de specifieke gedefinieerde regels.
  • Embedded System-definitie: Embedded systemen betekent een combinatie van computersoftware en hardware met een vaste capaciteit of programmeerbaar.
  • Een voorbeeld van ingebedde systemen is een laserprinter die verschillende aspecten van het afdrukken beheert.
  • In 1960 werd het ingebedde systeem voor het eerst gebruikt voor de ontwikkeling van het Apollo Guidance System door Charles Stark Draper van het MIT.
  • Een ingebed systeem vereist realtime prestaties
  • Betrouwbaarheidsmaatstaf voor de overlevingskans van het systeem wanneer de functie kritisch is tijdens de looptijd.
  • Fouttolerantie is het vermogen van een computersysteem om te overleven in de aanwezigheid van fouten.
  • Een ingebed systeem moet aan verschillende timing- en andere beperkingen voldoen.
  • Flexibiliteit betekent het bouwen van systemen met ingebouwde foutopsporingsmogelijkheden die onderhoud op afstand mogelijk maken.
  • Draagbaarheid is een maatstaf voor het gemak waarmee dezelfde embedded software in verschillende omgevingen kan worden gebruikt.
  • Een microcontroller is een VLSI-eenheid met één chip, ook wel microcomputer genoemd.
  • Een microprocessor is een halfgeleiderapparaat met één chip. De CPU bevat een programmateller, een ALU, een stapelwijzer, een werkregister en een kloktimingcircuit.
  • ArchiDe structuur van het ingebedde systeem omvat: sensor, AD-converter, geheugen, processor en ASIC's, DA-converter en actuator.
  • Er zijn drie typen ingebedde systemen: 1) Kleinschalig, 2) Middelgroot en 3) Geavanceerd.
  • Het grote verschil tussen In Microprocessor en Microcontroller is dat In Microprocessor de bitverwerkingsinstructie minder is, terwijl Microcontroller vele soorten bitverwerkingsinstructie biedt.
  • Toepassing van ingebedde systemen omvat: 1) Robotica, 2) Medisch, 3) Automobiel, 3) Netwerken, 4) Thuisapparaten, 5) Auto's en 6) Industriële besturing.
  • De belangrijkste voordelen van Embedded System zijn dat het een grote verscheidenheid aan omgevingen kan bestrijken.
  • Het grote nadeel van Embedded System is dat het een lange tijd nodig heeft om het op de markt te brengen.