Tutorial privind sistemele încorporate: ce este, istorie și caracteristici

Înainte de a învăța Sistemul încorporat, să învățăm:

Ce este un sistem?

Un sistem este un aranjament în care toate componentele sale funcționează conform regulilor specifice definite. Este o metodă de organizare, lucru sau îndeplinire a uneia sau mai multor sarcini conform unui plan fix.

Exemplu de sisteme încorporate

Imprimanta laser

Imprimantele laser sunt unul dintre exemplele de sisteme încorporate care utilizează sisteme încorporate pentru a gestiona diverse aspecte ale imprimării. În afară de îndeplinirea sarcinii principale de tipărire, trebuie să preia intrările utilizatorilor, să gestioneze comunicarea cu sistemul computerizat, să gestioneze defecțiunile și să detecteze hârtiile rămase pe tavă etc.

Aici, sarcina principală a microprocesorului este să înțeleagă textul și să controleze capul de imprimare în așa fel încât să descarce cerneala acolo unde este nevoie.

Pentru a realiza acest lucru, trebuie să decodeze diferitele fișiere care îi sunt date și să înțeleagă fontul și grafica. Va consuma un timp substanțial al procesorului pentru a procesa datele și va trebui să preia intrările utilizatorului, să controleze motoarele etc.

Istoria sistemului embedded

Iată reperele importante din istoria sistemului încorporat:

• În 1960, sistemul embdded a fost folosit pentru prima dată pentru dezvoltarea sistemului de ghidare Apollo de către Charles Stark Draper la MIT.
• În 1965, Autonetics, a dezvoltat D-17B, computerul folosit în sistemul de ghidare a rachetelor Minuteman.
• În 1968, a fost lansat primul sistem încorporat pentru un vehicul.
• Texas Instruments a dezvoltat primul microcontroler în 1971.
• În 1987, primul sistem de operare încorporat, VxWorks, a fost lansat de Wind River.
• Microsoft'S Windows CE încorporat în 1996.
• La sfârșitul anilor 1990, a apărut primul sistem Linux încorporat.
• Piața încorporată ajunge la 140 de miliarde de dolari în 2013.
• Analiștii preconizează o piață integrată mai mare de 40 de miliarde de dolari până în 2030.

Caracteristicile unui sistem încorporat

Următoarele sunt caracteristicile importante ale unui sistem încorporat:

• Necesită performanță în timp real
• Ar trebui să aibă disponibilitate și fiabilitate ridicate.
• Dezvoltat în jurul unui sistem de operare în timp real
• De obicei, au o operație ușoară și fără disc, boot ROM
• Proiectat pentru o sarcină specifică
• Trebuie să fie conectat cu periferice pentru a conecta dispozitivele de intrare și ieșire.
• Oferă fiabilitate și stabilitate ridicate
• Este necesară o interfață de utilizator minimă
• Memorie limitată, costuri reduse, consumuri mai puține de energie
• Nu are nevoie de niciunul memorie secundară în calculator.

Terminologie importante utilizate în sistemul încorporat

Acum, în acest tutorial de sisteme încorporate, vom acoperi câțiva termeni importanți utilizați în sistemul încorporat.

Încredere

Această măsură a probabilității de supraviețuire a sistemului atunci când funcția este critică în timpul de rulare.

Toleranță la erori

Fault-Tolerance este capacitatea unui sistem informatic de a supraviețui în prezența defecțiunilor.

În timp real

Sistemul încorporat trebuie să îndeplinească diferite constrângeri de sincronizare și alte constrângeri. Ele îi sunt impuse de comportamentul natural în timp real al lumii exterioare.

De exemplu, un departament al forțelor aeriene care ține evidența atacurilor cu rachete primite trebuie să calculeze și să planifice cu precizie contraatacul, din cauza termenului limită greu în timp real. Altfel, va fi distrus.

Flexibilitate

Construiește sisteme cu oportunități de depanare încorporate care permit întreținerea de la distanță.

De exemplu, construiți o navă spațială care va ateriza pe o altă plantatoare pentru a colecta diferite tipuri de date și pentru a ne trimite înapoi detaliile colectate. Dacă această navă a înnebunit și și-ar pierde controlul, ar trebui să putem face un diagnostic important. Prin urmare, flexibilitatea este vitală atunci când proiectați un sistem încorporat.

Portabilitate

Portabilitatea este o măsură a ușurinței utilizării aceluiași software încorporat în diferite medii. Necesită abstracții generalizate între logica programului de aplicație în sine și interfețele de sistem de nivel scăzut.

Ce este microcontrolerul?

Un microcontroler este o unitate VLSI cu un singur cip, numită și microcomputer. Conține toată memoria și interfețele I/O necesare, în timp ce un microprocesor de uz general are nevoie de cipuri suplimentare pentru a oferi aceste funcții necesare. Microcontrolerele sunt utilizate pe scară largă în sistemele încorporate pentru aplicații de control în timp real.

Ce este un microprocesor?

Un microprocesor este un dispozitiv semiconductor cu un singur cip. CPU-ul său conține un numărător de programe, un ALU un indicator de stivă, un registru de lucru, un circuit de sincronizare a ceasului. De asemenea, include ROM și RAM, decodor de memorie și multe porturi seriale și paralele.

Architectura sistemului încorporat

Mai jos este arhitectura de bază a sistemului încorporat:

1) Senzor

Senzorul vă ajută să măsurați mărimea fizică și să o convertiți într-un semnal electric. De asemenea, stochează cantitatea măsurată în memorie. Acest semnal poate fi gata de un observator sau de orice instrument electronic, cum ar fi convertorul A2D.

2) Convertor AD

Convertorul AD (convertor analog-digital) vă permite să convertiți un semnal analog trimis de senzor într-un semnal digital.

3) Memoria

Memoria este folosită pentru a stoca informații. Sistemul încorporat conține în principal două celule de memorie 1) Volatil 2) Memorie non-volatilă.

4) Procesor și ASIC-uri

Această componentă procesează datele pentru a măsura rezultatul și a le stoca în memorie.

5) Convertor DA

Convertorul DA (A digital-to-analog converter) vă ajută să convertiți datele digitale alimentate de procesor în date analogice.

6) Actuator

Un actuator vă permite să comparați ieșirea dată de convertorul DA cu ieșirea reală stocată în acesta și stochează ieșirea aprobată în memorie.

Tipuri de sisteme încorporate

Trei tipuri de sisteme încorporate sunt:

• Scară mică
• Scară medie
• Sofisticat

Sisteme încorporate la scară mică

Acest sistem încorporat poate fi proiectat cu un singur microcontroler de 8 sau 16 biți. Poate fi operat cu ajutorul unei baterii. Pentru dezvoltarea unui sistem încorporat la scară mică, un editor, un asamblator (IDE) și un asamblator încrucișat sunt cele mai importante. instrumente de programare.

Sisteme încorporate la scară medie

Aceste tipuri de sisteme încorporate sunt proiectate folosind microcontrolere pe 16 sau 32 de biți. Aceste sisteme oferă atât complexități hardware cât și software. C, C++, Java, și instrumentul de inginerie a codului sursă etc. sunt folosite pentru a dezvolta acest tip de sistem încorporat.

Sisteme încorporate sofisticate

Acest tip de sisteme încorporate au o mulțime de complexități hardware și software. Este posibil să aveți nevoie de IPS, ASIPS, PLA-uri, procesoare de configurare sau procesoare scalabile. Pentru dezvoltarea acestui sistem, aveți nevoie de co-proiectare hardware și software și componente care trebuie să se combine în sistemul final.

Diferența dintre microprocesor și microcontroler

Aflați diferența dintre Microprocesor și microcontroler

Microprocesor	microcontroler
Folosește blocuri funcționale precum registrul, ALU, cronometrarea și unitățile de control.	Utilizează blocuri funcționale de microprocesoare precum RAM, temporizator, I/O paralele, ADC și DAC.
În Microprocesor, instrucțiunile de manipulare a biților sunt mai puține, doar unul sau două tipuri.	Microcontrolerul oferă multe tipuri de instrucțiuni de manipulare a biților.
Oferă mișcări rapide de cod și date între memoria externă și microprocesor.	Oferă mișcări rapide de cod și date în microcontroler.
Vă ajută să proiectați un sistem de calculatoare digitale de uz general.	Vă ajută să proiectați sisteme dedicate specifice aplicației.
Vă permite să faceți multitasking la un moment dat.	Este un sistem orientat pe o singură sarcină.
În sistemul cu microprocesor, puteți decide numărul de porturi de memorie sau I/O necesare.	În sistemul Microcontroller, numărul fix pentru memorie sau I/O face ca un microcontroler să fie ideal pentru a finaliza sarcina specifică.
Oferă suport pentru memorie externă și porturi I/O, ceea ce îl face sistemul mai greu și mai costisitor.	Acest tip de sistem este ușor și mai ieftin în comparație cu microprocesorul.
Dispozitivele externe au nevoie de mai mult spațiu, iar consumul lor de energie este destul de mai mare.	Acest tip de sistem consumă mai puțin spațiu, iar consumul de energie este, de asemenea, foarte scăzut.

Aplicații ale sistemelor încorporate

Următoarele sunt aplicațiile importante ale sistemului Embedded:

Știința robotică

• Vehicule terestre
• Drone
• Vehicule subacvatice
• Roboti industriali

Medical

• Aparat de dializa
• Pompe de perfuzie
• Monitor cardiac
• Dispozitiv protetic

Automotive

• Controlul motorului
• Sistem de aprindere
• Sistem de franare

Rețele

• Router
• huburi
• gateways
• Instrumente electronice

Dispozitive casnice

• televizoare
• DigiTal Alarmă
• Aer Conditionat
• DVD Video Player
• Aparate foto

automobile

• Injecție de combustibil
• Sistem de iluminare
• Încuietori pentru uși
• Air Bag-uri
• Windows
• Sistem asistent de parcare
• Alarme antifurt Whippers Motion

Control industrial

• Robotica
• Sistem de control
• Rachetele
• Reactoare nucleare
• Stații spațiale
• ecluza

Avantajele sistemului încorporat

Iată avantajele/beneficiile utilizării sistemului încorporat:

• Este capabil să acopere o mare varietate de medii
• Less susceptibile de a introduce erori
• Sistemul încorporat a simplificat hardware-ul, ceea ce reduce costurile în general.
• Oferă o performanță îmbunătățită
• Sistemul încorporat este util pentru producția de masă.
• Sistemul încorporat este foarte fiabil.
• Are foarte puține interconexiuni.
• Sistemul încorporat este de dimensiuni reduse.
• Are o funcționare rapidă.
• Oferă o calitate îmbunătățită a produsului.
• Optimizează utilizarea resurselor sistemului.
• Are o funcționare cu putere redusă.

Dezavantajele sistemului încorporat

Iată dezavantajele / dezavantajele importante ale utilizării sistemului Embedded.

• Pentru a dezvolta un sistem încorporat necesită un efort mare de dezvoltare.
• Are nevoie de mult timp pentru comercializare.
• Sistemele încorporate îndeplinesc o sarcină foarte specifică, deci nu pot fi programate să facă lucruri diferite.
• Sistemele încorporate oferă resurse foarte limitate pentru memorie.
• Nu oferă nicio îmbunătățire tehnologică.
• Este dificil să faci copii de rezervă ale fișierelor încorporate.

Rezumat

• Un sistem este un aranjament în care toate componentele sale lucrează conform regulilor specifice definite.
• Definiția Sistemului încorporat: Sistemele încorporate înseamnă o combinație de software și hardware de calculator, care este fie cu capacitate fixă, fie programabilă.
• Un exemplu de sisteme încorporate este imprimanta laser care gestionează diverse aspecte ale tipăririi.
• În 1960, sistemul embdded a fost folosit pentru prima dată pentru dezvoltarea sistemului de ghidare Apollo de către Charles Stark Draper la MIT.
• Sistemul încorporat necesită performanță în timp real
• Măsura de fiabilitate a probabilității de supraviețuire a sistemului atunci când funcția este critică în timpul de rulare.
• Fault-Tolerance este capacitatea unui sistem informatic de a supraviețui în prezența defecțiunilor.
• Sistemul încorporat trebuie să îndeplinească diferite constrângeri de sincronizare și alte constrângeri.
• Flexibilitatea constă în construirea de sisteme cu oportunități de depanare încorporate care permit întreținerea de la distanță.
• Portabilitatea este o măsură a ușurinței utilizării aceluiași software încorporat în diferite medii.
• Un microcontroler este o unitate VLSI cu un singur cip, numită și microcomputer.
• Un microprocesor este un dispozitiv semiconductor cu un singur cip. CPU-ul său conține un numărător de programe, un ALU un indicator de stivă, un registru de lucru, un circuit de sincronizare a ceasului.
• ArchiTectura sistemului încorporat include: Senzor, Convertor AD, Memorie, Procesor și ASIC-uri, Convertor DA și Actuator.
• Trei tipuri de sisteme încorporate sunt: ​​1) la scară mică, 2) la scară medie și 3) sofisticate.
• Diferența majoră între microprocesor și microcontroler este că în microprocesor, instrucțiunile de manipulare a biților sunt mai puține, în timp ce Microcontrolerul oferă multe tipuri de instrucțiuni de manipulare a biților.
• Aplicarea sistemului încorporat include: 1) știință robotică, 2) medical, 3) auto, 3) rețele, 4) dispozitive de acasă, 5) automobile și 6) control industrial.
• Avantajele majore ale Sistemului încorporat sunt că este capabil să acopere o mare varietate de medii.
• Dezavantajul major al Sistemului încorporat este că are nevoie de mult timp pentru comercializare.