Учебное пособие по встраиваемым системам: что такое, история и характеристики

Прежде чем мы изучим встроенную систему, давайте узнаем:

Что такое система?

Система – это устройство, в котором все ее компоненты работают в соответствии с определенными правилами. Это метод организации, работы или выполнения одной или нескольких задач в соответствии с фиксированным планом.

Пример встроенных систем

Лазерный принтер

Лазерные принтеры являются одним из примеров встроенных систем, которые используют встроенные системы для управления различными аспектами печати. Помимо выполнения основной задачи печати, он должен принимать вводимые пользователем данные, управлять связью с компьютерной системой, устранять неисправности, распознавать бумаги, оставленные в лотке, и т. д.

Здесь основная задача микропроцессора — понять текст и управлять печатающей головкой таким образом, чтобы она выбрасывала чернила туда, где это необходимо.

Для этого ему необходимо декодировать различные файлы, предоставленные ему, и понять шрифт и графику. Для обработки данных потребуется значительное время ЦП, а также для обработки данных пользователя, управления двигателями и т. д.

История встроенной системы

Вот важные вехи из истории встраиваемых систем:

• В 1960 году встроенная система была впервые использована Чарльзом Старком Дрейпером в Массачусетском технологическом институте для разработки системы наведения Apollo.
• В 1965 году компания Autonetics разработала D-17B — компьютер, используемый в системе наведения ракет «Минитмен».
• В 1968 году была выпущена первая встроенная система для автомобиля.
• Компания Texas Instruments разработала первый микроконтроллер в 1971 году.
• В 1987 году компания Wind River выпустила первую встроенную операционную систему VxWorks.
• MicrosoftАвтора Windows встроенный CE в 1996 году.
• К концу 1990-х годов появилась первая встроенная система Linux.
• В 140 году рынок встраиваемых систем достигнет 2013 миллиардов долларов.
• Аналитики прогнозируют, что к 40 году рынок встраиваемых систем превысит 2030 миллиардов долларов.

Характеристики встроенной системы

Ниже приведены важные характеристики встроенной системы:

• Требует производительности в реальном времени
• Он должен иметь высокую доступность и надежность.
• Разработан на базе операционной системы реального времени.
• Обычно имеют простую и бездисковую операцию, загрузку из ПЗУ.
• Создан для одной конкретной задачи
• Он должен быть подключен к периферийным устройствам для подключения устройств ввода и вывода.
• Обеспечивает высокую надежность и стабильность.
• Нужен минимальный пользовательский интерфейс
• Ограниченная память, низкая стоимость, меньшее энергопотребление
• Это не требует никаких вторичная память в компьютере.

Важная терминология, используемая во встроенной системе

Теперь в этом руководстве по встраиваемым системам мы рассмотрим некоторые важные термины, используемые во встроенных системах.

Надежность

Это мера вероятности выживания системы, когда функция является критической во время выполнения.

Отказоустойчивость

Отказоустойчивость — это способность компьютерной системы выживать при наличии сбоев.

Реальное время

Встроенная система должна соответствовать различным временным и другим ограничениям. Они навязаны ему естественным поведением внешнего мира в реальном времени.

Например, подразделение ВВС, которое отслеживает приближающиеся ракетные атаки, должно точно рассчитывать и планировать свои контратаки из-за жестких сроков в реальном времени. В противном случае он будет уничтожен.

Трансформируемость

Он создает системы со встроенными возможностями отладки, которые позволяют осуществлять удаленное обслуживание.

Например, вы строите космический корабль, который приземлится на другой плантаторе для сбора различных типов данных и отправки собранных подробностей обратно нам. Если этот космический корабль сошел с ума и потерял управление, мы сможем провести важную диагностику. Таким образом, гибкость имеет жизненно важное значение при разработке встроенной системы.

Портативность

Портативность — это мера простоты использования одного и того же встроенного программного обеспечения в различных средах. Он требует обобщенных абстракций между самой логикой прикладной программы и низкоуровневыми системными интерфейсами.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер — это однокристальный блок СБИС, который также называют микрокомпьютером. Он содержит всю необходимую память и интерфейсы ввода-вывода, тогда как микропроцессору общего назначения требуются дополнительные микросхемы для выполнения этих необходимых функций. Микроконтроллеры широко используются во встроенных системах для приложений управления в реальном времени.

Что такое микропроцессор?

Микропроцессор представляет собой однокристальное полупроводниковое устройство. Его ЦП содержит программный счетчик, АЛУ, указатель стека, рабочий регистр и тактовую схему. Он также включает в себя ПЗУ и ОЗУ, декодер памяти и множество последовательных и параллельных портов.

Archiструктура встроенной системы

Ниже представлена ​​базовая архитектура встроенной системы:

1) Датчик

Датчик помогает вам измерить физическую величину и преобразовать ее в электрический сигнал. Он также сохраняет измеренную величину в памяти. Этот сигнал может быть получен наблюдателем или любым электронным инструментом, например A2D-конвертером.

2) AD-конвертер

АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) позволяет преобразовывать аналоговый сигнал, посылаемый датчиком, в цифровой сигнал.

3) Память

Память используется для хранения информации. Встроенная система в основном содержит две ячейки памяти: 1) энергозависимую 2) энергонезависимую память.

4) Процессор и ASIC

Этот компонент обрабатывает данные для измерения выходных данных и сохранения их в памяти.

5) DA-конвертер

DA-конвертер (цифро-аналоговый преобразователь) помогает преобразовывать цифровые данные, поступающие от процессора, в аналоговые данные.

6) Привод

Исполнительный механизм позволяет сравнивать выходной сигнал DA-преобразователя с фактическим выходным сигналом, хранящимся в нем, и сохраняет утвержденный выходной сигнал в памяти.

Типы встроенных систем

Три типа встроенных систем:

• Малый масштаб
• Средний масштаб
• Сложный

Встроенные системы малого масштаба

Эта встроенная система может быть спроектирована с использованием одного 8- или 16-битного микроконтроллера. Его можно эксплуатировать с помощью аккумулятора. Для разработки небольших встраиваемых систем наиболее важными являются редактор, ассемблер (IDE) и кросс-ассемблер. инструменты программирования.

Встроенные системы среднего масштаба

Эти типы встроенных систем разработаны с использованием 16 или 32-битных микроконтроллеров. Эти системы предлагают как аппаратные, так и программные сложности. C, C++, Java, а также инструменты разработки исходного кода и т. д. используются для разработки такого рода встроенных систем.

Сложные встроенные системы

Этот тип встроенных систем имеет множество сложностей с аппаратным и программным обеспечением. Вам могут потребоваться IPS, ASIPS, PLA, процессор конфигурации или масштабируемые процессоры. Для разработки этой системы вам потребуется совместная разработка аппаратного и программного обеспечения, а также компоненты, которые необходимо объединить в окончательную систему.

Разница между микропроцессором и микроконтроллером

Узнайте разницу между Микропроцессор и микроконтроллер

Микропроцессор	Микроконтроллеры
Он использует функциональные блоки, такие как регистр, АЛУ, синхронизацию и блоки управления.	Он использует функциональные блоки микропроцессоров, такие как ОЗУ, таймер, параллельный ввод-вывод, АЦП и ЦАП.
В микропроцессоре инструкций по обработке битов меньше, только один или два типа.	Микроконтроллер предлагает множество типов инструкций по обработке битов.
Обеспечивает быстрое перемещение кода и данных между внешней памятью и микропроцессором.	Обеспечивает быстрое перемещение кода и данных в микроконтроллере.
Помогает вам разработать систему цифровых компьютеров общего назначения.	Помогает вам разрабатывать специализированные системы для конкретных приложений.
Это позволяет вам выполнять несколько задач одновременно.	Это единая ориентированная на задачу система.
В микропроцессорной системе вы можете выбрать необходимое количество памяти или портов ввода-вывода.	В системе микроконтроллера фиксированное количество памяти или ввода-вывода делает микроконтроллер идеальным для выполнения конкретной задачи.
Предлагает поддержку внешней памяти и портов ввода-вывода, что делает систему более тяжелой и дорогостоящей.	Этот тип системы легче и дешевле по сравнению с микропроцессором.
Внешним устройствам требуется больше места, а их энергопотребление значительно выше.	Этот тип системы занимает меньше места, а энергопотребление также очень низкое.

Приложения встроенных систем

Ниже приведены важные применения встроенной системы:

Робототехника

• Наземная техника
• беспилотники
• Подводные транспортные средства
• Промышленные роботы

Мед

• Диализ машина
• Инфузионные насосы
• Кардиомонитор
• Протезное устройство

Автомобильная

• Контроль двигателя
• Система зажигания
• Тормозная система

Networking

• Маршрутизатор
• Хабы
• шлюзы
• Электроника Инструменты

Домашние устройства

• Телевизоры
• DigiТальная сигнализация
• Кондиционер
• DVD-видеоплеер
• Камеры

Автомобили

• Впрыск топлива
• Система освещения
• Дверные замки
• Подушки безопасности
• Windows
• Система помощи при парковке
• Сигнализация против кражи Whippers Motion

Промышленные управления

• Робототехника
• Система контроля
• Баллистические ракеты
• Ядерные реакторы
• Космические станции
• Челноки

Преимущества встроенной системы

Вот плюсы/преимущества использования встроенной системы:

• Он способен охватить широкий спектр сред.
• Less вероятно, вызовет ошибки на бис
• Встроенная система упрощает аппаратное обеспечение, что снижает общие затраты.
• Обеспечивает улучшенную производительность
• Встроенная система полезна для массового производства.
• Встроенная система отличается высокой надежностью.
• У него очень мало взаимосвязей.
• Встроенная система имеет небольшие размеры.
• Имеет быструю работу.
• Предлагает улучшенное качество продукции.
• Это оптимизирует использование системных ресурсов.
• Он имеет низкую мощность работы.

Недостатки встроенной системы

Вот важные минусы/недостатки использования встроенной системы.

• Разработка встроенной системы требует больших усилий по разработке.
• Для выхода на рынок требуется много времени.
• Встроенные системы выполняют очень специфическую задачу, поэтому их нельзя запрограммировать на выполнение разных задач.
• Встроенные системы предлагают очень ограниченные ресурсы памяти.
• Никаких технологических усовершенствований он не предлагает.
• Резервное копирование встроенных файлов затруднено.

Итого

• Система — это устройство, в котором все ее компоненты работают в соответствии с определенными правилами.
• Определение встроенной системы: Встроенные системы означают комбинацию компьютерного программного обеспечения и аппаратных средств, возможности которых либо фиксированы, либо программируются.
• Примером встроенных систем является лазерный принтер, который управляет различными аспектами печати.
• В 1960 году встроенная система была впервые использована Чарльзом Старком Дрейпером в Массачусетском технологическом институте для разработки системы наведения Apollo.
• Встроенная система требует производительности в реальном времени
• Мера надежности вероятности выживания системы, когда функция является критической во время выполнения.
• Отказоустойчивость — это способность компьютерной системы выживать при наличии сбоев.
• Встроенная система должна соответствовать различным временным и другим ограничениям.
• Гибкость заключается в создании систем со встроенными возможностями отладки, которые позволяют осуществлять удаленное обслуживание.
• Портативность — это мера простоты использования одного и того же встроенного программного обеспечения в различных средах.
• Микроконтроллер — это однокристальный блок СБИС, который также называют микрокомпьютером.
• Микропроцессор представляет собой однокристальное полупроводниковое устройство. Его ЦП содержит программный счетчик, АЛУ, указатель стека, рабочий регистр и тактовую схему.
• ArchiСтруктура встроенной системы включает в себя: датчик, АЦП, память, процессор и ASIC, ЦАП и исполнительный механизм.
• Три типа встроенных систем: 1) малые, 2) средние и 3) сложные.
• Основное различие между микропроцессором и микроконтроллером заключается в том, что в микропроцессоре количество инструкций по обработке битов меньше, в то время как микроконтроллер предлагает множество типов инструкций по обработке битов.
• Применение встраиваемой системы включает в себя: 1) робототехнику, 2) медицину, 3) автомобильную промышленность, 3) сетевые технологии, 4) бытовые устройства, 5) автомобили и 6) промышленное управление.
• Основным преимуществом встроенной системы является то, что она способна охватывать самые разные среды.
• Основным недостатком встроенной системы является то, что для ее выхода на рынок требуется много времени.