Handledning för inbyggda system: Vad är, historia och egenskaper

Innan vi lär oss Embedded System, låt oss lära oss:

Vad är ett system?

Ett system är ett arrangemang där alla dess komponenter fungerar enligt de specifikt definierade reglerna. Det är ett sätt att organisera, arbeta eller utföra en eller flera uppgifter enligt en fast plan.

Exempel på inbyggda system

Laserskrivare

Laserskrivare är ett av exemplen på inbyggda system som använder inbyggda system för att hantera olika aspekter av utskriften. Förutom att utföra huvuduppgiften att skriva ut, måste den ta användarinput, hantera kommunikationen med datorsystemet, hantera fel och känna av papper som finns kvar på facket, etc.

Här är mikroprocessorns huvuduppgift att förstå texten och styra skrivhuvudet på ett sådant sätt att det släpper ut bläck där det behövs.

För att utföra detta måste den avkoda de olika filerna som ges till den och förstå typsnittet och grafiken. Det kommer att förbruka avsevärd CPU-tid för att bearbeta data, liksom det måste ta användarinmatningar, styra motorer, etc.

Historik för inbyggt system

Här är viktiga milstolpar från det inbyggda systemets historia:

• 1960 användes det inbyggda systemet för att utveckla Apollo Guidance System av Charles Stark Draper vid MIT.
• 1965 utvecklade Autonetics D-17B, datorn som används i Minutemans missilstyrningssystem.
• 1968 släpptes det första inbyggda systemet för ett fordon.
• Texas Instruments utvecklade den första mikrokontrollern 1971.
• 1987 släpptes det första inbäddade operativsystemet, VxWorks, av Wind River.
• MicrosoftÄr Windows inbäddad CE 1996.
• I slutet av 1990-talet dök det första inbäddade Linux-systemet upp.
• Den inbäddade marknaden nådde 140 miljarder dollar 2013.
• Analytiker förutspår en Embedded-marknad som är större än 40 miljarder dollar till 2030.

Egenskaper hos ett inbyggt system

Följande är viktiga egenskaper hos ett inbäddat system:

• Kräver realtidsprestanda
• Den ska ha hög tillgänglighet och tillförlitlighet.
• Utvecklat kring ett realtidsoperativsystem
• Vanligtvis har enkel och en diskfri operation, ROM-start
• Designad för en specifik uppgift
• Den måste vara ansluten till kringutrustning för att ansluta in- och utgångsenheter.
• Ger hög tillförlitlighet och stabilitet
• Behövde minimalt användargränssnitt
• Begränsat minne, låg kostnad, färre strömförbrukning
• Den behöver inga sekundärt minne i datorn.

Viktiga terminologier som används i inbyggda system

Nu i denna handledning för inbyggda system kommer vi att täcka några viktiga termer som används i inbäddade system.

Pålitlighet

Detta mått på systemets överlevnadssannolikhet när funktionen är kritisk under körtiden.

Feltolerans

Feltolerans är förmågan hos ett datorsystem att överleva i närvaro av fel.

Real-Time

Det inbäddade systemet måste uppfylla olika timing och andra begränsningar. De påtvingas den av den yttre världens naturliga beteende i realtid.

Till exempel måste en flygvapenavdelning som håller reda på inkommande missilattacker exakt beräkna och planera sin motattack på grund av hård realtidsdeadline. Annars kommer den att förstöras.

Flexibilitet

Det är byggsystem med inbyggda felsökningsmöjligheter som möjliggör fjärrunderhåll.

Till exempel bygger du en rymdfarkost som kommer att landa på en annan planteringsmaskin för att samla in olika typer av data och skicka insamlad information tillbaka till oss. Om den här rymdfarkosten blev galen och tappade kontrollen borde vi kunna göra en viktig diagnostik. Så flexibilitet är avgörande när man designar ett inbyggt system.

Portabilitet

Portabilitet är ett mått på hur lätt det är att använda samma inbäddade programvara i olika miljöer. Det kräver generaliserade abstraktioner mellan själva applikationsprogrammets logik och systemgränssnitten på låg nivå.

Vad är mikrokontroller?

En mikrokontroller är en VLSI-enhet med ett chip som även kallas mikrodator. Den innehåller alla minnes- och I/O-gränssnitt som behövs, medan en mikroprocessor för allmänt bruk behöver ytterligare chips än dessa nödvändiga funktioner. Mikrokontroller används i stor utsträckning i inbyggda system för realtidskontrollapplikationer.

Vad är en mikroprocessor?

En mikroprocessor är en halvledarenhet med ett chip. Dess CPU innehåller en programräknare, en ALU en stackpekare, arbetsregister, en klocktidkrets. Det ingår också ROM och RAM, minnesavkodare och många seriella och parallella portar.

Archidet inbyggda systemet

Nedan är den grundläggande arkitekturen för det inbyggda systemet:

1) Sensor

Sensorn hjälper dig att mäta den fysiska kvantiteten och omvandlar den till en elektrisk signal. Den lagrar också den uppmätta kvantiteten i minnet. Denna signal kan vara klar av en observatör eller av vilket elektroniskt instrument som helst som A2D-omvandlare.

2) AD Converter

AD-omvandlare (analog-till-digital-omvandlare) låter dig omvandla en analog signal som skickas av sensorn till en digital signal.

3) Minne

Minnet används för att lagra information. Inbyggt system innehåller huvudsakligen två minnesceller 1) Flyktigt 2) Icke-flyktigt minne.

4) Processor och ASIC

Denna komponent bearbetar data för att mäta utdata och lagra den i minnet.

5) DA-omvandlare

DA-omvandlare (en digital-till-analog-omvandlare) hjälper dig att konvertera digitala data som matas av processorn till analoga data.

6) Ställdon

Ett ställdon låter dig jämföra den utsignal som ges av DA-omvandlaren med den faktiska utsignalen som är lagrad i den och lagrar den godkända utsignalen i minnet.

Typer av inbyggda system

Tre typer av inbyggda system är:

• Liten skala
• Medelstor skala
• Sofistikerad

Småskaliga inbyggda system

Detta inbäddade system kan utformas med en enda 8- eller 16-bitars mikrokontroller. Den kan drivas med hjälp av ett batteri. För att utveckla småskaligt inbyggt system är en editor, assembler, (IDE) och cross assembler de viktigaste programmeringsverktyg.

Medelstora inbyggda system

Dessa typer av inbyggda system är designade med 16 eller 32-bitars mikrokontroller. Dessa system erbjuder både hårdvaru- och mjukvarukomplexitet. C, C++, Java, och källkodsteknik, etc. används för att utveckla denna typ av inbäddade system.

Sofistikerade inbyggda system

Denna typ av inbyggda system har många hård- och mjukvarukomplexiteter. Du kan behöva IPS, ASIPS, PLA, konfigurationsprocessor eller skalbara processorer. För utvecklingen av detta system behöver du samdesign av hårdvara och mjukvara och komponenter som måste kombineras i det slutliga systemet.

Skillnaden mellan mikroprocessor och mikrokontroller

Lär dig skillnaden mellan Mikroprocessor och mikrokontroller

Mikroprocessorn	mikrokontrollers
Den använder funktionsblock som register, ALU, timing och styrenheter.	Den använder funktionella block av mikroprocessorer som RAM, timer, parallella I/O, ADC och DAC.
I mikroprocessor är bithanteringsinstruktionen mindre, endast en eller två typer.	Mikrokontroller erbjuder många typer av bithanteringsinstruktioner.
Erbjuder snabba rörelser av kod och data mellan externt minne och mikroprocessor.	Erbjuder snabba rörelser av kod och data i mikrokontrollern.
Hjälper dig att designa digitala datorsystem för allmänna ändamål.	Hjälper dig att designa applikationsspecifika dedikerade system.
Det låter dig göra multitasking åt gången.	Det är ett enda uppgiftsorienterat system.
I mikroprocessorsystem kan du bestämma antalet minne eller I/O-portar som behövs.	I mikrokontrollersystem gör det fasta numret för minne eller I/O en mikrokontroller idealisk för att slutföra den specifika uppgiften.
Erbjuder stöd för externt minne och I/O-portar, vilket gör det tyngre och dyrare system.	Denna typ av system är lätt och billigare jämfört med mikroprocessorn.
Externa enheter behöver mer utrymme, och deras strömförbrukning är ganska högre.	Denna typ av system förbrukar mindre utrymme och strömförbrukningen är också mycket låg.

Tillämpningar av inbyggda system

Följande är de viktiga tillämpningarna av det inbäddade systemet:

Robotvetenskap

• Markfordon
• Drönare
• Undervattensfordon
• Industrirobotar

Medicinskt

• Dialysmaskin
• Infusionspumpar
• Hjärtmonitor
• Protesanordning

Bil

• Maskinkontroll
• Tändningssystem
• Bromssystem

nätverk

• router
• hubbar
• gateways
• Elektroniska instrument

Hemapparater

• TV-apparater
• Digital Alarm
• Luftkonditionering
• DVD-videospelare
• kameror

bilar

• Bränsleinsprutning
• Lighting System
• Dörrlås
• Krockkuddar
• Windows
• Parkeringsassistentsystem
• Anti-stöld Larm Whippers Motion

Industriell Kontroll

• Robotics
• Styrsystem
• Missiler
• Kärnreaktorer
• Rymdstationer
• Shuttles

Fördelar med inbyggt system

Här är fördelar/fördelar med att använda Embedded System:

• Den kan täcka en mängd olika miljöer
• Less kan ge upphov till fel
• Embedded System förenklad hårdvara som totalt sett minskar kostnaderna.
• Erbjuder en förbättrad prestanda
• Det inbäddade systemet är användbart för massproduktion.
• Det inbyggda systemet är mycket tillförlitligt.
• Den har väldigt få sammankopplingar.
• Det inbäddade systemet är litet i storlek.
• Den har en snabb operation.
• Erbjuder förbättrad produktkvalitet.
• Det optimerar användningen av systemresurser.
• Den har låg effektdrift.

Nackdelar med Embedded System

Här är viktiga nackdelar med att använda Embedded system.

• För att utveckla ett inbyggt system krävs hög utvecklingsansträngning.
• Det tar lång tid att marknadsföra.
• Inbyggda system gör en mycket specifik uppgift, så det kan inte programmeras för att göra olika saker.
• Inbyggda system erbjuder mycket begränsade resurser för minne.
• Det erbjuder inga tekniska förbättringar.
• Det är svårt att säkerhetskopiera inbäddade filer.

Sammanfattning

• Ett system är ett arrangemang där alla dess komponentsammansättningar fungerar enligt de specifika definierade reglerna.
• Definition av inbäddat system: Inbäddade system betyder en kombination av datorprogramvara och hårdvara som antingen är fixerad eller programmerbar.
• Exempel på inbyggda system är laserskrivare som hanterar olika aspekter av utskriften.
• 1960 användes det inbyggda systemet för att utveckla Apollo Guidance System av Charles Stark Draper vid MIT.
• Inbyggt system kräver prestanda i realtid
• Tillförlitlighetsmått på systemets överlevnadssannolikhet när funktionen är kritisk under körtiden.
• Feltolerans är förmågan hos ett datorsystem att överleva i närvaro av fel.
• Det inbäddade systemet måste uppfylla olika timing och andra begränsningar.
• Flexibilitet är att bygga system med inbyggda felsökningsmöjligheter som möjliggör fjärrunderhåll.
• Portabilitet är ett mått på hur lätt det är att använda samma inbäddade programvara i olika miljöer.
• En mikrokontroller är en VLSI-enhet med ett chip som även kallas mikrodator.
• En mikroprocessor är en halvledarenhet med ett chip. Dess CPU innehåller en programräknare, en ALU en stackpekare, arbetsregister, en klocktidkrets.
• ArchiTecturen av det inbyggda systemet inkluderar: sensor, AD-omvandlare, minne, processor och ASIC, DA-omvandlare och ställdon.
• Tre typer av inbyggda system är: 1) Småskalig, 2) Mediumskala och 3) Sofistikerad.
• Stor skillnad mellan In Microprocessor och Microcontroller är att i Microprocessor är bithanteringsinstruktioner mindre medan Microcontroller erbjuder många typer av bithanteringsinstruktioner.
• Tillämpning av inbyggt system inkluderar: 1) Robotvetenskap, 2) Medicinsk, 3) Fordon, 3) Nätverk, 4) Hemenheter, 5) Bilar och 6) Industriell kontroll.
• De stora fördelarna med Embedded System är att det kan täcka en mängd olika miljöer.
• Den stora nackdelen med Embedded System är att det tar lång tid att marknadsföra.