Прежде чем мы изучим встроенную систему, давайте изучим:
Что такое система?
Система — это система, в которой все ее компоненты работают в соответствии с определенными правилами. Это метод организации, работы или выполнения одной или нескольких задач в соответствии с фиксированным планом.
Что такое встроенная система?
ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА — это комбинация компьютерного программного и аппаратного обеспечения, которая является либо фиксированной, либо программируемой. Встроенная система может быть как независимой системой, так и частью большой системы. Он в основном предназначен для конкретной функции или функций в более крупной системе. Например, пожарная сигнализация является распространенным примером встроенной системы, которая может воспринимать только дым.
На этом курсе по встраиваемой системе вы узнаете:
- Пример встраиваемых систем
- История встраиваемой системы
- Характеристики встроенной системы
- Важные термины, используемые во встроенной системе
- Что такое микроконтроллер?
- Что такое микропроцессор?
- Архитектура встраиваемой системы
- Типы встраиваемых систем
- Разница между микропроцессором и микроконтроллером
- Применение встраиваемых систем
- Преимущества встраиваемой системы
- Недостатки встраиваемой системы
Пример встраиваемых систем
Лазерный принтер
Лазерные принтеры используют встроенные системы для управления различными аспектами печати. Помимо выполнения основной задачи печати, он должен принимать пользовательский ввод, управлять связью с компьютерной системой, обрабатывать неисправности, считывать бумаги, оставленные в лотке и т. Д.
Здесь основная задача микропроцессора — понять текст и управлять печатающей головкой таким образом, чтобы она выбрасывала чернила там, где это необходимо.
Для этого ему необходимо декодировать различные файлы, данные ему, и понимать шрифт и графику. Для обработки данных потребуется значительное время процессора, а также для ввода данных от пользователя, управления двигателями и т. Д.
История встраиваемой системы
Вот важные вехи истории встроенных систем:
- В 1960 году встроенная система впервые была использована для разработки системы наведения Аполлона Чарльзом Старком Дрейпером в Массачусетском технологическом институте.
- В 1965 году Autonetics разработала D-17B, компьютер, используемый в системе наведения ракет Minuteman.
- В 1968 году была выпущена первая встроенная система для автомобиля.
- Texas Instruments разработала первый микроконтроллер в 1971 году.
- В 1987 году Wind River выпустила первую встроенную ОС VxWorks.
- Windows, встроенный в Microsoft CE в 1996 году.
- К концу 1990-х годов появилась первая встроенная система Linux.
- В 2013 году рынок встраиваемых систем достигнет 140 миллиардов долларов.
- Аналитики прогнозируют, что к 2030 году рынок встраиваемых систем превысит 40 миллиардов долларов.
Характеристики встроенной системы
Ниже приведены важные характеристики встроенной системы:
- Требуется производительность в реальном времени
- Он должен иметь высокую доступность и надежность.
- Разработано на основе операционной системы реального времени
- Как правило, есть легкая и бездисковая операция, загрузка ПЗУ
- Предназначен для одной конкретной задачи
- Он должен быть подключен к периферийным устройствам для подключения устройств ввода и вывода.
- Обеспечивает высокую надежность и стабильность.
- Требуется минимальный пользовательский интерфейс
- Ограниченная память, низкая стоимость, меньшее энергопотребление
- Для этого не требуется никакой дополнительной памяти на компьютере.
Важные термины, используемые во встроенной системе
Здесь приведены важные термины, используемые во встроенной системе.
Надежность:
Это мера вероятности выживания системы, когда функция является критической во время выполнения.
Отказоустойчивость:
Отказоустойчивость — это способность компьютерной системы выживать при наличии неисправностей.
В режиме реального времени:
Встроенная система должна соответствовать различным временным и другим ограничениям. Они навязаны ему естественным поведением внешнего мира в реальном времени.
Например, военно-воздушный департамент, который отслеживает поступающие ракетные атаки, должен точно рассчитывать и планировать свои контратаки из-за жестких сроков в реальном времени. В противном случае он будет уничтожен.
Гибкость:
Это сборка систем со встроенными возможностями отладки, которая позволяет осуществлять удаленное обслуживание.
Например, вы строите космический корабль, который приземлится на другой сеялке для сбора различных типов данных и отправки собранных нам деталей. Если этот космический корабль сошел с ума и потерял управление, мы сможем провести важную диагностику. Таким образом, гибкость жизненно важна при разработке встроенной системы.
Переносимость:
Портативность — это мера простоты использования одного и того же встроенного программного обеспечения в различных средах. Это требует обобщенных абстракций между самой логикой прикладной программы и низкоуровневыми системными интерфейсами.
Что такое микроконтроллер?
Микроконтроллер — это одночиповый модуль СБИС, который также называют микрокомпьютером. Он содержит всю необходимую память и интерфейсы ввода / вывода, в то время как микропроцессору общего назначения нужны дополнительные микросхемы, предлагаемые этими необходимыми функциями. Микроконтроллеры широко используются во встроенных системах для приложений управления в реальном времени.
Что такое микропроцессор?
Микропроцессор представляет собой однокристальное полупроводниковое устройство. Его центральный процессор содержит программный счетчик, ALU указатель стека, рабочий регистр, схему синхронизации. Он также включает в себя ПЗУ и ОЗУ, декодер памяти и множество последовательных и параллельных портов.
Архитектура встраиваемой системы
Ниже приведена базовая архитектура встраиваемой системы:
1) Датчик:
Датчик помогает вам измерить физическую величину и преобразовать ее в электрический сигнал. Он также сохраняет измеренное количество в памяти. Этот сигнал может быть готов наблюдателем или любым электронным инструментом, таким как A2D-конвертер.
2) AD конвертер:
АЦП (аналого-цифровой преобразователь) позволяет преобразовывать аналоговый сигнал, передаваемый датчиком, в цифровой сигнал.
3) Память:
Память используется для хранения информации. Встроенная система в основном содержит две ячейки памяти: 1) энергозависимая 2) энергонезависимая память.
4) Процессор и ASIC:
Этот компонент обрабатывает данные, чтобы измерить вывод и сохранить их в памяти.
5) Конвертер DA:
ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) помогает преобразовывать цифровые данные, передаваемые процессором, в аналоговые данные.
6) Привод:
Привод позволяет сравнивать выходной сигнал, предоставляемый преобразователем DA, с фактическим выходным сигналом, сохраненным в нем, и сохраняет утвержденный выходной сигнал в памяти.
Типы встраиваемых систем
Три типа встраиваемых систем:
- Малый масштаб
- Средний масштаб
- утонченный
Маломасштабные встраиваемые системы:
Эта встроенная система может быть разработана с одним 8 или 16-битным микроконтроллером. Им можно управлять с помощью батареи. Для разработки небольшой встроенной системы наиболее важными инструментами программирования являются редактор, ассемблер (IDE) и кросс-ассемблер.
Встраиваемые системы среднего масштаба:
Эти типы встроенных систем разработаны с использованием 16- или 32-разрядных микроконтроллеров. Эти системы предлагают как аппаратные, так и программные сложности. C, C ++, Java, инструмент разработки исходного кода и т. Д. Используются для разработки такого типа встроенных систем.
Сложные встраиваемые системы
Этот тип встроенных систем имеет много аппаратных и программных сложностей. Вам могут потребоваться IPS, ASIPS, PLA, процессор конфигурации или масштабируемые процессоры. Для разработки этой системы вам необходимо совместное проектирование и компоненты аппаратного и программного обеспечения, которые необходимо объединить в конечную систему.
Разница между микропроцессором и микроконтроллером
| Микропроцессор | микроконтроллер |
| Он использует функциональные блоки, такие как регистр, АЛУ, тайминг и блоки управления. | Он использует функциональные блоки микропроцессоров, такие как RAM, таймер, параллельный ввод / вывод, ADC и DAC. |
| В микропроцессоре инструкция по обработке битов меньше, только один или два типа. | Микроконтроллер предлагает много видов 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 цифровую компьютерную систему общего назначения. | Помогает вам разрабатывать специализированные специализированные системы. |
| Это позволяет вам делать многозадачность одновременно. | Это единая система, ориентированная на задачи. |
| В микропроцессорной системе вы можете выбрать необходимое количество портов памяти или портов ввода / вывода. | В системе микроконтроллера фиксированное число для памяти или ввода / вывода делает микроконтроллер идеальным для выполнения конкретной задачи. |
| Обеспечивает поддержку внешней памяти и портов ввода / вывода, что делает ее более тяжелой и дорогой системой. | Этот тип системы является легким и более дешевым по сравнению с микропроцессором. |
| Внешним устройствам нужно больше места, а их энергопотребление значительно выше. | Этот тип системы занимает меньше места, а энергопотребление также очень низкое. |
Применение встраиваемых систем
Ниже приведены важные приложения встроенной системы:
Робототехника:
- Наземный транспорт
- Дроны
- Подводные аппараты
- Промышленные роботы
медицинская
- Диализ машина
- Инфузионные насосы
- Кардиомонитор
- Протезное устройство
автомобильный
- Контроль двигателя
- Система зажигания
- Тормозная система
сетей
- маршрутизатор
- концентраторы
- шлюзы
- Электроника Инструменты
Домашние устройства :
- телевизоры
- Цифровая сигнализация
- Кондиционер
- DVD-видео плеер
- камеры
Автомобили
- Впрыск топлива
- Система освещения
- Дверные замки
- Подушки безопасности
- Windows
- Система помощи при парковке
- Противоугонные сигнализаторы Whippers Motion
Промышленный контроль
- робототехника
- Система контроля
- Ракеты
- Ядерные реакторы
- Космические станции
- Челноки
Преимущества встраиваемой системы
Вот плюсы / преимущества использования встроенной системы:
- Он способен покрывать самые разные среды
- Менее вероятно, что ошибки на бис
- Встроенная система упрощает аппаратное обеспечение, что снижает общие расходы.
- Предлагает улучшенную производительность
- Встроенная система полезна для массового производства.
- Встроенная система очень надежна.
- У него очень мало взаимосвязей.
- Встроенная система небольшого размера.
- У него быстрая операция.
- Предлагает улучшенное качество продукции.
- Оптимизирует использование системных ресурсов.
- Он работает на малой мощности.
Недостатки встраиваемой системы
Здесь важны недостатки / недостатки использования встроенной системы.
- Для разработки встроенной системы требуются большие усилия по разработке.
- Требуется много времени для выхода на рынок.
- Встраиваемые системы выполняют очень специфическую задачу, поэтому их нельзя запрограммировать на разные вещи.
- Встроенные системы предлагают очень ограниченные ресурсы для памяти.
- Он не предлагает никаких технологических улучшений.
- Трудно сделать резервную копию встроенных файлов.
Резюме
- Система — это система, в которой все ее компоненты работают в соответствии с определенными правилами.
- Встроенная система — это комбинация компьютерного программного и аппаратного обеспечения, которая либо имеет фиксированные возможности, либо программируется.
- Примером встроенных систем является лазерный принтер, который управляет различными аспектами печати.
- В 1960 году встроенная система впервые была использована для разработки системы наведения Аполлона Чарльзом Старком Дрейпером в Массачусетском технологическом институте.
- Встроенная система требует производительности в реальном времени
- Надежность мера вероятности выживания системы, когда функция является критической во время выполнения.
- Отказоустойчивость — это способность компьютерной системы выживать при наличии неисправностей.
- Встроенная система должна соответствовать различным временным и другим ограничениям.
- Гибкость — это создание систем со встроенными возможностями отладки, которые позволяют осуществлять дистанционное обслуживание.
- Портативность — это мера простоты использования одного и того же встроенного программного обеспечения в различных средах.
- Микроконтроллер — это одночиповый модуль СБИС, который также называют микрокомпьютером.
- Микропроцессор представляет собой однокристальное полупроводниковое устройство. Его центральный процессор содержит программный счетчик, ALU указатель стека, рабочий регистр, схему синхронизации.
- Архитектура встроенной системы включает в себя: датчик, преобразователь AD, память, процессор и ASIC, преобразователь DA и привод.
- Три типа встроенных систем: 1) малый масштаб, 2) средний масштаб и 3) сложные.
- Основное различие между микропроцессором и микроконтроллером состоит в том, что в микропроцессоре меньше команд обработки битов, в то время как микроконтроллер предлагает много видов инструкций обработки битов.
- Применение встроенной системы включает в себя: 1) робототехнику, 2) медицинскую, 3) автомобильную, 3) сетевые, 4) домашние устройства, 5) автомобили и 6) промышленный контроль.
- Основными преимуществами встроенной системы является то, что она может охватывать самые разные среды.
- Основным недостатком встраиваемой системы является то, что ей требуется много времени для выхода на рынок.