Opplæring i innebygde systemer: Hva er, historie og kjennetegn

Før vi lærer Embedded System, la oss lære:

Hva er et system?

Et system er en ordning der alle komponentene fungerer i henhold til de spesifikke definerte reglene. Det er en metode for å organisere, arbeide eller utføre en eller flere oppgaver i henhold til en fast plan.

Eksempel på innebygde systemer

laser Printer

Laserskrivere er et av eksemplene på Embedded Systems som bruker innebygde systemer for å administrere ulike aspekter av utskriften. Bortsett fra å utføre hovedoppgaven med utskrift, må den ta brukerinndata, administrere kommunikasjon med datasystemet, håndtere feil og registrere papirer som er igjen på skuffen, etc.

Her er hovedoppgaven til mikroprosessoren å forstå teksten og kontrollere skrivehodet på en slik måte at det avgir blekk der det trengs.

For å utføre dette, må den dekode de forskjellige filene som er gitt til den og forstå fonten og grafikken. Det vil bruke betydelig CPU-tid for å behandle dataene, så vel som det må ta brukerinndata, kontrollere motorer, etc.

Historien om det innebygde systemet

Her er viktige milepæler fra historien til det innebygde systemet:

• I 1960 ble det innebygde systemet først brukt til å utvikle Apollo Guidance System av Charles Stark Draper ved MIT.
• I 1965 utviklet Autonetics D-17B, datamaskinen som ble brukt i missilstyringssystemet Minuteman.
• I 1968 ble det første innebygde systemet for et kjøretøy utgitt.
• Texas Instruments utviklet den første mikrokontrolleren i 1971.
• I 1987 ble det første innebygde operativsystemet, VxWorks, utgitt av Wind River.
• Microsoft'S Windows innebygd CE i 1996.
• På slutten av 1990-tallet dukket det første innebygde Linux-systemet opp.
• Det innebygde markedet nådde 140 milliarder dollar i 2013.
• Analytikere anslår et innebygd marked på over 40 milliarder dollar innen 2030.

Kjennetegn ved et innebygd system

Følgende er viktige egenskaper ved et innebygd system:

• Krever sanntidsytelse
• Den skal ha høy tilgjengelighet og pålitelighet.
• Utviklet rundt et sanntidsoperativsystem
• Vanligvis har enkel og en diskløs operasjon, ROM-oppstart
• Designet for en spesifikk oppgave
• Den må kobles til eksterne enheter for å koble til inngangs- og utgangsenheter.
• Tilbyr høy pålitelighet og stabilitet
• Trengte minimalt brukergrensesnitt
• Begrenset minne, lav pris, mindre strømforbruk
• Den trenger ingen sekundærminne i datamaskinen.

Viktige terminologier som brukes i innebygde system

Nå i denne opplæringen for innebygde systemer vil vi dekke noen viktige termer som brukes i innebygde systemer.

Pålitelighet

Dette målet på overlevelsessannsynligheten til systemet når funksjonen er kritisk under kjøretiden.

Feiltoleranse

Feiltoleranse er et datasystems evne til å overleve i nærvær av feil.

Real-Time

Innebygd system må møte ulike timing og andre begrensninger. De er pålagt den av den naturlige oppførselen til den ytre verden i sanntid.

For eksempel må en luftvåpenavdeling som holder styr på innkommende missilangrep nøyaktig beregne og planlegge sitt motangrep på grunn av en hard sanntidsfrist. Ellers blir den ødelagt.

Fleksibilitet

Det er byggesystemer med innebygde feilsøkingsmuligheter som tillater fjernvedlikehold.

For eksempel bygger du et romfartøy som vil lande på en annen plantekasse for å samle inn ulike typer data og sende innsamlede detaljer tilbake til oss. Hvis dette romfartøyet ble gal og mistet kontrollen, burde vi være i stand til å gjøre en viktig diagnose. Så fleksibilitet er avgjørende når du designer et innebygd system.

Portabilitet

Portabilitet er et mål på hvor enkelt det er å bruke den samme innebygde programvaren i ulike miljøer. Det krever generaliserte abstraksjoner mellom selve applikasjonslogikken og systemgrensesnittene på lavt nivå.

Hva er mikrokontroller?

En mikrokontroller er en enkeltbrikke VLSI-enhet som også kalles mikrodatamaskin. Den inneholder alt minnet og I/O-grensesnittene som trengs, mens en mikroprosessor for generell bruk trenger flere brikker enn disse nødvendige funksjonene. Mikrokontrollere er mye brukt i innebygde systemer for sanntidskontrollapplikasjoner.

Hva er en mikroprosessor?

En mikroprosessor er en enkeltbrikke halvlederenhet. Dens CPU inneholder en programteller, en ALU en stabelpeker, arbeidsregister, en klokketidskrets. Det inkluderer også ROM og RAM, minnedekoder og mange serielle og parallelle porter.

Architecture av det innebygde systemet

Nedenfor er grunnleggende arkitektur for det innebygde systemet:

1) Sensor

Sensor hjelper deg å måle den fysiske mengden og konverterer den til et elektrisk signal. Den lagrer også den målte mengden i minnet. Dette signalet kan være klart av en observatør eller av et hvilket som helst elektronisk instrument som A2D-omformer.

2) AD Converter

AD-omformer (analog-til-digital-omformer) lar deg konvertere et analogt signal sendt av sensoren til et digitalt signal.

3) Minne

Minne brukes til å lagre informasjon. Embedded System inneholder hovedsakelig to minneceller 1) Flyktig 2) Ikke-flyktig minne.

4) Prosessor og ASIC-er

Denne komponenten behandler dataene for å måle utdataene og lagre dem i minnet.

5) DA-omformer

DA-omformer (En digital-til-analog-omformer) hjelper deg med å konvertere de digitale dataene som mates av prosessoren til analoge data.

6) Aktuator

En aktuator lar deg sammenligne utgangen gitt av DA-omformeren med den faktiske utgangen som er lagret i den og lagrer den godkjente utgangen i minnet.

Typer innebygd system

Tre typer innebygde systemer er:

• Småskala
• Middels skala
• Sofistikert

Småskala innebygde systemer

Dette innebygde systemet kan designes med en enkelt 8- eller 16-bits mikrokontroller. Den kan betjenes ved hjelp av et batteri. For å utvikle et innebygd system i liten skala, er en redaktør, assembler (IDE) og cross assembler de viktigste programmeringsverktøy.

Medium Scale Embedded Systems

Disse typene innebygde systemer er designet med 16 eller 32-bits mikrokontrollere. Disse systemene tilbyr både maskinvare- og programvarekompleksiteter. C, C++, Java, og kildekodeteknikkverktøy, etc. brukes til å utvikle denne typen innebygde system.

Sofistikerte innebygde systemer

Denne typen innebygde systemer har mange maskinvare- og programvarekompleksiteter. Du kan kreve IPS, ASIPS, PLAer, konfigurasjonsprosessor eller skalerbare prosessorer. For utviklingen av dette systemet trenger du maskinvare og programvare co-design og komponenter som må kombineres i det endelige systemet.

Forskjellen mellom mikroprosessor og mikrokontroller

Lær forskjellen mellom Mikroprosessor og mikrokontroller

mikroprosessor	mikrokontrollere
Den bruker funksjonelle blokker som register, ALU, timing og kontrollenheter.	Den bruker funksjonelle blokker av mikroprosessorer som RAM, timer, paralleller I/O, ADC og DAC.
I mikroprosessor er bithåndteringsinstruksjonen mindre, kun én eller to typer.	Mikrokontroller tilbyr mange typer bithåndteringsinstruksjoner.
Tilbyr raske bevegelser av kode og data mellom eksternt minne og mikroprosessor.	Tilbyr raske bevegelser av kode og data i mikrokontrolleren.
Hjelper deg med å designe et digitalt datamaskinsystem for generell bruk.	Hjelper deg med å designe applikasjonsspesifikke dedikerte systemer.
Det lar deg gjøre multitasking om gangen.	Det er et enkelt oppgaveorientert system.
I mikroprosessorsystemet kan du bestemme antall minne- eller I/O-porter som trengs.	I mikrokontrollersystem gjør det faste tallet for minne eller I/O en mikrokontroller ideell for å fullføre den spesifikke oppgaven.
Tilbyr støtte for eksternt minne og I/O-porter, noe som gjør det tyngre og dyrere system.	Denne typen system er lett og billigere sammenlignet med mikroprosessoren.
Eksterne enheter trenger mer plass, og strømforbruket deres er ganske høyere.	Denne typen system bruker mindre plass, og strømforbruket er også svært lavt.

Anvendelser av innebygde systemer

Følgende er de viktige bruksområdene til det innebygde systemet:

Robotvitenskap

• Bakkekjøretøy
• Droner
• Undervannskjøretøy
• Industriroboter

Medisinsk

• Dialysemaskin
• infusjonspumper
• Hjertemonitor
• Protetisk enhet

Biler

• Motor kontroll
• Tenningssystemet
• bremse~~POS=TRUNC

nettverk

• router
• huber
• Gateways ways~~POS=HEADCOMP
• Elektroniske instrumenter

Hjemmeapparater

• TV
• Digital Alarm
• Air Conditioner
• DVD videospiller
• kameraer

biler

• Drivstoffinnsprøytning
• Lighting System
• Dørlåser
• Kollisjonsputer
• Windows
• Parkeringsassistentsystem
• Anti-tyveri Alarmer Whippers Motion

Industriell kontroll

• Robotics
• Control System
• missiler
• Atomreaktorer
• Romstasjoner
• Shuttles

Fordeler med Embedded System

Her er fordeler/fordeler med å bruke Embedded System:

• Den er i stand til å dekke et bredt spekter av miljøer
• Less vil sannsynligvis føre til feil
• Embedded System forenklet maskinvare som reduserer kostnadene totalt sett.
• Tilbyr en forbedret ytelse
• Det innebygde systemet er nyttig for masseproduksjon.
• Det innebygde systemet er svært pålitelig.
• Den har svært få sammenkoblinger.
• Det innebygde systemet er lite i størrelse.
• Den har en rask operasjon.
• Tilbyr forbedret produktkvalitet.
• Det optimerer bruken av systemressurser.
• Den har lav effekt drift.

Ulemper med Embedded System

Her er viktige ulemper ved å bruke Embedded system.

• Å utvikle et innebygd system krever høy utviklingsinnsats.
• Det trenger lang tid å markedsføre.
• Innebygde systemer gjør en veldig spesifikk oppgave, så den kan ikke programmeres til å gjøre forskjellige ting.
• Innebygde systemer tilbyr svært begrensede ressurser for minne.
• Det gir ingen teknologisk forbedring.
• Det er vanskelig å ta backup av innebygde filer.

Oppsummering

• Et system er et arrangement der alle dets komponentsammensetninger fungerer i henhold til de spesifikke definerte reglene.
• Innebygd systemdefinisjon: Innebygde systemer som betyr en kombinasjon av dataprogramvare og maskinvare som enten er fast i kapasitet eller programmerbar.
• Eksempel på innebygde systemer er laserskriver som håndterer ulike aspekter av utskriften.
• I 1960 ble det innebygde systemet først brukt til å utvikle Apollo Guidance System av Charles Stark Draper ved MIT.
• Innebygd system krever ytelse i sanntid
• Reliabilitetsmål for overlevelsessannsynligheten til systemet når funksjonen er kritisk under kjøretiden.
• Feiltoleranse er et datasystems evne til å overleve i nærvær av feil.
• Innebygd system må møte ulike timing og andre begrensninger.
• Fleksibilitet er å bygge systemer med innebygde feilsøkingsmuligheter som tillater fjernvedlikehold.
• Portabilitet er et mål på hvor enkelt det er å bruke den samme innebygde programvaren i ulike miljøer.
• En mikrokontroller er en enkeltbrikke VLSI-enhet som også kalles mikrodatamaskin.
• En mikroprosessor er en enkeltbrikke halvlederenhet. Dens CPU inneholder en programteller, en ALU en stabelpeker, arbeidsregister, en klokketidskrets.
• ArchiTecturen til det innebygde systemet inkluderer: sensor, AD-konverter, minne, prosessor og ASIC-er, DA-konverter og aktuator.
• Tre typer innebygde systemer er: 1) liten skala, 2) medium skala og 3) sofistikert.
• Den største forskjellen mellom mikroprosessor og mikrokontroller er at i mikroprosessor er bithåndteringsinstruksjon mindre mens mikrokontroller tilbyr mange typer bithåndteringsinstruksjoner.
• Anvendelse av Embedded System inkluderer: 1) Robotvitenskap, 2) Medisinsk, 3) Bilindustri, 3) Nettverk, 4) Hjemmeenheter, 5) Biler og 6) Industriell kontroll.
• Store fordeler med Embedded System er at det er i stand til å dekke et bredt spekter av miljøer.
• Den største ulempen med Embedded System er at det trenger lang tid på markedet.