Tutorial für eingebettete Systeme

Bevor wir uns mit eingebetteten Systemen befassen, lernen wir Folgendes:

Was ist ein System?

Ein System ist eine Anordnung, bei der alle seine Komponenten nach den spezifischen definierten Regeln arbeiten. Dabei handelt es sich um eine Methode zum Organisieren, Arbeiten oder Ausführen einer oder mehrerer Aufgaben nach einem festen Plan.

Beispiel für eingebettete Systeme

Laserdrucker

Laserdrucker sind ein Beispiel für eingebettete Systeme, die eingebettete Systeme verwenden, um verschiedene Aspekte des Druckens zu verwalten. Neben der Hauptaufgabe des Druckens müssen Benutzereingaben entgegengenommen, die Kommunikation mit dem Computersystem verwaltet, Fehler behandelt und im Fach verbliebene Papiere erkannt werden usw.

Dabei besteht die Hauptaufgabe des Mikroprozessors darin, den Text zu verstehen und den Druckkopf so zu steuern, dass er Tinte dort abgibt, wo sie benötigt wird.

Dazu muss es die verschiedenen ihm übergebenen Dateien dekodieren und die Schriftart und Grafiken verstehen. Die Verarbeitung der Daten nimmt viel CPU-Zeit in Anspruch und es müssen Benutzereingaben entgegengenommen, Motoren gesteuert usw. werden.

Geschichte des eingebetteten Systems

Hier sind wichtige Meilensteine ​​aus der Geschichte eingebetteter Systeme:

• Im Jahr 1960 wurde das eingebettete System erstmals von Charles Stark Draper am MIT für die Entwicklung des Apollo Guidance Systems verwendet.
• 1965 entwickelte Autonetics den D-17B, den Computer, der im Minuteman-Raketenleitsystem verwendet wurde.
• 1968 wurde das erste eingebettete System für ein Fahrzeug veröffentlicht.
• Texas Instruments entwickelte 1971 den ersten Mikrocontroller.
• 1987 wurde von Wind River das erste eingebettete Betriebssystem, VxWorks, veröffentlicht.
• Microsoft Windows Embedded CE im Jahr 1996.
• Ende der 1990er Jahre erschien das erste eingebettete Linux-System.
• Der Embedded-Markt erreichte im Jahr 140 2013 Milliarden US-Dollar.
• Analysten prognostizieren, dass der Embedded-Markt bis 40 ein Volumen von über 2030 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Eigenschaften eines eingebetteten Systems

Im Folgenden sind wichtige Merkmale eines eingebetteten Systems aufgeführt:

• Erfordert Echtzeitleistung
• Es sollte eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit aufweisen.
• Entwickelt um ein Echtzeit-Betriebssystem
• Normalerweise ist der ROM-Boot einfach und ohne Festplatte möglich.
• Entwickelt für eine bestimmte Aufgabe
• Es muss mit Peripheriegeräten verbunden werden, um Eingabe- und Ausgabegeräte anzuschließen.
• Bietet hohe Zuverlässigkeit und Stabilität
• Benötigte minimale Benutzeroberfläche
• Begrenzter Speicher, niedrige Kosten, weniger Stromverbrauch
• Es braucht keine Sekundärspeicher am Computer.

Wichtige Terminologien, die in eingebetteten Systemen verwendet werden

In diesem Tutorial zu eingebetteten Systemen werden wir nun einige wichtige Begriffe behandeln, die in eingebetteten Systemen verwendet werden.

Zuverlässigkeit

Dieses Maß für die Überlebenswahrscheinlichkeit des Systems, wenn die Funktion während der Laufzeit kritisch ist.

Fehlertoleranz

Unter Fehlertoleranz versteht man die Fähigkeit eines Computersystems, Fehler zu überstehen.

Echtzeit

Das eingebettete System muss verschiedene zeitliche und andere Einschränkungen erfüllen. Sie werden ihm durch das natürliche Echtzeitverhalten der Außenwelt auferlegt.

Beispielsweise muss eine Abteilung der Luftwaffe, die eingehende Raketenangriffe verfolgt, ihren Gegenschlag aufgrund strenger Echtzeitfristen präzise berechnen und planen. Andernfalls wird sie zerstört.

Flexibilität

Dabei handelt es sich um den Aufbau von Systemen mit integrierten Debugging-Möglichkeiten, die eine Fernwartung ermöglichen.

Sie bauen beispielsweise ein Raumschiff, das auf einem anderen Pflanzgefäß landet, um verschiedene Arten von Daten zu sammeln und die gesammelten Details an uns zurückzusenden. Wenn dieses Raumschiff verrückt wird und die Kontrolle verliert, sollten wir in der Lage sein, eine wichtige Diagnose zu stellen. Daher ist Flexibilität beim Entwurf eines eingebetteten Systems von entscheidender Bedeutung.

Tragbarkeit

Portabilität ist ein Maß für die Benutzerfreundlichkeit derselben eingebetteten Software in verschiedenen Umgebungen. Es erfordert verallgemeinerte Abstraktionen zwischen der Anwendungsprogrammlogik selbst und den Systemschnittstellen auf niedriger Ebene.

Was ist Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist eine Ein-Chip-VLSI-Einheit, die auch Mikrocomputer genannt wird. Er enthält alle benötigten Speicher- und I/O-Schnittstellen, während ein Allzweck-Mikroprozessor zusätzliche Chips benötigt, um diese notwendigen Funktionen bereitzustellen. Mikrocontroller werden häufig in eingebetteten Systemen für Echtzeitsteuerungsanwendungen eingesetzt.

Was ist ein Mikroprozessor?

Ein Mikroprozessor ist ein Einzelchip-Halbleitergerät. Seine CPU enthält einen Programmzähler, eine ALU, einen Stapelzeiger, ein Arbeitsregister und eine Taktgeberschaltung. Es beinhaltet auch ROM und RAM, Speicherdecoder und viele serielle und parallele Anschlüsse.

ArchiStruktur des eingebetteten Systems

Nachfolgend sehen Sie die grundlegende Architektur des eingebetteten Systems:

1) Fühler

Mithilfe eines Sensors können Sie physikalische Größen messen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Außerdem speichert er die gemessene Größe im Speicher. Dieses Signal kann von einem Beobachter oder einem elektronischen Instrument wie einem A2D-Wandler gelesen werden.

2) AD-Konverter

Mit dem AD-Wandler (Analog-Digital-Wandler) können Sie ein vom Sensor gesendetes analoges Signal in ein digitales Signal umwandeln.

3) Speicher

Der Speicher wird zum Speichern von Informationen verwendet. Das eingebettete System enthält hauptsächlich zwei Speicherzellen: 1) flüchtiger und 2) nichtflüchtiger Speicher.

4) Prozessor und ASICs

Diese Komponente verarbeitet die Daten, um die Ausgabe zu messen und im Speicher zu speichern.

5) DA-Konverter

Der DA-Wandler (ein Digital-Analog-Wandler) hilft Ihnen, die vom Prozessor zugeführten digitalen Daten in analoge Daten umzuwandeln.

6) Aktuator

Mit einem Stellantrieb können Sie die vom DA-Wandler gelieferte Leistung mit der darin gespeicherten tatsächlichen Leistung vergleichen und die genehmigte Leistung im Speicher speichern.

Arten eingebetteter Systeme

Drei Arten eingebetteter Systeme sind:

• Kleiner Maßstab
• Mittlere Skala
• Anspruchsvoll

Kleine eingebettete Systeme

Dieses eingebettete System kann mit einem einzelnen 8- oder 16-Bit-Mikrocontroller entworfen werden. Es kann mit Hilfe einer Batterie betrieben werden. Für die Entwicklung eines kleinen eingebetteten Systems sind ein Editor, ein Assembler (IDE) und ein Cross-Assembler am wichtigsten Programmierwerkzeuge.

Eingebettete Systeme mittleren Maßstabs

Diese Arten von eingebetteten Systemen werden mit 16- oder 32-Bit-Mikrocontrollern entwickelt. Diese Systeme bieten sowohl Hardware- als auch Softwarekomplexität. C, C++, Java, und Quellcode-Engineering-Tools usw. werden verwendet, um diese Art von eingebettetem System zu entwickeln.

Anspruchsvolle eingebettete Systeme

Diese Art von eingebetteten Systemen weist viele Hardware- und Softwarekomplexitäten auf. Sie benötigen möglicherweise IPS, ASIPS, PLAs, Konfigurationsprozessoren oder skalierbare Prozessoren. Für die Entwicklung dieses Systems benötigen Sie Hardware- und Software-Co-Design und Komponenten, die im endgültigen System kombiniert werden müssen.

Unterschied zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller

Erfahren Sie den Unterschied zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller

Mikroprozessor	Mikrocontroller
Es verwendet Funktionsblöcke wie Register, ALU, Timing und Steuereinheiten.	Es verwendet Funktionsblöcke von Mikroprozessoren wie RAM, Timer, Parallels I/O, ADC und DAC.
Bei Mikroprozessoren gibt es weniger Bithandhabungsanweisungen, nur einen oder zwei Typen.	Der Mikrocontroller bietet viele Arten von Bit-Handhabungsanweisungen.
Bietet schnelle Code- und Datenbewegungen zwischen externem Speicher und Mikroprozessor.	Bietet schnelle Bewegungen von Code und Daten im Mikrocontroller.
Hilft Ihnen bei der Entwicklung universeller digitaler Computersysteme.	Hilft Ihnen, anwendungsspezifische dedizierte Systeme zu entwerfen.
Es ermöglicht Ihnen, Multitasking gleichzeitig auszuführen.	Es handelt sich um ein einzelnes aufgabenorientiertes System.
Im Mikroprozessorsystem können Sie die Anzahl der benötigten Speicher- oder E/A-Ports festlegen.	In Mikrocontroller-Systemen ist ein Mikrocontroller aufgrund der festen Anzahl an Speicher oder E/A ideal für die Ausführung einer bestimmten Aufgabe.
Bietet Unterstützung für externen Speicher und E/A-Ports, was das System schwerer und teurer macht.	Dieser Systemtyp ist leicht und im Vergleich zum Mikroprozessor billiger.
Externe Geräte benötigen mehr Platz und ihr Stromverbrauch ist deutlich höher.	Diese Art von System benötigt weniger Platz und der Stromverbrauch ist ebenfalls sehr gering.

Anwendungen eingebetteter Systeme

Im Folgenden sind die wichtigen Anwendungen eingebetteter Systeme aufgeführt:

Roboterwissenschaft

• Bodenfahrzeuge
• Drohnen
• Unterwasserfahrzeuge
• Industrieroboter

Medizintechnik

• Dialyse-Apparat
• Infusionspumpen
• Herzmonitor
• Prothetisches Gerät

Automobilindustrie

• Motorsteuerung
• Zündanlage
• Bremssystem

Networking

• Router
• Naben
• Gateways
• Elektronische Instrumente

Heimgeräte

• TVs
• DigiAlarmanlage
• Klimagerät
• DVD-Videoplayer
• Kameras

Automobiles

• Kraftstoffeinspritzung
• Lighting System
• Türschlösser
• Air Bags
• Windows
• Parkassistentsystem
• Anti-Diebstahl-Alarme Whippers Motion

Industrial Control

• Robotik
• Bar Systeme
• Raketen
• Kernreaktoren
• Raumstationen
• Shuttles

Vorteile des eingebetteten Systems

Hier sind die Vorteile/Vorteile der Verwendung von Embedded System:

• Es ist in der Lage, eine Vielzahl von Umgebungen abzudecken
• Less wahrscheinlich Wiederholungsfehler
• Das eingebettete System vereinfacht die Hardware, was insgesamt die Kosten senkt.
• Bietet eine verbesserte Leistung
• Das eingebettete System ist für die Massenproduktion nützlich.
• Das eingebettete System ist äußerst zuverlässig.
• Es gibt nur sehr wenige Verbindungen.
• Das eingebettete System ist klein.
• Die Bedienung ist schnell.
• Bietet eine verbesserte Produktqualität.
• Es optimiert die Nutzung der Systemressourcen.
• Es verfügt über einen Niedrigstrombetrieb.

Nachteile des eingebetteten Systems

Hier sind wichtige Nachteile/Nachteile der Verwendung eines eingebetteten Systems aufgeführt.

• Die Entwicklung eines eingebetteten Systems erfordert einen hohen Entwicklungsaufwand.
• Die Markteinführung dauert lange.
• Eingebettete Systeme erfüllen eine sehr spezifische Aufgabe und können daher nicht für verschiedene Aufgaben programmiert werden.
• Eingebettete Systeme bieten nur sehr begrenzte Speicherressourcen.
• Es bietet keine technologische Verbesserung.
• Es ist schwierig, eingebettete Dateien zu sichern.

Zusammenfassung

• Ein System ist eine Anordnung, bei der alle seine Komponenten nach den spezifischen Definitionsregeln arbeiten.
• Definition eines eingebetteten Systems: Eingebettete Systeme, d. h. eine Kombination aus Computersoftware und -hardware, deren Leistungsfähigkeit entweder festgelegt oder programmierbar ist.
• Ein Beispiel für eingebettete Systeme sind Laserdrucker, die verschiedene Aspekte des Drucks verwalten.
• Im Jahr 1960 wurde das eingebettete System erstmals von Charles Stark Draper am MIT für die Entwicklung des Apollo Guidance Systems verwendet.
• Ein eingebettetes System erfordert Echtzeitleistung
• Zuverlässigkeitsmaß für die Überlebenswahrscheinlichkeit des Systems, wenn die Funktion während der Laufzeit kritisch ist.
• Unter Fehlertoleranz versteht man die Fähigkeit eines Computersystems, Fehler zu überstehen.
• Das eingebettete System muss verschiedene zeitliche und andere Einschränkungen erfüllen.
• Flexibilität bedeutet, Systeme mit integrierten Debugging-Möglichkeiten zu erstellen, die eine Fernwartung ermöglichen.
• Portabilität ist ein Maß für die Benutzerfreundlichkeit derselben eingebetteten Software in verschiedenen Umgebungen.
• Ein Mikrocontroller ist eine Ein-Chip-VLSI-Einheit, die auch Mikrocomputer genannt wird.
• Ein Mikroprozessor ist ein Einzelchip-Halbleitergerät. Seine CPU enthält einen Programmzähler, eine ALU, einen Stapelzeiger, ein Arbeitsregister und eine Taktgeberschaltung.
• ArchiDie Struktur des eingebetteten Systems umfasst: Sensor, AD-Wandler, Speicher, Prozessor und ASICs, DA-Wandler und Aktor.
• Drei Arten eingebetteter Systeme sind: 1) kleine Systeme, 2) mittlere Systeme und 3) hochentwickelte Systeme.
• Der Hauptunterschied zwischen einem Mikroprozessor und einem Mikrocontroller besteht darin, dass es bei einem Mikroprozessor weniger Anweisungen zur Bitverarbeitung gibt, während der Mikrocontroller viele Arten von Anweisungen zur Bitverarbeitung bietet.
• Die Anwendung eingebetteter Systeme umfasst: 1) Roboterwissenschaft, 2) Medizin, 3) Automobil, 3) Netzwerke, 4) Heimgeräte, 5) Automobile und 6) industrielle Steuerung.
• Der Hauptvorteil des eingebetteten Systems besteht darin, dass es eine Vielzahl von Umgebungen abdecken kann.
• Der größte Nachteil eingebetteter Systeme besteht darin, dass die Markteinführung lange dauert.