18. Systemy
wbudowane
18. Systemy
wbudowane
18.1. System wbudowany
Systemem wbudowanym
jest
system komputerowy składający
się z odpowiednio dobranych
komponentów
sprzętowych
i
programowych,
często
zaprojektowany
pod
kątem
określonej aplikacji programowej.
Odpowiada ona za realizację jego
funkcji i wpływa na sposób
komunikacji z użytkownikiem.
18.2. System wbudowany
System wbudowany (Embedded system)
-
system komputerowy specjalnego
przeznaczenia, który staje się integralną
częścią obsługiwanego przez niego sprzętu.
System wbudowany spełnia określone
wymagania, zdefiniowane do zadań które
ma wykonywać.
Każdy system wbudowany oparty jest na
mikroprocesorze (lub mikrokontrolerze),
zaprogramowanym do wykonywania
ograniczonej ilości zadań lub nawet tylko do
jednego.
Na projektowanie systemu wbudowanego składa się
-opracowywanie warstwy sprzętowej,
-odpowiedniego oprogramowania. W tym wydzielić można obszar
systemowy i aplikacyjny.
Warstwa systemowa tworzy środowisko wykonania dla aplikacji
wbudowanej i, w zależności od obszaru zastosowań, cechuje się
różnym stopniem skomplikowania. W przypadku prostych
systemów
wbudowanych
o
zamkniętej,
nieskalowalnej
architekturze, warstwa systemowa nie jest ściśle wyodrębniona i
nie zawiera mechanizmów wspierających tworzenie aplikacji.
Zaawansowane systemy, przeznaczone dla medycyny, lotnictwa,
telekomunikacji czy robotyki realizowane są w oparciu o specjalne
systemy operacyjne lub biblioteki, które zawierają mechanizmy i
funkcje ułatwiające tworzenie aplikacji i testowanie systemu. Mimo
to projektant musi rozszerzyć warstwę systemową o sterowniki
dedykowanych
urządzeń,
wykonać
odpowiednie
testy
i
przygotować oprogramowanie aplikacyjne.
18.3. Projektowanie systemów
wbudowanych
Tworzenie systemu wbudowanego wymaga przeanalizowania
wymagań, opracowania odpowiedniej architektury. Każdy błąd we
wstępnych fazach projektu może prowadzić do niepowodzenia
całego przedsięwzięcia. Złe decyzje projektowe pociągają za sobą
często konieczność modyfikacji nie tylko oprogramowania, lecz
także sprzętu.
W przypadku systemów do zastosowań krytycznych pojawia się też
problem bezpieczeństwa, czyli głównie odporności systemu na
awarie sprzętu, zaburzenia elektromagnetyczne oraz błędy
implementacyjne.
W przypadku, gdy projektowany system jest skomplikowany, na
przykład system sterujący robotem w zakładzie produkcyjnym,
projekt przeobraża się w skomplikowane przedsięwzięcie
logistyczne, wymagające koordynacji prac kilku różnych zespołów
inżynierów.
18.4. Projektowanie systemów
wbudowanych
18.5. Oprogramowanie systemu
wbudowanego
System wbudowany może zawierać oprogramowanie:
- dedykowane wyłącznie temu urządzeniu (firmware)
lub
- może to być system operacyjny wraz ze
specjalizowanym oprogramowaniem.
Może o tym decydować też stopień niezawodności jakie
ma oferować dany system wbudowany. Ogólną zasadą
jest, że im mniej złożone i specjalizowane jest
oprogramowanie, tym bardziej system jest niezawodny
oraz może szybciej reagować na zdarzenia krytyczne.
18.6. Niezawodność systemu
wbudowanego
• Niezawodność systemu może być zwiększona, przez
rozdzielenie zadań na mniejsze podsystemy, a także
przez redundancję. Polegać to może np. na
zastosowaniu do jednego zadania dwóch
identycznych urządzeń, które mogą przejąć zadania
drugiego, w przypadku awarii jednego z nich.
• Za pierwszy komputer wbudowany uznaje się ten,
który sterował amerykańskim statkiem kosmicznym
Apollo. Pierwszy komputer wbudowany produkowany
masowo sterował rakietą LGM-30 Minuteman.
• Systemy wbudowane znajdują zastosowanie we
wszystkich dziedzinach, gdyż w obecnych czasach
dąży się aby wszystkie urządzenia były inteligentne i
zdolne do pracy autonomicznej oraz wykonywały
coraz bardziej złożone zadania.
18.7. Zastosowania
Przykłady, w których stosuje się systemy wbudowane:
• układy sterujące pracą silnika samochodowego;
• sprzęt sterujący samolotami, rakietami, pociskami rakietowymi;
• sprzęt medyczny;
• sprzęt pomiarowy: oscyloskopy, analizatory;
• bankomaty i podobne urządzenia ATM;
• termostaty, klimatyzatory; kuchenki mikrofalowe, zmywarki;
• sterowniki stosowane w przemyśle do sterowania i kontroli
procesów i maszyn produkcyjnych;
• sterowniki do wszelkiego rodzaju robotów mechanicznych,
• systemy alarmowe służące do ochrony osób i mienia np.
antywłamaniowe, przeciwpożarowe i inne;
• telefony komórkowe i centrale telefoniczne;
• drukarki, kserokopiarki; kalkulatory;
• sprzęt komputerowy: dyski twarde, napędy optyczne, routery;
• systemy rozrywki multimedialnej i interaktywnej: konsole do
gier: stacjonarne i mobilne automaty np. do gier oraz inne;
• telewizory, odtwarzacze DVD, kamery cyfrowe.
Diagnostyka
medyczna
Nawigacja
satelitarna,
lotnictwo
Telekomunikacja
18.9. SoC (System-on-a-chip)
• SoC- mianem tym określa się układ scalony zawierający
kompletny system elektroniczny, w tym układy cyfrowe,
analogowe (także radiowe) oraz cyfrowo-analogowe.
Poszczególne moduły tego systemu, pochodzą zwykle od
różnych dostawców. Przykładowo jednostka centralna
pochodzi od jednego dostawcy, a porty komunikacji
szeregowej od innego.
• Typowym obszarem zastosowań SoC są
systemy wbudowane
.
• W przypadku, gdy niemożliwe jest zintegrowanie wszystkich
obwodów na jednym podłożu półprzewodnikowym,
poszczególne moduły wykonuje się na oddzielnych
kryształach, a całość zamyka się w jednej obudowie.
Rozwiązanie takie określane jest mianem
SiP (System-in-a-
package)
.
• W odróżnieniu od mikrokontrolerów SoC są wyposażone w
CPU o stosunkowo dużej mocy obliczeniowej (pozwalającej
uruchamiać systemy operacyjne takie jak Linux i Windows
CE) oraz bardziej specjalizowane peryferia.
18.10. Mikroprocesor AMD Geode LX
800 przeznaczony dla systemów
wbudowanych
18.11. Zdjęcie wnętrza Modemu/Routera Netgear
ADSL.
mikroprocesor (4), RAM (6), FLASH (7).
Sld 18.12. Literatura
1.
Wikipedia.
2.
J. Biernat. Architektura komputerów. Wy-
wo. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław,
2005.
4. A. Skorupski. Podstawy budowy i
działania komputerów. W - wo
komunikacji i łączności. Warszawa. 2004.
5.
B.S.Chalk. Organizacja i architektura
komputerów. WNT. Warszawa, 1996.
6.
http://automatykab2b.pl/tematmiesiaca/2
168-systemy-wbudowane.