Prima di imparare il sistema incorporato, impariamo:
Cos’è un sistema?
Un sistema è una disposizione in cui tutti i suoi componenti funzionano secondo le specifiche regole definite. È un metodo per organizzare, lavorare o eseguire uno o più compiti secondo un piano prestabilito.
Che cos’è un sistema integrato?
Il sistema integrato è una combinazione di software e hardware per computer con funzionalità fisse o programmabili. Un sistema integrato può essere un sistema indipendente o può far parte di un sistema di grandi dimensioni. È principalmente progettato per una o più funzioni specifiche all’interno di un sistema più ampio. Ad esempio, un allarme antincendio è un esempio comune di un sistema incorporato che può rilevare solo il fumo.
Esempio di Sistemi Embedded
Stampante laser
Le stampanti laser sono uno degli esempi di sistemi integrati che utilizzano sistemi integrati per gestire vari aspetti della stampa. Oltre a svolgere l’attività principale di stampa, deve ricevere gli input dell’utente, gestire la comunicazione con il sistema informatico, gestire i guasti e rilevare la carta lasciata sul vassoio, ecc.
Qui, il compito principale del microprocessore è comprendere il testo e controllare la testina di stampa in modo tale che scarichi l’inchiostro dove è necessario.
Per eseguire ciò, ha bisogno di decodificare i diversi file che gli vengono dati e comprendere il carattere e la grafica. Consuma un notevole tempo di CPU per elaborare i dati e deve accettare gli input dell’utente, controllare i motori, ecc.
Storia del sistema integrato
Qui ci sono importanti pietre miliari della storia del sistema embedded:
- Nel 1960, il sistema incorporato fu utilizzato per la prima volta per lo sviluppo del sistema di guida Apollo da Charles Stark Draper al MIT.
- Nel 1965, Autonetics sviluppò il D-17B, il computer utilizzato nel sistema di guida missilistica Minuteman.
- Nel 1968 fu rilasciato il primo sistema integrato per un veicolo.
- Texas Instruments ha sviluppato il primo microcontrollore nel 1971.
- Nel 1987, il primo sistema operativo integrato, VxWorks, è stato rilasciato da Wind River.
- Microsoft Windows Embedded CE nel 1996.
- Alla fine degli anni ’90 apparve il primo sistema Linux embedded.
- Il mercato embedded ha raggiunto i 140 miliardi di dollari nel 2013.
- Gli analisti prevedono un mercato integrato superiore a 40 miliardi di dollari entro il 2030.
Caratteristiche di un sistema embedded
Caratteristiche di un sistema embedded
Di seguito sono riportate importanti caratteristiche di un sistema embedded:
- Richiede prestazioni in tempo reale
- Dovrebbe avere un’elevata disponibilità e affidabilità.
- Sviluppato attorno a un sistema operativo in tempo reale
- Di solito, hanno un’operazione facile e senza disco, l’avvio della ROM
- Progettato per un compito specifico
- Deve essere collegato con periferiche per collegare dispositivi di input e output.
- Offre alta affidabilità e stabilità
- Interfaccia utente minima necessaria
- Memoria limitata, basso costo, minori consumi energetici
- Non ha bisogno di alcuna memoria secondaria nel computer.
Terminologie importanti utilizzate nei sistemi embedded
Ora in questo tutorial sui sistemi integrati, tratteremo alcuni termini importanti utilizzati nei sistemi integrati.
Affidabilità:
Questa misura della probabilità di sopravvivenza del sistema quando la funzione è critica durante il tempo di esecuzione.
Tolleranza ai guasti:
La tolleranza ai guasti è la capacità di un sistema informatico di sopravvivere in presenza di guasti.
Tempo reale:
Il sistema integrato deve soddisfare vari tempi e altri vincoli. Gli sono imposti dal comportamento naturale in tempo reale del mondo esterno.
Ad esempio, un dipartimento dell’aeronautica che tiene traccia degli attacchi missilistici in arrivo deve calcolare e pianificare con precisione il proprio contrattacco a causa della dura scadenza in tempo reale. Altrimenti, verrà distrutto.
Flessibilità:
Sta costruendo sistemi con opportunità di debug integrate che consentono la manutenzione remota.
Ad esempio, stai costruendo un veicolo spaziale che atterrerà su un’altra fioriera per raccogliere vari tipi di dati e inviarci i dettagli raccolti. Se questo veicolo spaziale è impazzito e ha perso il controllo, dovremmo essere in grado di fare una diagnosi importante. Pertanto, la flessibilità è vitale durante la progettazione di un sistema embedded.
Portabilità:
La portabilità è una misura della facilità di utilizzo dello stesso software integrato in vari ambienti. Richiede astrazioni generalizzate tra la logica del programma applicativo stesso e le interfacce di sistema di basso livello.
Cos’è il microcontrollore?
Un microcontrollore è un’unità VLSI a chip singolo, chiamata anche microcomputer. Contiene tutta la memoria e le interfacce I/O necessarie, mentre un microprocessore generico necessita di chip aggiuntivi per essere offerto da queste funzioni necessarie. I microcontrollori sono ampiamente utilizzati nei sistemi embedded per applicazioni di controllo in tempo reale.
Cos’è un microprocessore?
Un microprocessore è un dispositivo semiconduttore a chip singolo. La sua CPU contiene un contatore di programma, un ALU un puntatore di stack, un registro di lavoro, un circuito di temporizzazione dell’orologio. Include anche ROM e RAM , decodificatore di memoria e molte porte seriali e parallele.
Architettura del sistema embedded
Di seguito è riportata l’architettura di base del sistema integrato:
Architettura del sistema embedded
1) Sensore:
Il sensore ti aiuta a misurare la quantità fisica e la converte in un segnale elettrico. Memorizza anche la quantità misurata nella memoria. Questo segnale può essere pronto da un osservatore o da qualsiasi strumento elettronico come il convertitore A2D.
2) Convertitore AD:
Convertitore AD (convertitore analogico-digitale) consente di convertire un segnale analogico inviato dal sensore in un segnale digitale.
3) Memoria:
La memoria è usata per immagazzinare informazioni. Il sistema integrato contiene principalmente due celle di memoria 1) Memoria volatile 2) Memoria non volatile.
4) Processore e ASIC:
Questo componente elabora i dati per misurare l’output e archiviarlo nella memoria.
5) Convertitore DA:
Il convertitore DA (un convertitore da digitale ad analogico) consente di convertire i dati digitali forniti dal processore in dati analogici.
6) Attuatore:
Un attuatore consente di confrontare l’uscita fornita dal convertitore DA con l’uscita effettiva memorizzata in esso e memorizza l’uscita approvata nella memoria.
Tipi di sistema integrato
Tre tipi di sistemi integrati sono:
- Piccola scala
- Scala media
- Sofisticato
Tipi di sistema integrato
Sistemi embedded su piccola scala:
Questo sistema integrato può essere progettato con un singolo microcontrollore a 8 o 16 bit. Può essere azionato con l’aiuto di una batteria. Per lo sviluppo di sistemi embedded su piccola scala, un editor, un assemblatore (IDE) e un assemblatore incrociato sono gli strumenti di programmazione più vitali .
Sistemi integrati di media scala:
Questi tipi di sistemi integrati sono progettati utilizzando microcontrollori a 16 o 32 bit. Questi sistemi offrono complessità hardware e software. C, C ++, Java e strumenti di ingegneria del codice sorgente, ecc. Vengono utilizzati per sviluppare questo tipo di sistema integrato.
Sofisticati sistemi integrati
Questo tipo di sistemi embedded presenta molte complessità hardware e software. Potrebbero essere necessari IPS, ASIPS, PLA, processore di configurazione o processori scalabili. Per lo sviluppo di questo sistema, è necessario un co-design e componenti hardware e software che devono essere combinati nel sistema finale.
Differenza tra microprocessore e microcontrollore
Scopri la differenza tra microprocessore e microcontrollore
| Microprocessore | Microcontrollore |
|---|---|
| Utilizza blocchi funzionali come registro, ALU, temporizzazione e unità di controllo. | Utilizza blocchi funzionali di microprocessori come RAM, timer, I/O paralleli, ADC e DAC. |
| In Microprocessore, l’istruzione di gestione dei bit è inferiore, solo uno o due tipi. | Il microcontrollore offre molti tipi di istruzioni per la gestione dei bit. |
| Offre movimenti rapidi di codice e dati tra memoria esterna e microprocessore. | Offre movimenti rapidi di codice e dati nel microcontrollore. |
| Ti aiuta a progettare sistemi di computer digitali generici. | Ti aiuta a progettare sistemi dedicati specifici dell’applicazione. |
| Ti permette di fare multitasking alla volta. | È un sistema orientato a un singolo compito. |
| Nel sistema a microprocessore, puoi decidere il numero di porte di memoria o I/O necessarie. | Nel sistema a microcontrollore, il numero fisso di memoria o I/O rende un microcontrollore ideale per completare l’attività specifica. |
| Offre supporto per memoria esterna e porte I/O, il che rende il sistema più pesante e costoso. | Questo tipo di sistema è leggero ed economico rispetto al microprocessore. |
| I dispositivi esterni richiedono più spazio e il loro consumo energetico è piuttosto elevato. | Questo tipo di sistema consuma meno spazio e anche il consumo energetico è molto basso. |
Applicazioni dei sistemi embedded
Di seguito sono riportate le applicazioni importanti del sistema Embedded:
Scienza robotica
- Veicoli terrestri
- Droni
- Veicoli subacquei
- Robot industriali
Medico
- Macchina per dialisi
- Pompe per infusione
- Monitor cardiaco
- Dispositivo protesico
Settore automobilistico
- Controllo del motore
- Sistema di accensione
- Sistema di frenaggio
Rete
- Router
- Mozzi
- Gateway
- Strumenti elettronici
Dispositivi domestici
- TV
- Allarme digitale
- Condizionatore
- Lettore video DVD
- Macchine fotografiche
Automobili
- Iniezione di carburante
- Sistema di illuminazione
- Serrature delle porte
- Airbag
- finestre
- Sistema di assistenza al parcheggio
- Allarmi antifurto Whippers Motion
Controllo industriale
- Robotica
- Sistema di controllo
- Missili
- Reattori nucleari
- Stazioni spaziali
- Navette
Vantaggi del sistema integrato
Ecco i pro/vantaggi dell’utilizzo del sistema integrato:
- È in grado di coprire un’ampia varietà di ambienti
- Meno probabilità di bissare gli errori
- Sistema integrato hardware semplificato che riduce i costi complessivi.
- Offre prestazioni migliorate
- Il sistema integrato è utile per la produzione di massa.
- Il sistema integrato è altamente affidabile.
- Ha pochissime interconnessioni.
- Il sistema integrato è di piccole dimensioni.
- Ha un funzionamento veloce.
- Offre una migliore qualità del prodotto.
- Ottimizza l’uso delle risorse di sistema.
- Ha un funzionamento a bassa potenza.
Svantaggi del sistema integrato
Qui ci sono importanti svantaggi/svantaggi dell’utilizzo del sistema integrato.
- Per sviluppare un sistema embedded è necessario un elevato sforzo di sviluppo.
- Ha bisogno di molto tempo per essere commercializzato.
- I sistemi embedded svolgono un compito molto specifico, quindi non possono essere programmati per fare cose diverse.
- I sistemi integrati offrono risorse di memoria molto limitate.
- Non offre alcun miglioramento tecnologico.
- È difficile eseguire il backup dei file incorporati.
Riepilogo
- Un sistema è un arrangiamento in cui tutti i suoi componenti assemblati funzionano secondo specifiche regole definite.
- Definizione di sistema integrato: sistemi integrati che indicano una combinazione di software e hardware per computer con capacità fisse o programmabili.
- Un esempio di sistemi embedded è la stampante laser che gestisce vari aspetti della stampa.
- Nel 1960, il sistema incorporato fu utilizzato per la prima volta per lo sviluppo del sistema di guida Apollo da Charles Stark Draper al MIT.
- Il sistema integrato richiede prestazioni in tempo reale
- Misura di affidabilità della probabilità di sopravvivenza del sistema quando la funzione è critica durante il tempo di esecuzione.
- La tolleranza ai guasti è la capacità di un sistema informatico di sopravvivere in presenza di guasti.
- Il sistema integrato deve soddisfare vari tempi e altri vincoli.
- La flessibilità consiste nella creazione di sistemi con opportunità di debug integrate che consentono la manutenzione remota.
- La portabilità è una misura della facilità di utilizzo dello stesso software integrato in vari ambienti.
- Un microcontrollore è un’unità VLSI a chip singolo, chiamata anche microcomputer.
- Un microprocessore è un dispositivo semiconduttore a chip singolo. La sua CPU contiene un contatore di programma, un ALU un puntatore di stack, un registro di lavoro, un circuito di temporizzazione dell’orologio.
- L’architettura del sistema integrato include: sensore, convertitore AD, memoria, processore e ASIC, convertitore DA e attuatore.
- Tre tipi di sistemi integrati sono: 1) di piccola scala, 2) di media scala e 3) sofisticati.
- La principale differenza tra In Microprocessor e Microcontroller è che In Microprocessor, l’istruzione di gestione dei bit è inferiore mentre Microcontroller offre molti tipi di istruzioni di gestione dei bit.
- L’applicazione del sistema integrato include: 1) scienza robotica, 2) medicina, 3) settore automobilistico, 3) reti, 4) dispositivi domestici, 5) automobili e 6) controllo industriale.
- I principali vantaggi del sistema integrato è che è in grado di coprire un’ampia varietà di ambienti.
- Il principale svantaggio di Embedded System è che richiede molto tempo per essere commercializzato.
fonte: https://www.guru99.com/embedded-systems-tutorial.html
