Wbudowany system
System pokładowy definiuje się jako autonomiczny system elektroniczny i komputerowy , często czasu rzeczywistego , wyspecjalizowany w precyzyjnym zadaniu. Termin ten odnosi się zarówno do sprzętu komputerowego, jak i używanego oprogramowania . Jej zasoby są na ogół ograniczone przestrzennie (mniejsza wielkość) i energetycznie (ograniczona konsumpcja).
Historia
Jednym z pierwszych nowoczesnych systemów wbudowanych rozpoznawalny był Apollo Guidance Computer w 1967 roku, system naprowadzający z księżycowej misji Apollo , opracowanej przez Charles Stark Draper z Massachusetts Institute of Technology . Każda misja księżycowa była wyposażona w dwa systemy (AGC), jeden odpowiedzialny za naprowadzanie bezwładnościowe i jeden za moduł księżycowy . Na początku projektu komputer AGC Apollo był uważany za najmniej niezawodną część projektu. Z drugiej strony, dzięki zastosowaniu nowych komponentów, którymi były wówczas układy scalone , osiągnięto znaczne korzyści w przestrzeni użytkowej i ładowności , z rzekomym zmniejszeniem i tak już licznych zagrożeń misji.
Ograniczenia
Systemy pokładowe wykonują predefiniowane zadania i mają wiążące specyfikacje do spełnienia, które mogą być:
-
Ograniczona przestrzeń : przestrzeń pamięci może być ograniczona do maksymalnie kilku GB (chociaż rozmiar staje się coraz mniej ograniczony dzięki miniaturyzacji elementów). Systemy wbudowane powinny być zaprojektowane tak, aby jak najdokładniej odpowiadały potrzebom, aby uniknąć dodatkowych kosztów;
-
Moc obliczeniowa : konieczne jest posiadanie mocy obliczeniowej niezbędnej do zaspokojenia potrzeb i ograniczeń czasowych wstępnie zdefiniowanego zadania. Ma to na celu uniknięcie dodatkowego kosztu urządzenia i nadmiernego zużycia energii (prądu elektrycznego);
-
Autonomia : zużycie energii musi być jak najniższe ze względu na wykorzystanie baterii i/lub paneli słonecznych lub nawet ogniw paliwowych w przypadku niektórych prototypów;
-
Czasowy : określane są czasy wykonania i czasowy termin wykonania zadania (terminy są znane lub ograniczone a priori ). To ostatnie ograniczenie oznacza, że generalnie takie systemy mają właściwości czasu rzeczywistego ;
-
Od niezawodności, ponieważ jeśli zdarzy się, że niektóre z tych systemów wbudowanych ulegną awarii, narażają życie ludzkie na niebezpieczeństwo lub narażają na szwank znaczne inwestycje. Mówi się wtedy, że są „krytyczne” i nigdy nie mogą zawieść. Przez "nigdy nie zawodzi" należy rozumieć, aby zawsze podawać prawidłowe wyniki, istotne i to w czasie oczekiwanym przez użytkowników (maszyny i / lub ludzi) wspomnianych wyników;
Architektura
Systemy wbudowane zazwyczaj wykorzystują mikroprocesory lub mikrokontrolery o niskim poborze mocy , których część programowa jest częściowo lub całkowicie zaprogramowana w sprzęcie, zwykle w pamięci w pamięci tylko do odczytu (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH itp. (nazywa się to oprogramowaniem układowym ).
Charakterystyka
- Zamiast uniwersalnych systemów wykonujących wiele zadań, systemy wbudowane są przeznaczone do wykonywania określonych zadań. Niektóre muszą sprostać ograniczeniom czasu rzeczywistego ze względu na niezawodność i rentowność. Inne, mające niewiele ograniczeń wydajnościowych, umożliwiają uproszczenie systemu i obniżenie kosztów produkcji.
- Systemy wbudowane nie zawsze są niezależnymi modułami. Najczęściej są zintegrowane z urządzeniem, którym sterują.
- Oprogramowanie stworzone dla systemów wbudowanych nazywa firmware. Jest przechowywany w pamięci tylko do odczytu lub w pamięci flash, a nie na dysku twardym. Pracuje najczęściej przy ograniczonych zasobach materiałowych: ekran i klawiatura o niewielkich rozmiarach lub wręcz brak, mało pamięci, stosunkowo małe możliwości obliczeniowe.
Interfejs użytkownika
Niektóre systemy pokładowe mogą nie mieć interfejsu użytkownika (dlatego specjalizują się w jednym zadaniu). Ale ten interfejs może być również podobny do systemu operacyjnego komputera (na przykład PDA ).
- Najprostsze układy mają tylko przyciski, diody LED .
- Najbardziej złożone systemy mogą mieć ekran dotykowy lub nawet ekran z przyciskami, aby zminimalizować miejsce. Znaczenie przycisków zmienia się w zależności od ekranu, a wyboru dokonuje się w sposób naturalny poprzez wskazanie żądanej funkcji.
- Komputery podręczne zazwyczaj mają przycisk w stylu „joysticka” do nawigacji.
- Wraz z rozwojem Internetu producenci systemów wbudowanych opracowali nową opcję: interfejs w stylu strony internetowej przez połączenie sieciowe. Pozwala to uniknąć kosztów skomplikowanego systemu, zachowując w razie potrzeby pełny interfejs na innym komputerze. Udany interfejs do stałych instalacji zdalnych, zwłaszcza routerów .
- Niektóre systemy pokładowe mają interfejs głosowy z automatycznym rozpoznawaniem mowy
Niezawodność
Systemy wbudowane znajdują się głównie w maszynach, które muszą działać nieprzerwanie przez wiele lat bez błędów, aw niektórych przypadkach same naprawiają błędy, gdy się pojawią. Dlatego oprogramowanie jest zawsze opracowywane i testowane dokładniej niż oprogramowanie na komputery PC. Zabronione są zawodne części ruchome (np. napędy dysków, przyciski lub przełączniki).
Kwestia niezawodności może obejmować:
- System nie może zostać wyłączony w celu naprawy lub są one niedostępne.
Rozwiązaniem mogą być dodatkowe części zamienne lub „miękki tryb” oprogramowania zapewniający częściowe działanie.
Na przykład: kable podmorskie, latarnie nawigacyjne, studnie wiertnicze itp.
- System musi być uruchomiony ze względów bezpieczeństwa. Często kopie zapasowe wykonuje operator.
W takim przypadku tolerowany jest „tryb miękki”.
Na przykład: systemy sterowania reaktorami, fabryki chemiczne, sygnały kolejowe itp.
Na przykład: systemy pomostowe lub windy , transfery środków, sale handlowe, automatyczna sprzedaż lub usługi itp.
Obszary zastosowań
Dziedziny, w których znajdujemy systemy wbudowane są coraz liczniejsze:
-
Astronautyka : rakieta , sztuczny satelita , sonda kosmiczna itp.
-
Przemysłowy programowalny sterownik logiczny , sterowanie-rozkaz
-
Sprzęt AGD : telewizor , kuchenka mikrofalowa
- Środowisko
- Sprzęt medyczny
-
Bankomat (ATM)
-
drukowanie : drukarka wielofunkcyjna , kopiarka itp.
-
Komputery : dysk twardy , stacja dyskietek itp.
- Metrologia
-
Wojsko : pocisk , radar
-
Multimedia : konsola do gier wideo , osobisty asystent;
-
Telekomunikacja : dekoder , telefonia , router , firewall , serwer czasu , telefon komórkowy .
-
Transport : Motoryzacja , Lotnictwo ( awionika ), Koleje , itp.
Rozwój systemów wbudowanych
Rozwój systemów wbudowanych wymaga znajomości zarówno elektroniki, jak i informatyki. Wśród sprzętu potrzebnego do stworzenia systemu pokładowego znajdziemy:
- Dokumentacja ( datasheet ) na temat użytych komponentów. To pierwsze źródło informacji do rozwoju!
- Podstawowe narzędzia elektronika ( lutownica , izolator itp.)
- Narzędzia do analizy czasu: oscyloskop, analizator stanów logicznych itp.
- Podstawowe elementy ( rezystory , kondensatory itp.)
- Mikroprocesor lub mikrokontroler
- Przekroju kompilator (znany również jako przekroju kompilator)
- Programista mikrokontrolerów lub programista in-situ
- Emulator w obwodzie lub ICE ( w obwodzie emulatora ). Sprzęt ten umożliwia debugowanie sprzętu i oprogramowania (możliwość debugowania na poziomie źródła oprogramowania), jednak pozostaje kosztowny.
- Sonda JTAG . Niedroga i szeroko stosowana sonda JTAG umożliwia nie tylko programowe debugowanie in situ (odczyt/modyfikację rejestrów, pamięci, peryferiów itp.), ale także programowanie pamięci FLASH mikrokontrolerów, czy to wewnętrznej czy zewnętrznej jak w przypadku niektórych chipów od producenta NXP
-
Inżynieria systemów : multidyscyplinarne podejście do definiowania, rozwijania i wdrażania systemów wykorzystujących technologie cyfrowe.
Rynek i zatrudnienie
Przekrojowe w różnych sektorach gospodarki, w 2013 r. systemy pokładowe stanowiły we Francji rynek o wartości 73 miliardów euro, czyli 3,7% PKB. Pod względem zatrudnienia sektor skupia 1,3% siły roboczej, czyli 387 500 osób.
Uwagi i referencje
-
Octave Letellier , „ Wbudowana sztuczna inteligencja – nowe zastosowania dzięki wbudowanej sztucznej inteligencji ” , na Bpifrance Le Hub ,10 stycznia 2018(dostęp 5 października 2020 r. )
-
Nowy pomysł SPIFI [1]
Zobacz również
Linki wewnętrzne
Linki zewnętrzne