Beágyazott rendszer
A fedélzeti rendszert autonóm elektronikus és számítógépes rendszerként definiálják , gyakran valós időben , pontos feladatokra szakosodva. A kifejezés mind a számítógépes hardver és a szoftver használható. Forrása általában korlátozott térben (csökkent méret) és energetikailag (korlátozott fogyasztás).
Történelem
Az egyik első modern beágyazott rendszerek felismerhető volt az Apollo Guidance Computer 1967-ben, az irányító rendszer a Hold misszió Apollo által kifejlesztett Charles Stark Draper a Massachusetts Institute of Technology . Mindegyik Hold misszió volt ellátva két rendszer (AGC), egy felelős inerciális és egy a Hold modulban . A projekt kezdetén az Apollo AGC számítógépét tartották a projekt legkevésbé megbízható részének. Másrészt az új komponensek használatának köszönhetően, amelyek abban az időben az integrált áramkörök voltak , a hasznos tér és a hasznos teher jelentős növekedése valósult meg, feltételezhetően csökkentve a küldetések már számos kockázatát.
Korlátok
A fedélzeti rendszerek előre meghatározott feladatokat hajtanak végre, és kötelező érvényű előírásokkal rendelkeznek , amelyek a következők lehetnek:
-
Korlátozott hely : a memóriaterület legfeljebb néhány GB nagyságrendben korlátozható (bár a méret az elemek miniatürizálásának köszönhetően egyre kevésbé korlátozott ). A beágyazott rendszereket úgy kell megtervezni, hogy a lehető legpontosabban kielégítsék az igényeket, a további költségek elkerülése érdekében;
-
Számítási teljesítmény : az előre meghatározott feladat szükségleteinek és időbeli korlátozásainak kielégítéséhez szükséges számítási teljesítmény szükséges. Ennek célja a készülék többletköltségeinek és a túlzott energiafogyasztás (elektromos áram) elkerülése;
-
Autonómia : az energiafogyasztásnak a lehető legkisebbnek kell lennie, akkumulátorok és / vagy napelemek vagy akár üzemanyagcellák miatt bizonyos prototípusokhoz;
-
Időbeli : a feladat végrehajtásának és időbeli határidejének meghatározása (a határidők ismertek vagy eleve korlátozottak ). Ez az utolsó korlát azt jelenti, hogy az ilyen rendszerek általában valós idejű tulajdonságokkal rendelkeznek ;
-
A megbízhatóságtól kezdve , ha előfordul, hogy e beágyazott rendszerek egy része meghibásodik, az emberi életet veszélyeztetik, vagy jelentős beruházásokat veszélyeztetnek. Ezután állítólag „kritikusak” és soha nem bukhatnak el. A "soha nem bukom" kifejezéssel meg kell érteni, hogy mindig helyes, releváns eredményeket adjunk, és ezt az említett eredmények felhasználói (gépek és / vagy emberek) által elvárt idő alatt;
Építészet
A beágyazott rendszerek általában alacsony energiafogyasztású mikroprocesszorokat vagy mikrokontrollereket használnak , amelyek szoftveres része részben vagy egészben hardverbe van programozva, általában a memória csak olvasható memóriában (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH stb. (ezt firmware-nek hívják ).
Jellemzők
- A több feladatot ellátó univerzális rendszerek helyett a beágyazott rendszereket speciális feladatok ellátására tervezték. Egyeseknek a valós idejű korlátozásoknak kell megfelelniük a megbízhatóság és a jövedelmezőség érdekében. Mások, amelyeknek kevés a teljesítménykorlátja, lehetővé teszik a rendszer egyszerűsítését és a gyártási költségek csökkentését.
- A beágyazott rendszerek nem mindig független modulok. Leggyakrabban az általuk vezérelt eszközbe vannak integrálva.
- A beágyazott rendszerek számára létrehozott szoftvert firmware-nek hívják. A merevlemez helyett csak olvasható memóriában vagy flash memóriában tárolódik. Leggyakrabban korlátozott hardvererőforrásokkal működik: kicsi méretű képernyő vagy billentyűzet, vagy éppen hiányzik, kevés memória, viszonylag alacsony számítási kapacitás.
Felhasználói felület
Előfordulhat, hogy egyes fedélzeti rendszerek nem rendelkeznek felhasználói felülettel (ezért egyetlen feladatra specializálódtak). De ez az interfész hasonló lehet egy számítógépes operációs rendszeréhez (például egy PDA-hoz ).
- A legegyszerűbb rendszerek csak gombokkal, LED-ekkel rendelkeznek .
- A legösszetettebb rendszerek érintőképernyővel vagy akár gombokkal ellátott képernyővel is rendelkezhetnek a hely minimalizálása érdekében. A gombok jelentése a képernyő függvényében változik, és a kiválasztás természetesen a kívánt funkcióra mutatva történik.
- A kézi számítógépek általában "joystick" stílusú gombbal rendelkeznek a navigációhoz.
- A web robbanásával a beágyazott rendszerek gyártói új lehetőséggel álltak elő: egy weblap stílusú felületet hálózati kapcsolaton keresztül. Ezzel elkerülhető a kifinomult rendszer költsége, miközben szükség esetén egy másik számítógépen teljes interfész marad. Sikeres felület állandó távoli telepítésekhez, különösen routerekhez .
- Néhány fedélzeti rendszer rendelkezik automatikus interfész-beszédfelismeréssel
Megbízhatóság
A beágyazott rendszerek többnyire olyan gépekben vannak, amelyeknek hosszú évekig folyamatosan, hibák nélkül kell működniük, és egyes esetekben maguk is kijavítják a hibákat, amikor azok bekövetkeznek. Ezért a szoftvert mindig körültekintõbben fejlesztik és tesztelik, mint a PC-re szánt szoftvert. A megbízhatatlan mozgó alkatrészek (pl. Lemezmeghajtók, gombok vagy kapcsolók) tilosak.
A megbízhatóság kérdése a következőket foglalhatja magában:
- A rendszert nem lehet leállítani javítás céljából, vagy ezek nem elérhető javítások.
A megoldás lehet pótalkatrész vagy a szoftver "soft mode", amely részleges működést biztosít.
Például: tengeralattjáró kábelek, navigációs jelzőfények, fúrókutak stb.
- A rendszert biztonsági okokból folyamatosan működtetni kell. Gyakran a biztonsági mentéseket egy operátor végzi.
Ebben az esetben a "puha mód" tolerálható.
Például: reaktorvezérlő rendszerek, vegygyárak, vonatjelek stb.
Például: híd- vagy liftrendszerek , pénzátutalások, kereskedelmi helyiségek, automatikus értékesítés vagy szolgáltatások stb.
Alkalmazási területek
Azok a mezők, amelyeken beágyazott rendszereket találunk, egyre több:
-
Asztronautika : rakéta , mesterséges műhold , űrszonda stb.
-
Ipari programozható logikai vezérlő, vezérlő-irányító
-
Készülékek : televízió , mikrohullámú sütő
- Környezet
- Orvosi berendezések
-
Pénztárgép (ATM)
-
nyomtatás : multifunkciós nyomtató , fénymásoló stb.
-
Számítástechnika : merevlemez , hajlékonylemez-meghajtó stb.
- Metrológia
-
Katonai : rakéta , radar
-
Multimédia : videojáték-konzol , személyes asszisztens
-
Telekommunikáció : set-top box , telefon , router , tűzfal , időszerver , mobiltelefon .
-
Közlekedés : Gépjármű , Repülés ( repülés ), Vasút stb.
Beágyazott rendszerek fejlesztése
A beágyazott rendszerek fejlesztése mind az elektronika, mind az informatika ismeretét igényli. A fedélzeti rendszer létrehozásához szükséges berendezések között megtalálhatjuk:
- Dokumentáció ( adatlap ) a felhasznált összetevőkről. Ez a fejlesztés első információforrása!
- Az elektronikai mérnök alapvető eszközei ( forrasztópáka , szigetelő stb.)
- Időelemző eszközök: oszcilloszkóp, logikai elemző stb.
- Alapkomponensek ( ellenállások , kondenzátorok stb.)
- A mikroprocesszor vagy mikrokontroller
- A kereszt-fordító (más néven cross-compiler)
- Mikrokontroller programozó vagy in-situ programozó
- Egy in-áramkör emulátor vagy ICE ( In Circuit Emulator ). Ez a berendezés lehetővé teszi a hardver és a szoftver hibakeresését (a hibakeresés lehetősége a szoftver forrás szintjén), azonban továbbra is drága.
- JTAG szonda . Az olcsó és széles körben használt JTAG szonda nemcsak a szoftver in situ hibakeresését teszi lehetővé (regiszterek, memóriák, perifériák stb. Beolvasása / módosítása), hanem a mikrokontrollerek FLASH memóriájának programozását is, legyen az belső vagy külső, mint egyes chipek esetében az NXP gyártótól
-
Rendszertechnika : multidiszciplináris megközelítés a digitális technológiákat beágyazó rendszerek meghatározásához, fejlesztéséhez és telepítéséhez .
Piac és foglalkoztatás
A különböző gazdasági ágazatokon átívelő, 2013-ban a fedélzeti rendszerek piaca Franciaországban 73 milliárd eurót tett ki, ami a GDP 3,7% -át teszi ki. A foglalkoztatás szempontjából az ágazat a munkaerő 1,3% -át, azaz 387 500 embert tömöríti.
Megjegyzések és hivatkozások
-
Octave Letellier , „ Beágyazott mesterséges intelligencia - új terephasználat a beágyazott mesterséges intelligenciának köszönhetően ” , a Bpifrance Le Hub-on ,2018. január 10(megtekintve : 2020. október 5. )
-
SPIFI új ötlet [1]
Lásd is
Belső linkek
Külső linkek