ระบบฝังตัว - ภาพรวม
ระบบ
ระบบคือการจัดเรียงที่หน่วยทั้งหมดของมันประกอบทำงานร่วมกันตามชุดของกฎ นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดเป็นวิธีการทำงานจัดระเบียบหรือทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งหรือหลายอย่างตามแผนตายตัว ตัวอย่างเช่นนาฬิกาคือระบบแสดงเวลา ส่วนประกอบเป็นไปตามชุดของกฎเพื่อแสดงเวลา หากชิ้นส่วนใดชิ้นส่วนหนึ่งทำงานล้มเหลวนาฬิกาจะหยุดทำงาน ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่าในระบบส่วนประกอบย่อยทั้งหมดพึ่งพาซึ่งกันและกัน
ระบบฝังตัว
ตามชื่อของมัน Embedded หมายถึงสิ่งที่ยึดติดกับอีกสิ่งหนึ่ง ระบบฝังตัวสามารถคิดได้ว่าเป็นระบบฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ที่มีซอฟต์แวร์ฝังอยู่ ระบบฝังตัวอาจเป็นระบบอิสระหรืออาจเป็นส่วนหนึ่งของระบบขนาดใหญ่ ระบบฝังตัวคือระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานเฉพาะ ตัวอย่างเช่นสัญญาณเตือนไฟไหม้เป็นระบบฝังตัว มันจะรู้สึกได้แค่ควัน
ระบบฝังตัวมีส่วนประกอบสามส่วน -
มีฮาร์ดแวร์
มีซอฟต์แวร์ประยุกต์
มีระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) ที่ดูแลซอฟต์แวร์แอพพลิเคชั่นและจัดเตรียมกลไกเพื่อให้โปรเซสเซอร์รันกระบวนการตามกำหนดเวลาโดยทำตามแผนการควบคุมเวลาแฝง RTOS กำหนดวิธีการทำงานของระบบ ตั้งกฎระหว่างการดำเนินการโปรแกรมประยุกต์ ระบบฝังตัวขนาดเล็กอาจไม่มี RTOS
ดังนั้นเราสามารถกำหนดระบบฝังตัวเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ซอฟต์แวร์ขับเคลื่อนเชื่อถือได้ระบบควบคุมแบบเรียลไทม์
ลักษณะของระบบฝังตัว
Single-functioned- ระบบฝังตัวมักจะดำเนินการพิเศษและทำแบบเดียวกันซ้ำ ๆ ตัวอย่างเช่นเพจเจอร์จะทำหน้าที่เป็นเพจเจอร์เสมอ
Tightly constrained- ระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมดมีข้อ จำกัด เกี่ยวกับเมตริกการออกแบบ แต่ระบบที่อยู่ในระบบฝังตัวอาจมีข้อ จำกัด เป็นพิเศษ เมตริกการออกแบบคือการวัดคุณสมบัติของการนำไปใช้งานเช่นต้นทุนขนาดกำลังและประสิทธิภาพ ต้องมีขนาดที่พอดีกับชิปตัวเดียวต้องทำงานได้เร็วพอที่จะประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์และใช้พลังงานขั้นต่ำเพื่อยืดอายุแบตเตอรี่
Reactive and Real time- ระบบฝังตัวจำนวนมากต้องตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมของระบบอย่างต่อเนื่องและต้องคำนวณผลลัพธ์บางอย่างตามเวลาจริงโดยไม่ชักช้า ลองพิจารณาตัวอย่างของตัวควบคุมการล่องเรือในรถยนต์ ตรวจสอบและตอบสนองต่อเซ็นเซอร์ความเร็วและเบรกอย่างต่อเนื่อง ต้องคำนวณการเร่งความเร็วหรือการลดความเร่งซ้ำ ๆ ภายในเวลาที่ จำกัด การคำนวณล่าช้าอาจส่งผลให้ไม่สามารถควบคุมรถได้
Microprocessors based - ต้องเป็นไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์
Memory- ต้องมีหน่วยความจำเนื่องจากซอฟต์แวร์มักจะฝังไว้ใน ROM ไม่จำเป็นต้องมีความทรงจำรองในคอมพิวเตอร์
Connected - ต้องมีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุต
HW-SW systems- ซอฟต์แวร์ใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติและความยืดหยุ่น ฮาร์ดแวร์ถูกใช้เพื่อประสิทธิภาพและความปลอดภัย
ข้อดี
- ปรับแต่งได้อย่างง่ายดาย
- การใช้พลังงานต่ำ
- ราคาถูก
- ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น
ข้อเสีย
- ความพยายามในการพัฒนาสูง
- เวลาในการทำตลาดมากขึ้น
โครงสร้างพื้นฐานของระบบฝังตัว
ภาพประกอบต่อไปนี้แสดงโครงสร้างพื้นฐานของระบบฝังตัว -
Sensor- วัดปริมาณทางกายภาพและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งผู้สังเกตการณ์หรือเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ สามารถอ่านได้เช่นตัวแปลง A2D เซ็นเซอร์เก็บปริมาณที่วัดได้ไปยังหน่วยความจำ
A-D Converter - ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงสัญญาณแอนะล็อกที่เซ็นเซอร์ส่งให้เป็นสัญญาณดิจิทัล
Processor & ASICs - โปรเซสเซอร์ประมวลผลข้อมูลเพื่อวัดผลลัพธ์และจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำ
D-A Converter - ตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อกแปลงข้อมูลดิจิทัลที่ป้อนโดยโปรเซสเซอร์เป็นข้อมูลอนาล็อก
Actuator - แอคชูเอเตอร์เปรียบเทียบเอาต์พุตที่ได้รับจาก DA Converter กับเอาต์พุตจริง (คาดว่า) ที่เก็บไว้ในนั้นและจัดเก็บเอาต์พุตที่ได้รับอนุมัติ