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