Hệ thống nhúng - Tổng quan

Hệ thống

Hệ thống là một sự sắp xếp trong đó tất cả các đơn vị lắp ráp của nó hoạt động cùng nhau theo một bộ quy tắc. Nó cũng có thể được định nghĩa là cách thức làm việc, tổ chức hoặc thực hiện một hoặc nhiều công việc theo một kế hoạch cố định. Ví dụ, một chiếc đồng hồ là một hệ thống hiển thị thời gian. Các thành phần của nó tuân theo một bộ quy tắc để hiển thị thời gian. Nếu một trong các bộ phận của nó bị lỗi, đồng hồ sẽ ngừng hoạt động. Vì vậy, chúng ta có thể nói, trong một hệ thống, tất cả các thành phần con của nó phụ thuộc vào nhau.

Hệ thống nhúng

Như tên gọi của nó, Embedded có nghĩa là một thứ được gắn vào một thứ khác. Hệ thống nhúng có thể được coi là một hệ thống phần cứng máy tính có phần mềm được nhúng trong đó. Hệ thống nhúng có thể là một hệ thống độc lập hoặc nó có thể là một phần của hệ thống lớn. Hệ thống nhúng là một hệ thống dựa trên vi điều khiển hoặc vi xử lý được thiết kế để thực hiện một tác vụ cụ thể. Ví dụ, báo cháy là một hệ thống nhúng; nó sẽ cảm thấy chỉ có khói.

Một hệ thống nhúng có ba thành phần:

Nó có phần cứng.
Nó có phần mềm ứng dụng.
Nó có Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) giám sát phần mềm ứng dụng và cung cấp cơ chế cho phép bộ xử lý chạy một quy trình theo lịch trình bằng cách tuân theo một kế hoạch để kiểm soát độ trễ. RTOS xác định cách thức hoạt động của hệ thống. Nó thiết lập các quy tắc trong quá trình thực hiện chương trình ứng dụng. Một hệ thống nhúng quy mô nhỏ có thể không có RTOS.

Vì vậy, chúng ta có thể định nghĩa một hệ thống nhúng là một hệ thống điều khiển dựa trên Vi điều khiển, điều khiển bằng phần mềm, đáng tin cậy, thời gian thực.

Đặc điểm của một hệ thống nhúng

Single-functioned- Một hệ thống nhúng thường thực hiện một hoạt động chuyên biệt và lặp đi lặp lại như vậy. Ví dụ: Một máy nhắn tin luôn hoạt động như một máy nhắn tin.
Tightly constrained- Tất cả các hệ thống máy tính đều có những ràng buộc về số liệu thiết kế, nhưng những ràng buộc trên hệ thống nhúng có thể đặc biệt chặt chẽ. Chỉ số thiết kế là thước đo các tính năng của triển khai như chi phí, kích thước, sức mạnh và hiệu suất của nó. Nó phải có kích thước vừa với một con chip, phải hoạt động đủ nhanh để xử lý dữ liệu trong thời gian thực và tiêu thụ điện năng tối thiểu để kéo dài tuổi thọ pin.
Reactive and Real time- Nhiều hệ thống nhúng phải liên tục phản ứng với những thay đổi trong môi trường của hệ thống và phải tính toán các kết quả nhất định trong thời gian thực mà không có bất kỳ độ trễ nào. Hãy xem xét một ví dụ về bộ điều khiển hành trình ô tô; nó liên tục theo dõi và phản ứng với các cảm biến tốc độ và phanh. Nó phải tính toán khả năng tăng tốc hoặc giảm gia tốc lặp đi lặp lại trong một khoảng thời gian giới hạn; việc tính toán chậm trễ có thể dẫn đến việc không điều khiển được xe.
Microprocessors based - Nó phải dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển.
Memory- Nó phải có một bộ nhớ, vì phần mềm của nó thường được nhúng trong ROM. Nó không cần bất kỳ bộ nhớ phụ nào trong máy tính.
Connected - Nó phải có thiết bị ngoại vi kết nối để kết nối các thiết bị đầu vào và đầu ra.
HW-SW systems- Phần mềm được sử dụng để có nhiều tính năng và linh hoạt hơn. Phần cứng được sử dụng cho hiệu suất và bảo mật.

Ưu điểm

Dễ dàng tùy chỉnh
Sự tiêu thụ ít điện năng
Giá thấp
Nâng cao hiệu suất

Nhược điểm

Nỗ lực phát triển cao
Thời gian tiếp thị lớn hơn

Cấu trúc cơ bản của một hệ thống nhúng

Hình minh họa sau đây cho thấy cấu trúc cơ bản của một hệ thống nhúng:

Sensor- Nó đo đại lượng vật lý và chuyển nó thành tín hiệu điện mà người quan sát có thể đọc được hoặc bằng bất kỳ thiết bị điện tử nào như bộ chuyển đổi A2D. Một cảm biến lưu trữ số lượng đo được vào bộ nhớ.
A-D Converter - Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số chuyển đổi tín hiệu tương tự do cảm biến gửi thành tín hiệu kỹ thuật số.
Processor & ASICs - Bộ xử lý xử lý dữ liệu để đo kết quả đầu ra và lưu trữ vào bộ nhớ.
D-A Converter - Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật số được bộ xử lý cung cấp thành dữ liệu tương tự
Actuator - Một bộ truyền động so sánh đầu ra do Bộ chuyển đổi DA đưa ra với đầu ra thực tế (dự kiến) được lưu trữ trong đó và lưu trữ đầu ra đã được phê duyệt.