Аппаратные и программные


Введение во встраиваемые вычислительные системы



Download 3,23 Mb.
Pdf ko'rish
bet9/179
Sana24.02.2022
Hajmi3,23 Mb.
#234030
TuriУчебное пособие
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   179
1 Введение во встраиваемые вычислительные системы 
Данная глава посвящена обзору базовых понятий и особенностей
аппаратно-программных механизмов обеспечения свойств встраиваемых 
вычислительных систем. 
1.1 Определения, особенности, классификация 
1.1.1 Встраиваемые системы 
Зарождение встроенных систем происходило в начале пятидесятых годов. 
В то время, компьютеры выполнялись на громоздкой элементной базе, были 
крайне ненадёжны. Для нормальной работы таким машинам требовались 
идеальные 
условия 
эксплуатации. 
Класс 
вычислительных 
систем, 
предназначенных для управления и максимально оторванных от объекта 
управления, называли информационно-управляющими системами (ИУС). С 
появлением компьютерных сетей примерно в 70-х годах, появилась 
возможность строить распределенные или сетевые ИУС. Появление 
интегральных микросхем, а также микропроцессоров дало возможность 
приблизить ИУС непосредственно к объекту управления, или даже встроить в 
него ЭВМ. Так появились первые встроенные системы (Embedded System). 
Постепенно, по мере удешевления элементной базы и увеличения степени её 
интеграции и увеличения надёжности вычислительных устройств появилась 
возможность устанавливать ЭВМ в разные места объекта управления, 
объединяя все вычислительные узлы в единую контроллерную сеть. В процессе 
дальнейшего развития, благодаря еще большей миниатюризации и диффузии с 
объектом управления появились так называемые киберфизические системы, 
(CPS, Cyber Physical System). CPS характеризуются глубоким сращиванием с 
механическими, оптическими, химическими и биологическими системами. 
Итак, по степени проникновения вычислительной системы в объект управления 
можно выделить: 
• Информационно-управляющие системы (ИУС). 
• Распределенные информационно-управляющие системы (РИУС). 
• Встроенные системы (Embedded System, ES). 
• Сетевые встроенные системы (Networked Embedded System, NES). 
• Киберфизические системы (Cyber Physical System, CPS). 
В последнее время, из-за прогресса в области вычислительной техники, 
смысл термина встроенная система достаточно сильно видоизменился и 
размылся. По мере развития техники происходила эволюция обозначения 
класса управляющих компьютерных систем: от информационно-управляющей 
системы к встроенной, от встроенной к встроенной сетевой, а от встроенной 
сетевой – киберфизической. В процессе развития, происходила плавная 
интеграция вычислительной системы и объекта управления. Если первые 
информационно-управляющие 
системы 
представляли 
собой 
систему, 


10 
практически не связанную с объектом управления, то современные 
киберфизические системы очень и очень тесно интегрированы с объектом 
управления. 
Киберфизическая 
система Cyber Physical System, (CPS)– 
специализированная вычислительная система, имеющая физические средства 
взаимодействия (электрические, химические, оптические, механические, 
биологические и т.п.) с объектом контроля и управления, выполняющая одну 
функцию. В качестве вычислительной платформы для реализации 
киберфизической системы может исапользоваться любое компьютерное 
оборудование, включая оборудование класса SOHO (например, персональный 
компьютер или КПК) [11, 12, 14]. 
Существует множество определений термина «встроенная система» 
(embedded system), приведем некоторые из них [5, 21]: 
• Встроенные вычислительные системы (ВВС) – специализированные 
(заказные) 
вычислительные 
системы 
(ВС), 
непосредственно 
взаимодействующие с объектом контроля или управления и 
объединенные с ним единой конструкцией. 
• Встроенная 
вычислительная 
система – специализированная 
информационно-управляющая система (ИУС) для выполнения 
определенного набора функций. 
• Встроенная вычислительная система – любая система, которая 
использует компьютер как элемент, но чья основная функция не есть 
функция 
компьютера. 
Примеры 
ВВС: DVD-проигрыватель, 
светофорный объект, банкомат, паркомат и т.д. 
• Встраиваемой системой можно считать любую вычислительную 
систему, которая не является ПК, портативным компьютером (laptop) 
или большим универсальным компьютером (mainframe computer). 
• Встроенная вычислительная система – устройство, которое включает в 
себя программируемый компьютер, но не является при этом 
компьютером общего назначения. 
• Встроенная вычислительная система – практически любая 
вычислительная система, не являющаяся настольным компьютером. 
• Встроенная система – система специального назначения, в которой 
вычислительный элемент полностью встраивается в устройство, 
которым она управляет. В отличие от универсального компьютера, 
встроенная система выполняет одну или несколько предопределенных 
задач, обычно с очень конкретными требованиями. В техническом 
смысле встроенная система взаимодействует с окружающей средой 
контролируемым образом, удовлетворяя ряд требований на способность 
реагировать в смысле качества и своевременности. Как правило, она 
должна удовлетворять требованиям реализации, таким как стоимость, 
потребляемая мощность и использование ограниченных физических 


11 
ресурсов. В идеале она должна взаимодействовать со средой в течение 
всей жизни объекта. 
Как правило, встроенная система является частью более крупной системы 
или встраивается непосредственно в объект управления. Встроенные системы – 
это системы «глубоко интегрированные» с объектами физического мира [21]. 
Их элементы практически всегда ограничены по ресурсам. Это системы 
длительного жизненного цикла, часто автономные. Масштаб этих систем по 
размерам и сложности меняется в очень широких пределах. Эти системы 
рассчитаны на непрофессиональных пользователей и вместе с тем, часто 
выполняют критически важные функции. 
Встраиваемые вычислительные системы можно классифицировать: 
• по области применения/назначению; 
• по различному соотношению информационных и управляющих 
функций, т.е. система преимущественно информационная (система 
сбора 
данных) 
или 
управляющая 
(система 
автоматического 
управления); 
• по пространственной локализации аппаратных блоков: 
a) пространственно локализованные; 
b) пространственно рассредоточенные. 
• по различному соотношению вычислительной (обработка данных) и 
коммуникационной (функция ввода-вывода данных) составляющей; 
• по степени участия человека: 
a) автоматические системы – системы, в которых оператор выполняет 
только функции начальной настройки и оперативной корректировки 
параметров и режимов работы системы. Функции сбора данных, 
передачи и исполнения команд управления, оперативной выработки 
команд управления происходят без участия человека; 
b) автоматизированные системы – системы, в которых оператор 
частично или в полном объеме обеспечивает оперативную обработку 
данных и формирование команд управления исполнительными 
устройствами (например, телеуправление). 
• по организации обработки данных/вычислений (централизованные/ 
децентрализованные); 
• по распараллеливанию на уровне задач и/или функций между 
физическими/логическими модулями системы. 
Особенность работы встроенной системы состоит в наличии 
необходимости работы в реальном масштабе времени (или просто в реальном 
времени). 


12 
ВВС
Объект 
управления
Информация
с датчиков
Управление
исполнительным
устройством
t
Исполнительное
устройство
Датчик
t1
t2
t3
Рисунок 1. Работа в реальном масштабе времени 
На рисунке показано три времени: t1 – время получения сигнала с датчика, 
t2 – время выдачи управляющего воздействия на исполнительное устройство, t3 
– крайний срок выдачи управляющего воздействия. Если по какой-либо 
причине выдача управляющего сигнала задержится, сигнал будет выработан 
после t3, управляющий сигнал будет бесполезен или даже вреден. В качестве 
пример рассмотрим систему управления стеклоподъемником в автомобиле. 
Если ВВС игнорирует сигнал датчика положения стекла, либо стекло, либо 
подающий стекло механизм могут быть испорчены. 

Download 3,23 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   179




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish