Встраиваемые системы связи и их проектирования

Лекция № 11 - 12
Тема : Встраиваемые системы связи и их проектирования.


Встраиваемая система (встроенная система, англ. embedded system) — специализированная микропроцессорная система управления, контроля и мониторинга, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.

Разработка проекта встроенной системы

Основные усилия по созданию программного обеспечения и инженерному проектированию происходят в фазе разработки, которая будет описана теперь более подробно. Прежде всего конструкторы должны выбрать процессор и операционную систему. Выбор процессора для встроенного устройства включает много факторов для рассмотрения, таких как цена, производительность, потребляемая энергия, и программная поддержка.
С учетом того, что для большинства встроенных устройств сегодня требуется операционная система, доступность соответствующей ОС, драйверы устройств, прикладные программы, и необходимые компиляторы и инструменты разработки программного обеспечения являются основным фактором рассмотрения для любого нового проекта, возможно даже более важным, чем выбор процессора.
Производители предоставляют руководства с описанием своих процессоров и обычно предоставляют разработчикам полную разработку эталонной платы, которую можно использовать в качестве исходной точки при разработке новой конструкции компьютера, использующей этот процессор. Подробное описание каждого отдельного процессора, устройства памяти, и всех требуемых микросхем находится за рамками данного руководства, но некоторые из самых общих свойств оборудования, которые непосредственно влияют на создание программного обеспечения, будут рассмотрены позже.
После того как конструктор оборудования встроенной системы выбрал процессор и его соответствующие устройства памяти, следующий шаг состоит в добавлении аппаратных устройств ввода/вывода и соответствующей структуры шины, необходимой для соединения требуемых устройств с процессором. Так как процессоры уже спроектированы производителем и интерфейсы памяти в большой степени диктуются процессором, то значительная часть усилий по проектированию оборудования во встроенных устройствах посвящена выбору и соединению оборудования, необходимого для различных устройств ввода/вывода, требуемого в новой конструкции.
После тщательного ввода принципиальной схемы конструкции, для встроенного устройства проектируется печатная плата (printed circuit board -- PCB) с помощью автоматизированной системы проектирования (CAD) печатных плат. Этот инструмент импортирует информацию о соединениях контактов из принципиальной схемы и использует ее для проектирования и проверки медных проводников, используемых для соединения интегральных микросхем (IC) на печатной плате. Создается несколько печатных плат, заполняется необходимыми компонентами, и затем используется для выполнения обширных тестов программного обеспечения на новой конструкции. Любые ошибки конструкции оборудования обнаруженные во время тестирования будут требовать изменения в принципиальной схеме, модификации конструкции печатной платы, и нового цикла производства печатных плат и тестирования, что увеличит соответственно время разработки.
Средства разработки программного обеспечения обычно поставляются вместе с ОС. Так как ОС написана на C/C++, то для генерации новой ОС требуются компилятор, редактор связей, отладчик и инструменты двоичного образа. Эти же инструменты используются обычно для разработки приложений.
Разработка программного обеспечения происходит параллельно разработке оборудования с целью сокращения общего времени разработки продукта. Это становится еще более важным, учитывая все сокращающийся жизненный цикл продуктов современных встроенных устройств. Для разработки и тестирования программного обеспечения можно использовать средства эмуляции и встроенные компьютерные платы с аналогичным оборудованием, выполняющим ту же самую ОС, прежде чем станет доступна новая аппаратная платформа. Так как большая часть кода написана на C/C++/C#, большую часть программного обеспечения может даже разрабатываться и тестироваться на другом процессоре или эмуляторе. Код затем перекомпилируется для нового процессора для последнего круга разработки и тестирования, когда станет доступно новое оборудование.
В Windows Embedded CE имеется эмулятор ARM вместе с инструментами разработки, для начальной разработки программного обеспечения и тестирования, прежде чем станет доступна новая аппаратная платформа, можно использовать устройство на базе ПК X86 (называемое CEPC), или встроенную компьютерную плату (называемую целевым устройством).