Встроенные системы основаны на микропроцессорах, которые управляют работой других устройств или контролируют их производительность. Обычно они небольшие и компактные, поэтому при их проектировании необходимо учитывать их размер.
Встроенная система может иметь ограниченный пользовательский интерфейс, но чаще всего она не имеет пользовательского интерфейса вообще. В таких случаях люди взаимодействуют с этими системами с помощью ручных элементов управления, таких как переключатели и регуляторы, или автоматических элементов управления, таких как датчики и исполнительные механизмы. Процесс интеграции аппаратных и программных компонентов во встроенную систему называется встроенными вычислениями. Для практического применения и удаленного управления, особенно с такими платформами, как Raspberry Pi, может быть очень полезно научиться использовать VNC для удаленного доступа.
определение встроенной системы
Встроенная система — это компьютерный блок с определенными функциями и характеристиками. Она предназначена для работы в составе других устройств как часть их логической или физической структуры. Обычно она встраивается в более крупную систему, например в автомобиль, самолет или смартфон.
архитектура встроенных систем
Встроенная система состоит из аппаратного и программного обеспечения. Она включает в себя только свою операционную среду и операционную систему, а также все программное обеспечение. Аппаратное обеспечение включает в себя множество элементов, в том числе процессоры сигналов, память, коммуникационные модули и т. д. Из-за своей уникальной структуры встроенные системы значительно отличаются от компьютерных систем обработки данных. Поскольку для них не существует подходящих носителей информации большой емкости, встроенные системы не могут хранить огромные объемы информации. Кроме того, большинство используемых носителей информации включают EPROM, EEPROM и т. д., а программная часть платформы разработки представляет собой интерфейс API.
аппаратная структура
Аппаратная часть встроенной системы ничем не отличается от аппаратной части обычной компьютерной системы. Она состоит из процессоров, памяти, внешних устройств, интерфейсов ввода-вывода и графических контроллеров.
Центральный процессор
ЦП встроенной системы включает в себя арифметический блок и модуль контроллера. Кроме того, он оснащен модулем памяти, модулем питания, модулем сброса и т. д. Этот центральный процессор может быть специализированным компонентом, таким как микроконтроллер ATmega328P.
Вспышка
Для удовлетворения требований встроенных систем по скорости, объему и энергопотреблению, операционные системы, прикладное программное обеспечение. Специальные данные , которые необходимо хранить в течение длительного времени, обычно не используют емкие и медленные носители информации, такие как диски, а в большинстве случаев используют EPROM , E2PROM или флэш-память.
A/D модули
В встраиваемых системах модули A/D или D/A в основном используются для измерения и управления, что редко встречается в компьютерах общего назначения.
Будет
В зависимости от фактического применения и масштаба некоторые встроенные системы используют внешнюю шину. С быстрым расширением областей применения во встроенных системах используется все больше типов шин.
Сигнальные процессоры
Аппаратное обеспечение включает в себя множество элементов, в том числе процессоры сигналов, память, коммуникационные модули и т. д. Среди них есть специализированные компоненты, известные как цифровые сигнальные процессоры (DSP).
программная система
Программное обеспечение встроенной системы разработано с учетом конкретной аппаратной системы и требований пользователей встроенной системы. Оно является важной частью встроенной системы и ключом к реализации ее функций. Программное обеспечение делится на четыре уровня: уровень драйверов, уровень операционной системы, уровень промежуточного программного обеспечения и уровень приложений.
1. уровень драйвера
Уровень драйверов — это уровень, напрямую связанный с аппаратным обеспечением, который предоставляет драйверы аппаратного обеспечения или базовую поддержку для операционных систем и приложений. В встраиваемых системах драйвер иногда называют пакетом поддержки платы (BSP). BSP выполняет функцию инициализации базовой аппаратной среды системы после включения встраиваемой системы. Базовое аппаратное обеспечение включает микропроцессор, память, контроллер прерываний, DMA, таймер и т. д. Уровень драйверов — как правило, существует три типа программ: программа инициализации на уровне платы, стандартная программа драйвера и программа драйвера приложения.
2. уровень операционной системы
Операционная система во встроенной системе обладает основными функциями общей операционной системы и отвечает за распределение всех программных и аппаратных ресурсов встроенной системы, планирование управления работой и координацию параллельных действий. Она по-прежнему имеет встроенные функции и относится к встроенной операционной системе (EOS). К основным встроенным операционным системам относятся Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS и т. д. С помощью встроенной операционной системы написание приложений происходит быстрее, эффективнее и стабильнее.
3. промежуточный уровень
Промежуточное программное обеспечение — это программное обеспечение, используемое для помощи и поддержки разработки прикладного программного обеспечения. Оно обычно включает в себя базы данных, сетевые протоколы, графическую поддержку и соответствующие инструменты разработки, такие как MySQL, TCP/IP, GU1 и т. д.
4. прикладной уровень
Встроенное прикладное программное обеспечение — это программное обеспечение, предназначенное для конкретной области применения и используемое для достижения ожидаемых пользователем целей. Существует определенная разница между встроенным прикладным программным обеспечением и обычным прикладным программным обеспечением. Оно не только должно удовлетворять потребностям практического применения с точки зрения точности, безопасности и стабильности, но и должно быть оптимизировано для снижения потребления системных ресурсов и стоимости оборудования.
Как работает встроенная система?
Встроенная система — это компьютерная система, предназначенная для выполнения определенных задач в рамках более крупной системы. Обычно она встраивается в готовое устройство, такое как автомобиль или бытовая техника, и ее цель — управлять или контролировать устройство, в которое она встроена.
Встроенные системы обычно построены на базе микропроцессора со специализированным аппаратным и программным обеспечением, предназначенным для выполнения конкретной задачи. Они часто разработаны для работы в режиме реального времени, что означает, что они должны реагировать на внешние события в течение определенного периода времени. Это может затруднять их проектирование и отладку, но также позволяет им очень эффективно выполнять поставленные задачи.
Встроенные системы можно найти в самых разных устройствах, от автомобилей и самолетов до бытовой техники и промышленного оборудования. Они становятся все более распространенными по мере развития технологий и появления все большего числа устройств, предназначенных для взаимодействия друг с другом.
классификация встроенных систем
Встроенные системы можно классифицировать по-разному, в зависимости от используемых критериев. Одна из распространенных классификаций основана на сложности системы. Простые системы могут требовать только микропроцессора, в то время как более сложные системы могут требовать микропроцессора, памяти, устройств ввода-вывода и программного обеспечения. Другие классификации включают тип приложения, тип процессора, размер системы и цикл разработки системы.
На основе сложности
Простые встроенные системы:
Эти системы требуют только микропроцессора.
Средние встроенные системы:
Эти системы требуют микропроцессора и памяти.
Сложные встроенные системы:
Эти системы требуют микропроцессора, памяти, устройств ввода-вывода и программного обеспечения.
На основе производительности и функциональности
Встроенные системы реального времени:
Это компьютерные приложения, которые выполняют задачи в режиме реального времени, такие как управление робототехническими системами, мониторинг условий или проведение измерений в производственных или промышленных условиях. Эти системы обычно характеризуются строгими требованиями к задержке и могут иметь низкую пропускную способность и низкие требования к задержке. Системы этого типа обычно развертываются на устройствах, работающих от батарей, таких как датчики.
Автономные встроенные системы:
Автономные системы работают самостоятельно и не зависят от подключения к сети. Они не обмениваются данными с другими системами, и данные остаются на устройстве. Это простые системы, которые не требуют большого объема памяти для хранения данных или высокой вычислительной мощности. Примерами автономных систем являются небольшие устройства, такие как фитнес-трекеры, системы домашней безопасности или MP3-плееры. В этих случаях большая часть данных используется во время процесса установки или генерируется во время нормальной работы системы. Эти системы не требуют подключения к Интернету, поэтому они могут работать отдельно от основной системы.
Сетевые встроенные системы:
Сетевые встроенные системы позволяют собирать и анализировать данные с датчиков и устройств. Эти системы подключены друг к другу, а также к Интернету, что обеспечивает легкую передачу данных и удаленный доступ к ним. Они также подключены к другим системам, таким как ERP, CRM и системы цепочки поставок. Сетевые встроенные системы широко используются в таких секторах, как нефтегазовая промышленность, электроэнергетика, аэрокосмическая и оборонная промышленность, автомобилестроение и здравоохранение.
Мобильные встроенные системы:
Мобильные встроенные системы — это небольшие портативные устройства, которые можно использовать в пути. Они часто используются в мобильной среде и могут питаться от батареи. Эти системы могут иметь беспроводные возможности и могут обмениваться данными с другими системами. Мобильные встроенные системы могут собирать информацию с помощью датчиков или управляться пользователем через пользовательский интерфейс. Мобильные встроенные системы могут использоваться на заводе или в офисе. Они могут использоваться для отслеживания запасов, мониторинга местоположения или сканирования штрих-кодов. Мобильные встроенные системы также могут использоваться для отправки данных в облако для анализа.
На основе заявки
Встроенные системы управления:
Эти системы используются для управления процессами или машинами.
Встроенные системы связи:
Эти системы используются для передачи и приема данных.
Потребительские встроенные системы:
Эти системы используются в продуктах для потребителей, таких как телевизоры и микроволновые печи.
Промышленные встроенные системы:
Эти системы используются в промышленных приложениях, таких как автоматизация производства.
приложения для встраиваемых систем
Благодаря своим небольшим размерам, высокой надежности, мощным функциям, гибкости и удобству, встроенные контроллеры нашли широкое применение в различных областях, таких как промышленность, сельское хозяйство, образование, национальная оборона, научные исследования и повседневная жизнь.
Промышленный
В промышленном управлении встроенные системы являются ключевыми компонентами промышленной автоматизации. Они включают в себя электромеханическое управление, промышленные роботы, управление процессами, управление DDC, управление DCS, интеллектуальные датчики и традиционные промышленные преобразователи и т. д.
Оборудование
Существуют интеллектуальные приборы, интеллектуальные счетчики, медицинское оборудование, такое как хроматографы, осциллографы и т. д.
Система освещения
Обычно в телекоммуникационных системах используются встроенные системы, включающие интеллектуальное управление линиями, солнечные уличные фонари, светофоры и т. д.
Управление навигацией
Встроенные системы также используются в системах управления ракетами, наведении торпед, аэрокосмических навигационных системах, системах электронного подавления и т. д.
Гражданское оборудование
В нашей повседневной жизни встроенные системы применяются в терминалах, электронных игрушках, камерах, проекторах, противоугонных контроллерах и т. д.
Коммуникация и сеть
Такие продукты, как компьютеры, мобильные телефоны и телевизионные приставки, имеют встроенные системы.
Сельское хозяйство
система контроля экономии воды в сельском хозяйстве, технология беспочвенного выращивания, интеллектуальная селекция семян и т. д.
