I sistemi embedded si basano su microprocessori per controllare il funzionamento di altri dispositivi o monitorarne le prestazioni. Sono solitamente piccoli e compatti, quindi le loro dimensioni devono essere prese in considerazione durante la progettazione.
Un sistema embedded potrebbe avere un’interfaccia utente limitata, ma più spesso non ha affatto un’interfaccia utente. In questi casi, gli esseri umani interagiscono con questi sistemi tramite controlli manuali come interruttori e quadranti, o controlli automatizzati come sensori e attuatori. Il processo di integrazione di componenti hardware e software in un sistema embedded è noto come embedded computing. Per applicazioni pratiche e gestione remota, soprattutto con piattaforme come Raspberry Pi, imparare come usare VNC per l’accesso remoto può essere molto vantaggioso.
definizione di sistema embedded
Un sistema embedded è un’unità di sistema informatico con funzioni e caratteristiche specifiche. È progettato per operare all’interno di altri dispositivi come parte della loro struttura logica o fisica. Ed è tipicamente incorporato in un sistema più grande, come un’auto, un aereo o uno smartphone.
architettura del sistema embedded
Un sistema embedded è composto da hardware e software. Include solo il suo ambiente operativo e sistema operativo, nonché tutti i suoi contenuti software. L’hardware include molti elementi, tra cui processori di segnale, memoria, moduli di comunicazione e così via. A causa della loro struttura unica, i sistemi embedded differiscono significativamente dai sistemi di elaborazione del computer. Poiché non esiste un supporto di archiviazione di grandi dimensioni per abbinarlo, il sistema embedded non può archiviare enormi quantità di informazioni. Inoltre, la maggior parte dei supporti di archiviazione utilizzati include EPROM, EEPROM, ecc., la parte software della piattaforma di sviluppo è un’interfaccia API.
struttura hardware
La parte hardware di un sistema embedded non è diversa da quella di un sistema informatico generale. È composto da processori, memoria, dispositivi esterni, interfacce I/O e controller grafici.
CPU
La CPU di un sistema embedded include un’unità aritmetica e un modulo di controllo. È inoltre dotato di un modulo di memoria, un modulo di alimentazione, un modulo di reset, ecc. Questa unità di elaborazione centrale può essere un componente dedicato, come il microcontrollore ATmega328P.
Flash
Al fine di soddisfare i requisiti dei sistemi embedded in termini di velocità, volume e consumo energetico, sistemi operativi, software applicativo. Dati speciali che devono essere archiviati per un lungo periodo di tempo di solito non utilizzano supporti di archiviazione di grandi dimensioni e lenti come i dischi, ma la maggior parte usa EPROM, E2PROM o memoria flash.
Moduli A/D
Nei sistemi embedded, i moduli A/D o D/A sono utilizzati principalmente per la misurazione e il controllo, che vengono raramente utilizzati nei computer generici.
Bus
A seconda dell’applicazione e della scala effettive, alcuni sistemi embedded utilizzeranno un bus esterno. Con la rapida espansione dei campi applicativi, sempre più tipi di bus vengono utilizzati nei sistemi embedded.
Processori di segnale
L’hardware include molti elementi, tra cui processori di segnale, memoria, moduli di comunicazione e così via. Tra questi ci sono componenti specializzati noti come Digital Signal Processors (DSP).
sistema software
Il sistema software del sistema embedded è progettato per il sistema hardware specifico e i requisiti dell’utente del sistema embedded. È una parte importante del sistema embedded e la chiave per realizzare le funzioni del sistema embedded. È diviso in quattro livelli: livello driver, livello sistema operativo, livello middleware e livello applicazione.
1. livello driver
Il livello driver è un livello direttamente connesso all’hardware e fornisce driver hardware o supporto di base per sistemi operativi e applicazioni. Nei sistemi embedded, un driver a volte è chiamato board support package (BSP). BSP ha la funzione di inizializzare l’ambiente hardware di base del sistema dopo che il sistema embedded è stato acceso. L’hardware di base include microprocessore, memoria, controller di interrupt, DMA, timer e così via. Livello driver – generalmente ci sono tre tipi di programmi, ovvero programma di inizializzazione a livello di scheda, programma driver standard e programma driver applicativo.
2. livello sistema operativo
Il sistema operativo nel sistema embedded ha le funzioni principali del sistema operativo generale ed è responsabile dell’allocazione di tutte le risorse software e hardware del sistema embedded, della pianificazione del controllo del lavoro e del coordinamento delle attività concorrenti. Ha ancora caratteristiche embedded e appartiene al sistema operativo embedded (EOS). I sistemi operativi embedded mainstream includono Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS, ecc. Con un sistema operativo embedded, la scrittura di applicazioni è più veloce, più efficiente e più stabile.
3. livello middleware
Il middleware è un software utilizzato per aiutare e supportare lo sviluppo di software applicativo. Di solito include database, protocolli di rete, supporto grafico e strumenti di sviluppo corrispondenti, come MySQL, TCP/IP, GU1, ecc.
4. livello applicazione
Il software applicativo embedded è un software rivolto a un campo applicativo specifico e utilizzato per raggiungere gli obiettivi previsti dall’utente. Esiste una certa differenza tra il software applicativo embedded e il software applicativo ordinario. Non solo richiede che possa soddisfare le esigenze di applicazioni pratiche in termini di accuratezza, sicurezza e stabilità, ma deve anche essere ottimizzato per ridurre il consumo di risorse di sistema e i costi hardware.
come funziona un sistema embedded?
Un sistema embedded è un sistema informatico progettato per eseguire compiti specifici all’interno di un sistema più ampio. È solitamente incorporato come parte di un dispositivo completo, come un’auto o un elettrodomestico, e il suo scopo è controllare o monitorare il dispositivo in cui è incorporato.
I sistemi embedded sono in genere costruiti attorno a un microprocessore, con hardware e software specializzati progettati per eseguire un compito specifico. Sono spesso progettati per operare in tempo reale, il che significa che devono rispondere a eventi esterni entro un determinato intervallo di tempo. Questo può renderli impegnativi da progettare e debuggare, ma consente anche loro di essere molto efficienti nell’esecuzione dei compiti previsti.
I sistemi embedded si possono trovare in un’ampia varietà di dispositivi, dalle auto e dagli aerei agli elettrodomestici e ai macchinari industriali. Stanno diventando sempre più comuni con il progresso della tecnologia e sempre più dispositivi sono progettati per essere interconnessi.
classificazione del sistema embedded
Un sistema embedded può essere classificato in vari modi, a seconda dei criteri utilizzati. Una classificazione comune si basa sulla complessità del sistema. I sistemi semplici potrebbero richiedere solo un microprocessore, mentre i sistemi più complessi potrebbero richiedere un microprocessore, una memoria, dispositivi I/O e software. Altre classificazioni includono il tipo di applicazione, il tipo di processore, le dimensioni del sistema e il ciclo di sviluppo del sistema.
Basato sulla complessità
Sistemi embedded semplici:
Questi sistemi richiedono solo un microprocessore.
Sistemi embedded moderati:
Questi sistemi richiedono un microprocessore e una memoria.
Sistemi embedded complessi:
Questi sistemi richiedono un microprocessore, una memoria, dispositivi I/O e software.
Basato su Prestazioni e Funzione
Sistemi Embedded in Tempo Reale:
Queste sono applicazioni basate su computer che eseguono attività in tempo reale come il controllo di sistemi robotici, il monitoraggio delle condizioni o l’esecuzione di misurazioni in ambienti di produzione o industriali. Questi sistemi sono tipicamente caratterizzati da rigorosi requisiti di latenza e potrebbero avere una bassa larghezza di banda, bassi requisiti di latenza. Questo tipo di sistema viene solitamente distribuito su dispositivi alimentati a batteria, come sensori.
Sistemi Embedded Stand Alone:
I sistemi standalone sono autonomi e non si basano su una connessione per funzionare. Non condividono dati con altri sistemi e i dati rimangono sul dispositivo. Questi sono sistemi semplici che non richiedono molta memoria o potenza di elaborazione. Dispositivi più piccoli come fitness tracker, sistemi di sicurezza domestica o lettori MP3 sono esempi di sistemi standalone. In questi casi, la maggior parte dei dati viene utilizzata durante il processo di installazione o viene generata durante il normale funzionamento del sistema. Questi sistemi non richiedono una connessione a Internet, quindi possono funzionare separatamente dal sistema principale.
Sistemi Embedded in Rete:
I sistemi embedded in rete consentono la raccolta e l’analisi dei dati da sensori e dispositivi. Questi sistemi sono collegati tra loro e a Internet per consentire un facile trasferimento dei dati e l’accesso remoto ai dati. Sono inoltre collegati ad altri sistemi come ERP, CRM e sistemi di supply chain. I sistemi embedded in rete sono ampiamente utilizzati in settori come petrolio e gas, energia elettrica, aerospaziale e difesa, automobilistico e sanitario.
Sistemi Embedded Mobili:
I sistemi embedded mobili sono dispositivi piccoli e portatili che possono essere utilizzati in movimento. Sono spesso utilizzati in un ambiente mobile e possono essere alimentati a batteria. Questi sistemi possono avere funzionalità wireless e possono comunicare con altri sistemi. I sistemi embedded mobili possono raccogliere informazioni tramite sensori o essere controllati da un utente tramite un’interfaccia utente. I sistemi embedded mobili possono essere utilizzati in fabbrica o in ufficio. Possono essere utilizzati per tenere traccia dell’inventario, monitorare la posizione o scansionare codici a barre. I sistemi embedded mobili possono anche essere utilizzati per inviare dati al cloud per l’analisi.
Basato sull'applicazione
Sistemi embedded di controllo:
Questi sistemi sono utilizzati per controllare processi o macchine.
Sistemi embedded di comunicazione:
Questi sistemi sono utilizzati per trasmettere e ricevere dati.
Sistemi embedded di consumo:
Questi sistemi sono utilizzati in prodotti per i consumatori, come televisori e forni a microonde.
Sistemi embedded industriali:
Questi sistemi sono utilizzati in applicazioni industriali, come l’automazione di fabbrica.
applicazioni di sistemi embedded
Grazie alle sue dimensioni ridotte, all’elevata affidabilità, alla forte funzionalità, alla flessibilità e alla praticità, l’applicazione di controller embedded si è estesa a vari campi come l’industria, l’agricoltura, l’istruzione, la difesa nazionale, la ricerca scientifica e la vita quotidiana.
Industriale
Nel controllo industriale, il sistema embedded è il componente chiave dell’automazione industriale. Questi includono il controllo elettromeccanico, il robot industriale, il controllo di processo, il controllo DDC, il controllo DCS, sensori intelligenti e la trasformazione industriale tradizionale, ecc.
Strumentazione
Ci sono strumenti intelligenti, misuratori intelligenti, apparecchiature mediche come cromatografi, oscilloscopi, ecc.
Sistema di illuminazione
I sistemi embedded comuni nelle telecomunicazioni includono solitamente il controllo intelligente delle linee operative, l’illuminazione stradale solare, i semafori, ecc.
Controllo di navigazione
I sistemi embedded sono utilizzati anche nel controllo dei missili, nella guida dei siluri, nel sistema di navigazione aerospaziale, nel sistema di disturbo elettronico, ecc.
Apparecchiature civili
Nella nostra vita quotidiana, puoi vedere i sistemi embedded applicati in terminali, giocattoli elettronici, fotocamere, proiettori, controller antifurto, ecc.
Comunicazione e rete
I prodotti come computer, telefoni cellulari, decoder TV hanno tutti sistemi embedded al loro interno.
Agricoltura
sistema di controllo del risparmio idrico agricolo, tecnologia di coltivazione fuori suolo, ingegneria intelligente delle sementi, ecc.
