Integrert system
Et innebygd system er definert som et autonomt elektronisk system og datasystem , ofte sanntid , spesialisert i en presis oppgave. Begrepet refererer til både maskinvaren og programvaren som brukes. Dens ressurser er generelt begrenset romlig (redusert størrelse) og energisk (begrenset forbruk).
Historie
Et av de første moderne innebygde systemene som var gjenkjennelige var Apollo Guidance Computer i 1967, veiledningssystemet til månemisjonen Apollo , utviklet av Charles Stark Draper fra Massachusetts Institute of Technology . Hvert månemisjon var utstyrt med to systemer (AGC), ett ansvarlig for treghetsveiledning og ett for månemodulen . Ved starten av prosjektet ble Apollos AGC-datamaskin ansett som den minst pålitelige delen av prosjektet. På den annen side, takket være bruken av nye komponenter som var på det tidspunktet de integrerte kretsene , ble det oppnådd betydelige gevinster i det nyttige rommet og nyttelasten , med en antatt reduksjon av oppdragene som allerede var mange.
Begrensninger
Innebygde systemer utfører forhåndsdefinerte oppgaver og har bindende spesifikasjoner å utføre, som kan være:
-
Begrenset plass : minneplassen kan være begrenset i størrelsesorden noen GB maksimalt (selv om størrelsen blir mindre og mindre takket være miniaturiseringen av elementene). Innebygde systemer bør utformes for å møte behovene så nøyaktig som mulig for å unngå merkostnader;
-
Datakraft : det anbefales å ha datakraften som bare er nødvendig for å møte behovene og tidsbegrensningene til den forhåndsdefinerte oppgaven. Dette for å unngå ekstra kostnader for enheten og et overskudd av energiforbruk (elektrisk strøm);
-
Autonomi : energiforbruket må være så lavt som mulig på grunn av bruk av batterier og / eller solcellepaneler eller til og med brenselceller for visse prototyper;
-
Temporal : utførelsestidene og tidsfristen for en oppgave blir bestemt (fristene er kjent eller begrenset på forhånd ). Denne siste begrensningen betyr at slike systemer generelt har sanntidsegenskaper ;
-
Fra pålitelighet for hvis det skjer at noen av disse innebygde systemene mislykkes, setter de menneskeliv i fare eller setter betydelige investeringer i fare. De sies da å være “kritiske” og må aldri mislykkes. Ved å "aldri mislykkes" , er det nødvendig å forstå alltid å gi rettferdige og relevante resultater og dette innen den tid som brukerne (maskiner og / eller mennesker) forventer av de nevnte resultatene;
Arkitektur
Innebygde systemer bruker vanligvis lave strømforbruket mikroprosessorer eller mikrokontrollere , den programvare hvorav en del er delvis eller helt og holdent er programmert i maskinvare, vanligvis i hukommelsen i et leselager (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH , etc. (dette kalles firmware ).
Kjennetegn
- I stedet for universelle systemer som utfører flere oppgaver, er innebygde systemer designet for å utføre bestemte oppgaver. Noen må oppfylle sanntidsbegrensninger på grunn av pålitelighet og lønnsomhet. Andre med få ytelsesbegrensninger gjør det mulig å forenkle systemet og redusere produksjonskostnadene.
- Innebygde systemer er ikke alltid uavhengige moduler. Ofte er de integrert i enheten de kontrollerer.
- Den programvare laget for embedded systemer kalles firmware. Den lagres i skrivebeskyttet minne eller flashminne i stedet for på en harddisk. Det fungerer oftest med begrensede maskinvareressurser: skjerm og tastatur i små størrelser, eller til og med fraværende, lite minne, relativt lave beregningskapasiteter.
Brukergrensesnitt
Noen innebygde systemer har kanskje ikke et brukergrensesnitt (de er derfor spesialisert i en enkelt oppgave). Men dette grensesnittet kan også ligne på et datamaskins operativsystem (for eksempel en PDA ).
- De enkleste systemene har bare knapper, lysdioder .
- De mest komplekse systemene kan ha en berøringsskjerm eller til og med en skjerm med knapper for å minimere plass. Betydningen av knappene endres avhengig av skjermen, og valget gjøres naturlig ved å peke på ønsket funksjon.
- Håndholdte datamaskiner har vanligvis en "joystick" -stilknapp for navigering.
- Med eksplosjonen av nettet har innebygde systemprodusenter kommet opp med et nytt alternativ: et nettsidestil grensesnitt over en nettverkstilkobling. Dette unngår kostnadene ved et sofistikert system og opprettholder et fullt grensesnitt på en annen datamaskin, når det er nødvendig. Vellykket grensesnitt for permanente eksterne installasjoner, spesielt rutere .
- Noen innebygde systemer har et stemmegrensesnitt med automatisk talegjenkjenning
Pålitelighet
Innebygde systemer er for det meste i maskiner som må kjøre kontinuerlig i mange år uten feil og i noen tilfeller fikse feil selv når de skjer. Derfor blir programvare alltid utviklet og testet mer nøye enn programvare for PC-er. Upålitelige bevegelige deler (f.eks. Diskstasjoner, knapper eller brytere) er forbudt.
Spørsmålet om pålitelighet kan omfatte:
- Systemet kan ikke lukkes for reparasjoner, eller det er utilgjengelige reparasjoner.
Løsningen kan være ekstra reservedeler eller en "soft mode" av programvare som gir delvis drift.
For eksempel: sjøkabler, navigasjonsfyr, borebrønner osv.
- Systemet må holdes i gang av sikkerhetsmessige årsaker. Ofte blir sikkerhetskopier utført av en operatør.
I dette tilfellet tolereres den "myke modusen".
For eksempel: reaktorkontrollsystemer, kjemiske fabrikker, togsignaler osv.
For eksempel: bro- eller heisesystemer , pengeoverføringer, handelsrom, automatisk salg eller tjenester osv.
Bruksområder
Feltene vi finner innebygde systemer i, blir stadig flere:
-
Astronautikk : rakett , kunstig satellitt , romføler , etc.
-
Industriell programmerbar logikkontroller , kontrollkommando
-
Hvitevarer : TV , mikrobølgeovn
- Miljø
- Medisinsk utstyr
-
Automatisk teller (ATM)
-
utskrift : multifunksjonsskriver , kopimaskin , etc.
-
Databehandling : harddisk , diskettstasjon , etc.
- Metrologi
-
Militær : rakett , radar
-
Multimedia : videospillkonsoll , personlig assistent
-
Telekommunikasjon : Set-top-boks , telefoni , ruter , brannmur , tidsserver , mobiltelefon .
-
Transport : Automotive , Aeronautics ( avionics ), Railways , etc.
Utvikling av innebygde systemer
Utviklingen av innebygde systemer krever kunnskap om både elektronikk og informatikk. Blant utstyret som trengs for å lage et innebygd system, finner vi:
- Dokumentasjon ( datablad ) om komponentene som brukes. Det er den første informasjonskilden for utvikling!
- De grunnleggende verktøy for elektronikk ingeniør ( loddebolt , insolator, etc.)
- Tidsanalyseverktøy: oscilloskop, logikkanalysator osv.
- Grunnleggende komponenter ( motstander , kondensatorer osv.)
- En mikroprosessor eller mikrokontroller
- En kryss-kompilator (også kjent som kryss-kompilator)
- En mikrokontroller programmerer eller en in situ programmerer
- En in-circuit emulator eller ICE ( In Circuit Emulator ). Dette utstyret tillater feilsøking av maskinvare og programvare (mulighet for feilsøking ved kilden til programvaren), men det er fortsatt dyrt.
- En JTAG- sonde . Billig og mye brukt, tillater JTAG-sonden ikke bare feilsøking av programvare in situ (lesing / modifisering av registre, minner, periferiutstyr, etc.), men også programmering av FLASH-minnet til mikrokontrollere, enten det er internt eller eksternt som i tilfelle noen chips fra produsenten NXP
-
Systemteknikk : tverrfaglig tilnærming for å definere, utvikle og distribuere systemer som innebærer digital teknologi.
Marked og sysselsetting
Tverrgående på tvers av ulike økonomiske sektorer representerte innebygde systemer i 2013 et marked verdsatt til 73 milliarder euro i Frankrike, eller 3,7% av BNP. Når det gjelder sysselsetting, samler sektoren 1,3% av arbeidsstyrken, eller 387 500 mennesker.
Merknader og referanser
-
Octave Letellier , “ Embedded AI - new field uses thanks to embedded AI ” , på Bpifrance Le Hub ,10. januar 2018(åpnet 5. oktober 2020 )
-
EN SPIFI ny idé [1]
Se også
Interne lenker
Eksterne linker