Общие вопросы проектирования встроенных систем Лектор: к.т.н., доцент Хамдамов Уткир Рахматиллаевич

Содержание Эволюция вычислительных систем Структура и архитектура вычислительной системы Встроенные системы: определение, характеристики и сферы применения Требования и основные факторы при проектировании встроенных систем Проблемы проектирования встроенных систем Литература: Платунов А.Е, Постников Н.П. Высокоуровневое проектирование встраиваемых систем. – СПб.: НИУ ИТМО, – 121 с.

Эволюция вычислительных систем

I поколение ЭВМ ( ) ЭВМ EDSAC, ENIAC Электронные лампы и реле (20 тыс.) 5-30 тыс. арифметических оп/с

Эволюция вычислительных систем II поколение ЭВМ ( ) полупроводниковые транзисторы и диоды 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

Эволюция вычислительных систем III поколение ЭВМ ( ) Элементная база на интегральных схемах (более 2 тыс. элементов в одной схеме) тонкая германиевую пластинку длиной в 1 см

Эволюция вычислительных систем IV поколение ЭВМ ( ) большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы Десятки, сотни тысяч и миллионы транзисторов на одном кристалле

Эволюция элементной базы

Развитие вычислительных систем и ВС

Архитектура вычислительных систем

Структура вычислительной системы

Этапы разработка вычислительных систем Анализ требований, предъявляемых к системе Составление спецификаций Изучение известных решений Разработка функциональной схемы Разработка структурной схемы Отладка проекта Оценка проекта

Встроенные системы и сети Встроенные системы и сети (embedded systems & networks): – Специализированная микропроцессорная система управления – Объект контроля или управления

Определение ВС Встроенной системой можно считать любую вычислительную систему, которая не является ПК, портативным компьютером (laptop) или большим универсальным компьютером (mainframe computer). 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. Система обработки информации, встроенная в какой-либо продукт.

Определение встроенной системы

измерительная техника и приборостроение медицина авиация промышленное оборудование транспорт мобильные и портативные устройства торговое оборудование робототехника системы связи бытовая электроника Сферы применения встраиваемых систем

Характеристики мобильных массовых ВС сложный набор функций и многозадачность работа в режиме реального времени низкая стоимость производства низкое энергопотребление ограничение объема памяти Интерфейс пользователя и сопряжения с объектом для программирования Миниатюризация размеров и процесс тестирования

Характеристики ВС t1 – время получения сигнала с датчика t2 – время выдачи управляющего воздействия на исполнительное устройство t3 – крайний срок выдачи управляющего воздействия

Эволюция встроенных системы Эволюция «встраиваемые системы» на протяжении времени развития вычислительной техники: 1.Информационно-управляющие системы (60-е годы). 2. Встроенные вычислительные системы (70-х годов) 3. Распределенные встроенные системы управления (90-х годов) 4.Кибер-физические системы (с 2006 г.)

Требования к проектированию ВС Нестандартность задачи Требование технической оптимальности решений (модель ограниченных вычислительных ресурсов), Минимальные временные и финансовые бюджеты разработки Присутствие большого числа дополнительных требований и ограничений (надежность, ограничения реального времени, тяжелые условия эксплуатации и многое другое). Процесс создания ВС характеризуется высокой сложностью. Это определяется сочетанием таких условий проектирования, как:

Основные факторы при разработке ВС В разработке ВС ключевую роль играют следующие факторы: минимальное собственное энергопотребление; минимальные собственные габариты и вес; собственная защита (корпус) - прочностью и жёсткостью конструкции; функции отвода тепла (охлаждения). Микропроцессор и системная логика по возможности совмещены на одном кристалле Специальные требования по радиационной и электромагнитной стойкости и т. д.

Этапы проектирования и разработки ВС

Принципы проектирования ВС

Проектирование ВС Опредление требований к системе и ограничений Декомпозиция на аппаратные и программные части Разработка программ (SW) Разработка аппаратуры (HW) Интеграция, верификация и оценка Производства

Проектирование ВС (CoDesign) Спецификация Генерация архитектуры Ко-верификация SW/HW декомпозиция, синтез Ко-симуляция Интеграция SW/HW Целевая система Проектирование HW Проектирование SW Описание окружения Описание архитектуры

Проектирование аппаратное части ВС (HW Design)

Выбор процессора при проектирование ВС

Выбор Sensor и Actuator при проектирование ВС Installation Systemshome appliances / electronic gadgets

Выбор коммуникационных технологий

Выбор операционных систем

Спасибо за внимание!!!