Встраиваемые системы связи и их принципы построение и работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ПО РАЗВИТИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НУКУССКИЙ ФИЛИАЛ ТАШКЕНТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ МУХАММАДА АЛЬ-ХОРЕЗМИЙ

Факультет: « Телекоммуникационные технологии и профессиональное образование »

Кафедра: «Телекоммуникационные технологии»

Реферат

По предмету: Встроенные системы и их ПО

На тему: Встраиваемые системы связи и их принципы построение и работы

Подготовила:

Кадырбаева Ж.

Нукус 2021

Содержание

Введение

1. Особенности и область применения

2. Классификация встраиваемых систем

3. Архитектурное проектирование ВсС

Заключение

Список литературы

Введение

Что такое встраиваемая система?

Под встраиваемой системой обычно понимается любая компьютерная система или компьютерное устройство, имеющее специализированное назначение или рассчитанное на использование вместе с конкретным встраиваемым приложением. Конечный пользователь, как правило, не может изменять такие системы.

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.

Что является характерным признаком встраиваемой операционной системы?

Встраиваемые операционные системы обычно отличаются высокой степенью адаптируемости к определенной задаче или функции. Их можно оптимизировать для поддержки специального оборудования или конкретного приложения. Конфигурация системы может быть заблокирована и тщательно протестирована, поэтому их изготовители имеют возможность контролировать уровень затрат и выпускать высоконадежные устройства, оптимизированные для выполнения специализированных задач.

1. Особенности ВсС

В связи с тем, что система управления будет размещаться внутри более сложного устройства, при её разработке ключевую роль играют следующие факторы:

· минимальное собственное энергопотребление (возможно, автономное питание);

· минимальные собственные габариты и вес;

· собственная защита (корпус) минимальна и обеспечивается прочностью и жёсткостью конструкции и применёнными элементами;

· функции отвода тепла(охлаждения) обеспечивают минимум требований тепловых режимов. Если плотность теплового потока (тепловой поток, проходящий через единицу поверхности) не превышает 0,5 мВт/смІ, перегрев поверхности устройства относительно окружающей среды не превысит 0,5 °C, такая аппаратура считается нетеплонагруженной и не требует специальных схем охлаждения;

· микропроцессор и системная логика, а также ключевые микросхемы по возможности совмещены на одном кристалле;

· специальные военно-космические требования по радиационной и электромагнитной стойкости, работоспособность в вакууме, гарантированное время наработки, срок доступности решения на рынке и т. д.

Основой построения простых встроенных систем часто служат одноплатные (однокристальные) ЭВМ (см.: микроконтроллер), специализированные или универсальные микропроцессоры, ПЛИС.

Широко распространено непосредственное использование или обеспечение значительной степени совместимости с морально устаревшими за долгое время выпуска (десятки лет) устройствами и интерфейсами (например, процессорами семейств Intel8086, i386, i486, Pentium и их аналогами; шиной ISA и т. п.) из-за низкой стоимости разработки конкретного решения.

Областью применения встроенных систем являются:

· средства автоматического регулирования и управления технологическими процессами, например авионика, контроль доступа;

· станки с ЧПУ;

· банкоматы, платёжные терминалы;

· телекоммуникационное оборудование.

Встраиваемые системы -- самая обширная сфера применения микропроцессоров, микроконтроллеров и ПЦОС. Встроенные системы активно применяются в следующих устройствах и областях техники:

· бытовая техника;

· аудио видеотехника;

· транспортные средства;

· промышленное оборудование;

· космические аппараты и другие.

2. Классификация встраиваемых систем

Из известных общих классификаций ВС для сегодняшнего состояния вычислительной техники видится наиболее удачной классификация Дэвида Паттерсона, в соответствии с которой выделяются три категории вычислительных систем (таблица.1, рис. 1)

* настольные компьютеры (ПК - рабочая станция / интеллектуальный терминал);

* серверы (ВС коллективного пользования);

* встраиваемые системы (все прочие ВС).

Таблица 1. Характерные особенности вычислительных систем различных классов

Классификация разделяет ВС по характеру их использования. При всей кажущейся простоте данная классификация выделяет важнейшие свойства класса ВсС, и прежде всего, самый широкий из всех ВС диапазон изменения сложности. Это объясняет сложившуюся непростую ситуацию в вопросах классификации ВсС.

Рис. 1. Классификация современных ВС по Д.Паттерсону

В предыдущем разделе была продемонстрирована эволюция понятия ВсС, шаги которой можно в некотором роде также считать классификацией, которая отражает степень интеграции ВС с объектом управления:

* информационно-управляющие системы (ИУС);

* распределенные информационно-управляющие системы (РИУС);

* встраиваемые системы (ES);

* сетевые встраиваемые системы (NES);

* киберфизические системы (CPS).

Традиционно классификацию ВС начинают с функционального признака. Разделить ВсС по назначению можно только очень условно. Попытка такого деления представлена ниже:

1. Системы автоматического управления (САУ);

2. Измерительные системы и системы сбора информации с датчиков (приборные, характерны ярко выраженные измерительные функции наряду с управлением);

3. Информационные системы “запрос-ответ” реального времени (платежные системы, резервирование билетов и т.д.) Они занимают пограничное положение с информационными системами общего назначения;

4. Цифровые системы передачи данных (телекоммуникационные системы);

5. Сложные иерархические системы реального времени (обеспечивают контроль и управление сложными, в том числе, пространственно распределенными объектами);

6. Системы управления подвижными объектами;

7. Подсистемы ВС общего назначения;

8. Мультимедийные системы.

Функциональная классификация позволяет косвенным образом формировать характеристику каждой группы ВсС. Однако разброс свойств проектных шаблонов оказывается в этом случае очень широк, что снижает значимость такой классификации для разработчика. Кроме классификации по назначению возможно разделение ВсС по таким признакам, как:

* сложность системы (большие, средние, малые);

* топология системы (сосредоточенные, распределенные);

* тип ВС, являющейся основой ВсС (одно- и многопроцессорные, гомогенные и гетерогенные, сильно и слабосвязанные, использующие ОС и не использующие);

* особенность реализации реального масштаба времени (мягкое и жесткое реальное время);

3. Архитектурное проектирование ВсС

В настоящее время большинство ВсС являются гетерогенными многопроцессорными ВС, где помимо традиционных микропроцессорных элементов присутствуют интегральные программируемые контроллеры промышленных интерфейсов, ПЛИС, блоки памяти с различной организацией, другие интегральные компоненты. Процесс проектирования подобных систем представляет собой сложную комплексную научно-техническую задачу, в рамках решения которой коллектив разработчиков определяет архитектуру, соотношение и функциональное наполнение аппаратной и программной составляющих системы. Проблема заключается в существовании огромного количества потенциально пригодных вариантов реализации, порождаемых по одному техническому заданию. Эти варианты могут отличаться друг от друга коренным образом, а предварительная оценка вариантов реализации затруднена. Выбору подлежат средства и технологии, направленные на выполнение требований реального масштаба времени, надежности и безопасности функционирования, эффективной отладки и тестирования на этапах проектирования, производства и эксплуатации. На практике, число анализируемых разработчиком вариантов, включая прототипы, ограничивается единицами. Это определяется сжатыми сроками и бюджетами разработок на фоне высокой сложности проектируемой системы, отсутствием эффективных технологий и инструментальных средств, в том числе САПР.

Объективная сложность структурно-функциональной организации проектируемой системы во многом определяется количеством и степенью неоднородности компонентов и подсистем, параметрами интерфейсов и протоколов, требованиями по надежности и безопасности функционирования. Неоднородность вычислительных механизмов и компонентов современных микропроцессорных систем существенно усложняет процесс проектирования и не способствует гарантированному получению качественного результата. Действительно, архитектуру ВсС можно представить как совокупность решений, удовлетворяющих критичным характеристикам проекта. Тогда переход к реализации будет происходить через уточнение организации системы с сохранением критичных ограничений и привнесением элементов реализации, для которых ограничения считаются некритичными. Можно считать, что для одной архитектуры с зафиксированными критичными ограничениями существует множество реализаций, которые различаются в части некритичных ограничений. Это означает, что реализация однозначно вытекает 55 из архитектуры, а из реализации исходную архитектуру не восстановить в силу привнесенных некритичных ограничений.

В данной главе описываются HLD методы и средства, призванные повысить эффективность проектирования, в первую очередь, сложных ВсС. Архитектурное рассмотрение разрабатываемой системы предлагается в качестве основного в процессе проектирования. Проводится исследование проблем формализации архитектурного представления ВсС, формулируются основополагающие понятия архитектурной модели. Даются формальные определения основных положений аспектной технологии сквозного проектирования ВсС на основе понятия архитектурных агрегатов.

Заключение

ВсС продолжают стремительно проникать во все области жизни человека. Параллельно растут и требования к качеству их работы, что проявляется в необходимости правильного выполнения функций, в надежности хранения и защиты информации, в длительности автономной работы и во многом другом. Разнообразие приложений и увеличение их сложности заставляют разработчиков активно совершенствовать технологии проектирования ВсС на всех уровнях: компонентной базы, архитектуры процессоров, средств программирования, моделей организации вычислений. Сегодняшние ВсС в подавляющем большинстве создаются как многопроцессорные системы, с процессорными ядрами hard и soft, с пространственно сосредоточенной и/или пространственно распределенной архитектурой. Стремительно набирает темпы создание динамически реконфигурируемых вычислительных платформ, которые позволят резко снизить энергопотребление ВсС при росте их функциональности и производительности. Растет степень интеграции ВсС с объектами контроля (управления). Создаются технические системы, само существование которых без центральной роли ВТ и телекоммуникаций было невозможно. Такие системы названы кибер-физическими, что, по сути, определяет новую парадигму в проектировании.

Хочется отметить особую привлекательность бурно развивающейся отрасли ВсС для молодежи. Тот факт, что во встраиваемых системах сфокусированы ключевые проблемы и разнообразные решения из всех областей вычислительной техники и инфо-коммуникационных технологий, определяет актуальность решаемых задач и огромный потенциал развития отрасли. компьютерный устройство архитектурный вычислительный

Список литературы

1. John L. Hennessy, David A. Patterson. Computer architecture: a quantitative approach. San Francisco. Morgan Kaufmann publishers. 2007.

2. Кузнецов С. Миром правят встроенные системы // Открытые системы. 2009. № 4.

3. Actor-Oriented Design of Embedded Hardware and Software Systems// Journal of Circuits, Systems, and Computers. 2003. № 12.

Размещено на Allbest.ru