Indbygget system
Et indbygget system defineres som et autonomt elektronisk system og computersystem , ofte realtid , specialiseret i en præcis opgave. Udtrykket henviser til både den anvendte hardware og den anvendte software . Dets ressourcer er generelt begrænset rumligt (reduceret størrelse) og energisk (begrænset forbrug).
Historie
En af de første moderne indlejrede systemer, der kunne genkendes, var Apollo Guidance Computer i 1967, styresystemet for månemissionen Apollo , udviklet af Charles Stark Draper fra Massachusetts Institute of Technology . Hver månemission var udstyret med to systemer (AGC), et ansvarligt for inerti-vejledning og et for månemodulet . I starten af projektet blev Apollos AGC-computer betragtet som den mindst pålidelige del af projektet. På den anden side, takket være brugen af nye komponenter, der på det tidspunkt var de integrerede kredsløb , blev væsentlige gevinster i det nyttige rum og nyttelasten realiseret med en formodet reduktion af de allerede talrige risici ved missionerne.
Begrænsninger
Systemer om bord udfører foruddefinerede opgaver og har bindende specifikationer , som kan være:
-
Begrænset plads : hukommelsespladsen kan begrænses i størrelsesordenen et par GB maksimalt (selvom størrelsen bliver mindre og mindre begrænset takket være elementernes miniaturisering ). Indlejrede systemer skal være designet til at imødekomme behovene så nøjagtigt som muligt for at undgå yderligere omkostninger.
-
Computing power : det er nødvendigt at have computerkraften, der bare er nødvendig for at imødekomme behovene og tidsbegrænsningerne for den foruddefinerede opgave. Dette for at undgå en ekstra omkostning ved enheden og et overskydende energiforbrug (elektrisk strøm);
-
Autonomi : energiforbruget skal være så lavt som muligt på grund af brugen af batterier og / eller solpaneler eller endda brændselsceller til visse prototyper;
-
Temporal : udførelsestiderne og den tidsmæssige deadline for en opgave bestemmes (deadlines er kendt eller begrænset a priori ). Denne sidste begrænsning betyder, at sådanne systemer generelt har egenskaber i realtid ;
-
Fra pålidelighed, for hvis det sker, at nogle af disse integrerede systemer fejler, sætter de menneskeliv i fare eller bringer betydelige investeringer i fare. De siges derefter at være “kritiske” og må aldrig mislykkes. Ved "aldrig mislykkes" er det nødvendigt at forstå altid at give korrekte resultater, relevante og dette inden for de tidspunkter, som brugerne (maskiner og / eller mennesker) forventer af de nævnte resultater;
Arkitektur
Indlejrede systemer bruger generelt lave strøm forbrug mikroprocessorer eller mikrocontrollere , den software, hvoraf en del er delvist eller helt er programmeret i hardwaren, som regel i hukommelsen i read only memory (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH , osv (dette kaldes firmware ).
Egenskaber
- I stedet for universelle systemer, der udfører flere opgaver, er indlejrede systemer designet til at udføre specifikke opgaver. Nogle skal overholde begrænsninger i realtid af hensyn til pålidelighed og rentabilitet. Andre med få ydeevne begrænsninger gør det muligt at forenkle systemet og reducere produktionsomkostningerne.
- Indlejrede systemer er ikke altid uafhængige moduler. Oftest er de integreret i den enhed, de styrer.
- Den software, skabt til indlejrede systemer kaldes firmware. Den gemmes i skrivebeskyttet hukommelse eller flashhukommelse snarere end på en harddisk. Det fungerer oftest med begrænsede hardwareressourcer: skærm og tastatur i små størrelser eller endog fraværende, lille hukommelse, relativt lave beregningskapaciteter.
brugergrænseflade
Nogle indbyggede systemer har muligvis ikke en brugergrænseflade (de er derfor specialiserede i en enkelt opgave). Men denne grænseflade kan også svare til et computers operativsystem (for eksempel en PDA ).
- De enkleste systemer har kun knapper, lysdioder .
- De mest komplekse systemer kan have en berøringsskærm eller endda en skærm med knapper for at minimere plads. Betydningen af knapperne ændres afhængigt af skærmen, og valget foretages naturligt ved at pege på den ønskede funktion.
- Håndholdte computere har typisk en "joystick" -stilknap til navigation.
- Med eksplosionen på nettet er indlejrede systemproducenter kommet med en ny mulighed: en interface på websidespil over en netværksforbindelse. Dette undgår omkostningerne ved et sofistikeret system, samtidig med at der opretholdes en fuld grænseflade på en anden computer, når det er nødvendigt. Vellykket interface til permanente fjerninstallationer, især routere .
- Nogle indbyggede systemer har en stemmegrænseflade med automatisk talegenkendelse
Pålidelighed
Indlejrede systemer findes for det meste i maskiner, der skal køre kontinuerligt i mange år uden fejl og i nogle tilfælde rette fejl selv, når de sker. Derfor udvikles og testes software altid mere omhyggeligt end software til pc'er. Upålidelige bevægelige dele (f.eks. Diskdrev, knapper eller kontakter) er forbudt.
Spørgsmålet om pålidelighed kan omfatte:
- Systemet kan ikke lukkes ned for reparationer, eller de er utilgængelige reparationer.
Løsningen kan være ekstra reservedele eller en "soft mode" af software, der giver delvis drift.
For eksempel: undersøiske kabler, navigationsfyr, borebrønde osv.
- Systemet skal holdes i gang af sikkerhedsmæssige årsager. Ofte udføres sikkerhedskopier af en operatør.
I dette tilfælde tolereres den "bløde tilstand".
For eksempel: reaktorkontrolsystemer, kemiske fabrikker, togsignaler osv.
For eksempel: bro- eller elevatorsystemer , pengeoverførsler, handelsrum, automatisk salg eller tjenester osv.
Anvendelsesområder
De felter, hvor vi finder indlejrede systemer, er mere og mere talrige:
-
Astronautik : raket , kunstig satellit , rumsonde osv.
-
Industriel programmerbar logisk controller, kontrol-kommando
-
Hvidevarer : tv , mikroovn
- Miljø
- Medicinsk udstyr
-
Automatisk kasseautomat (ATM)
-
udskrivning : multifunktionsprinter , kopimaskine osv.
-
IT : harddisk , diskettedrev osv.
- Metrologi
-
Militær : missil , radar
-
Multimedia : videospilkonsol , personlig assistent
-
Telekommunikation : Set-top-boks , telefoni , router , firewall , tidsserver , mobiltelefon .
-
Transport : Automotive , Aeronautics ( avionics ), Railways osv.
Udvikling af indlejrede systemer
Udviklingen af indlejrede systemer kræver viden om både elektronik og datalogi. Blandt det nødvendige udstyr til at skabe et indbygget system finder vi:
- Dokumentation ( datablad ) om de anvendte komponenter. Det er den første kilde til information til udvikling!
- De grundlæggende værktøjer af elektronik ingeniør ( loddekolbe , insolator, etc.)
- Værktøjer til tidsanalyse: oscilloskop, logisk analysator osv.
- Grundlæggende komponenter ( modstande , kondensatorer osv.)
- En mikroprocessor eller mikrocontroller
- En cross-compiler (også kendt som cross-compiler)
- En mikrocontroller-programmør eller en in-situ programmør
- En in-circuit emulator eller ICE ( In Circuit Emulator ). Dette udstyr tillader fejlfinding af hardware og software (mulighed for fejlretning på softwarekildens niveau), men det er stadig dyrt.
- En JTAG- sonde . Billig og udbredt, JTAG-sonden tillader ikke kun fejlfinding af software in situ (læsning / ændring af registre, hukommelser, perifere enheder osv.), Men også programmering af FLASH-hukommelse af mikrokontrollere, hvad enten det er internt eller eksternt som i tilfældet med nogle chips fra producenten NXP
-
Systemteknik : tværfaglig tilgang til at definere, udvikle og implementere systemer, der integrerer digitale teknologier.
Marked og beskæftigelse
På tværs af forskellige økonomiske sektorer repræsenterede indbyggede systemer i 2013 et marked til en værdi af 73 milliarder euro i Frankrig eller 3,7% af BNP. Med hensyn til beskæftigelse samler sektoren 1,3% af arbejdsstyrken eller 387.500 mennesker.
Noter og referencer
-
Octave Letellier , “ Embedded AI - new field uses thanks to embedded AI ” , på Bpifrance Le Hub ,10. januar 2018(adgang til 5. oktober 2020 )
-
EN SPIFI ny idé [1]
Se også
Interne links
eksterne links