 |
|
Встроенные системы на основе МПС. Основные характеристики и идеология развития. Области применения. Разработка проекта ВС.
Встра́иваемая систе́ма - специализированная микропроцессорная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.
Особенности
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/см², 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. Для построения некоторых видов встроенных систем широко используют микропроцессоры архитектуры ARM.
Однокристальные микроконтроллеры (ОМК или просто МК) предназначены для использования в системах промышленной и бытовой автоматики. Они представляют собой большие интегральные схемы, которые включают в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор (как правило, целочисленный), ЗУ команд, ЗУ данных, генератор тактовых сигналов, программируемые устройства для связи с внешней средой (контроллер прерывания, таймеры-счетчики, разнообразные порты ввода/вывода), иногда аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т. д. В некоторых источниках этот класс микропроцессоров называется однокристальными микро-ЭВМ (ОМЭВМ).
В настоящее время две трети всех производимых микропроцессорных БИС в мире составляют МП этого класса, причем почти две трети из них имеет разрядность, не превышающую 16 бит. К классу однокристальных микроконтроллеров прежде всего относятся микропроцессоры серии MCS-51 фирмы Intel и аналогичные микропроцессоры других производителей, архитектура которых де-факто стала стандартом.
Центральным процессорным устройством для встраиваемой системы могут служить очень многие из современных микропроцессоров и микроконтроллеров. Конкретный вид определяется при проектировании, исходя из целей и задач выполняемых встраиваемой системой.
Область применения
Областью применения встроенных систем являются:
· Средства автоматического регулирования и управления техпроцессами, например авионика, контроль доступа.
· станки с ЧПУ.
· банкоматы, платёжные терминалы.
· телекоммуникационное оборудование.
Разработка проекта состоит из следующих этапов:
· концептуальное проектирование системы; основной задачей данного этапа является исследование проектируемой системы и получение ее исполняемых спецификаций на языке высокого уровня (стандартно на С/С++);
· проектирование, то есть трансформация исполняемой спецификации проекта на уровень регистровых передач (получение спецификаций на языках Verilog/VHDL) и далее на вентильный уровень;
· верификация проекта, то есть проверка проекта и проектных решений на соответствие исходной спецификации и другим требованиям в процессе проектирования и детализации;
· физическое проектирование, начиная от выбора технологического и библиотечного базиса и заканчивая получением финального описания проекта в формате GDSII.
При проектировании систем на кристалле концептуальный уровень является критическим для оценки общих характеристик системы. На этом уровне создается общая исполняемая спецификация проектируемой системы, позволяющая исследовать и оценить различные варианты ее построения и выбрать оптимальное решение, которое будет реализовано в дальнейшем. Здесь решаются следующие задачи:
· создание функциональной модели системы, то есть описание системы с точки зрения тех алгоритмов и функций, которые она должна выполнять, без привязки к способам их реализации;
· моделирование системы в ее операционной среде (на уровне "миссии") с реальными данными и сигналами (аудио- и видеоинформацией, радиоканалами, расположением и движением объектов и др.)
· определение архитектуры системы с точки зрения необходимых ресурсов и их организации для программно-аппаратной реализации функциональной модели.
Таким образом, имея исполняемую спецификацию системы, поведенческие модели и общую архитектуру, проектирование, верификация и топологическая реализация системы далее ведутся параллельно.