מערכת משובצת היא בקר, השולט במכשירים אלקטרוניים רבים אחרים. זהו שילוב של חומרה ותוכנה משובצות. ישנם שני סוגים של מערכות משובצות מיקרו-מעבדים ו מיקרו-בקר . מעבד מיקרו מבוסס על מודל / ארכיטקטורה של פון נוימן (כאשר נתוני תוכנית + שוכנים באותו מיקום זיכרון), זהו חלק חשוב ממערכת המחשבים, שם מתממשקים אליו מעבדים וציוד היקפי חיצוניים. הוא תופס יותר שטח ויש לו יותר צריכת חשמל. היישום של המעבד הוא מחשבים אישיים. מאמר זה דן בשלבים העוסקים בתכנון מערכות משובצות.
מהו עיצוב מערכת משובצת?
הַגדָרָה: מערכת שתוכננה עם הטמעת חומרה ותוכנה יחד לפונקציה ספציפית עם שטח גדול יותר היא תכנון מערכת משובצת. בתכנון מערכות משובצות, מיקרו-בקר ממלא תפקיד חיוני. מיקרו-בקר מבוסס על אדריכלות הרווארד, הוא מרכיב חשוב במערכת משובצת. מעבד חיצוני, זיכרון פנימי ורכיבי i / o מתממשקים למיקרו-בקר. הוא תופס פחות שטח, פחות צריכת חשמל. היישום של מיקרו-בקרים הוא MP3, מכונות כביסה.
עיצוב משובץ
סוגי מערכות משובצות
- עצמאי מערכת משובצת מחשב
- מערכת משובצת בזמן אמת
- מכשירי חשמל ברשת
- מכשירים ניידים
אלמנטים של מערכות משובצות
- מעבד
- מיקרו - מעבד
- מיקרו-בקר
- מעבד אותות דיגיטלי.
שלבים בתהליך עיצוב המערכת המשובצת
השלבים השונים בתרשים זרימה / זרימה של תכנון מערכת משובץכלול את הבאים.
עיצוב משובץ - שלבים בתהליך
הַפשָׁטָה
בשלב זה הבעיה הקשורה למערכת מופשטת.
חומרה - ארכיטקטורת תוכנה
ידע נכון על חומרה ותוכנה שיש לדעת לפני שמתחילים בתהליך עיצוב כלשהו.
מאפיינים פונקציונליים נוספים
יש להבין את הפונקציות הנוספות המיושמות לחלוטין מהתכנון הראשי.
משפחת העיצוב הקשורה למערכת
בעת תכנון מערכת יש להתייחס למשפחת עיצוב קודמת שקשורה למערכת.
עיצוב מודולרי
יש לבצע עיצובי מודולים נפרדים כך שניתן יהיה להשתמש בהם מאוחר יותר בעת הצורך.
מיפוי
על בסיס מיפוי תוכנה נעשה. לדוגמה, זרימת נתונים וזרימת התוכנית ממופים לאחד.
עיצוב ממשקי משתמש
בתכנון ממשק משתמש זה תלוי בדרישות המשתמש, ניתוח הסביבה ותפקוד המערכת. לדוגמא, בטלפון נייד אם אנו רוצים להפחית את צריכת החשמל של הטלפונים הניידים אנו דואגים לפרמטרים אחרים, כך שניתן יהיה להפחית את צריכת החשמל.
עֲדִינוּת
יש לשכלל כל רכיב ומודול כראוי כדי שצוות התוכנה יוכל להבין.
שפת תיאור אדריכלי משמשת לתיאור עיצוב התוכנה.
- היררכיית שליטה
- מחיצת מבנה
- מבנה נתונים והיררכיה
- נוהל תוכנה.
עיצוב מערכות משובצות פעילויות פיתוח תוכנה
ישנם מדדי תכנון שונים הנדרשים לתכנון כל מערכת שתתפקד כראוי, כך הם
| מדדי תכנון / פרמטרי תכנון של מערכת משובצת
| פוּנקצִיָה |
פיזור כוח | תמיד נשמר נמוך |
ביצועים | צריך להיות גבוה |
לעבד מועדים | התהליך / המשימה אמורים להסתיים בתוך זמן מוגדר. |
עלות ייצור | צריך לשמור עליו. |
עלות הנדסית | זה העלות לעריכת בדיקת ניפוי באגים של חומרה ותוכנה. |
גודל | הגודל מוגדר במונחים של זיכרון RAM / ROM / זיכרון פלאש / זיכרון פיזי. |
אב טיפוס | זהו הזמן הכולל שנדרש לפיתוח מערכת ולבדיקתה. |
בְּטִיחוּת | יש לנקוט בטיחות המערכת כמו נעילת טלפון, יש לנקוט בטיחות משתמשים כמו אמצעי בטיחות לקלקול המנוע |
תחזוקה | יש לבצע תחזוקה נכונה של המערכת, על מנת למנוע כשל במערכת. |
זמן לשוק | זה הזמן שלוקח את השקת המוצר / המערכת שפותחו לשוק. |
פעילויות תהליך פיתוח תוכנה משובץ
פעילויות תהליך פיתוח תוכנה משובצות כוללות בעיקר את הפעולות הבאות.
מפרטים
יש לבצע מפרט נכון על מנת שהלקוח המשתמש במוצר יוכל לעבור על מפרט המוצר ולהשתמש בו ללא כל בלבול. מעצבים מתמקדים בעיקר במפרטים כמו חומרה, מגבלות תכנון, תקופת מחזור חיים, התנהגות מערכת כתוצאה מכך.
ארכיטקטורה
יש לציין שכבות אדריכלות חומרה ותוכנה.
רכיבים
בשכבה זו מתבצע תכנון רכיבים. רכיבים כמו מעבד יחיד בתהליך, זיכרונות- RAM / ROM, התקנים היקפיים, אוטובוסים .. וכו '.
שילוב מערכת
בשכבה זו, כל הרכיבים משולבים במערכת ונבדקים האם עמידה בציפיות שלה במעצבים שלה.
אתגרים בתכנון מערכות משובצות
במהלך תכנון כל מערכת משובצת, מעצבים מתמודדים עם המון אתגרים כדלקמן,
- יכולת התאמה סביבתית
- צריכת חשמל
- שטח כבוש
- אריזה ושילוב
- עדכון בחומרה ותוכנה
- בִּטָחוֹן
- ישנם אתגרים שונים בפני המתכננים בעת בדיקת העיצוב כמו חומרה משובצת בדיקה , שלב אימות, יכולת שמירה על אימות.
דוגמאות לעיצוב מערכות משובצות
- מכונה אוטומטית אוטומטית לשוקולד (ACVM)
- מצלמה דיגיטלית
- כרטיס חכם
- טלפון נייד
- מחשב נייד.. וכו '.
מכונה אוטומטית אוטומטית לשוקולד (ACVM)
תפקיד העיצוב של ACVM הוא לספק שוקולד לילד בכל פעם שהילד מכניס מטבע ל- ACVM.
שלבי עיצוב
שלבי העיצוב כוללים בעיקר את הדברים הבאים.
- דרישות
- מפרטים
- תפקוד חומרה ותוכנה.
דרישות
כאשר ילד מכניס מטבע למכונה ובוחר את השוקולד המסוים שהוא רוצה לרכוש.
תשומות
- מטבעות, בחירת משתמשים.
- נוצרת הפרעה בכל יציאה בכל פעם שמכניסים מטבע.
- הודעה נפרדת נשלחת לכל יציאה.
תפוקות
- שוקולד
- הֶחזֵר
- הודעה מוצגת על גבי LCD כמו תאריך, שעה, הודעת קבלת פנים.
פונקציית מערכת
- באמצעות ממשק משתמש גרפי, הילד מצווה על המערכת איזה שוקולד הילד רוצה לרכוש.
- כאשר ממשק המשתמש הגרפי כולל LCD, לוח מקשים, מסך מגע.
- המכונה מספקת את השוקולד כשהילד מכניס את המטבע אם המטבעות שהוכנסו גבוהים מהעלות בפועל של השוקולד שנבחר. מכונת ACVM מחזירה את הכסף בחזרה.
- באמצעות אוטובוס סינכרוני אוניברסלי, הבעלים של ACVM יכול לעקוב אחר מיקום הלקוח.
מדדי עיצוב
פיזור כוח
העיצוב צריך להתבצע בהתאם לגודל התצוגה ורכיבים מכניים.
מועד אחרון לתהליך
יש להגדיר טימר, כך שבכל פעם שהילד מכניס את המטבע על ה- ACVM להגיב תוך שניות ספורות במסירת השוקולדים ולהחזר כספי אם עודף.
לדוגמא, אם זמן התגובה הוא 10 שניות, ה- ACVM אמור לספק את השוקולד ולהחזיר את הכסף אם הוא עודף תוך 10 שניות ברגע שהילד מכניס את המטבע ומגיש בקשה לשוקולד.
מפרטים
ממערכת ה- ACVM שלמטה, כאשר הילד מכניס את המטבע. המטבעות מתבדלים בהתאם ליציאות שהוצגו, Port1, Port2, Port5. בעת קבלת מטבע נוצרת הפרעה על ידי הנמל, הפרעה זו נשלחת לקריאת ערך הסכום ולהגדלתו.
אוטומטי - שוקולד - מכונות אוטומטיות
LCD שנמצא כאן מציג את ההודעות כמו עלות, זמן, קבלת פנים ... וכו '. משלוח נמל קיים במקום בו אוספים את השוקולדים.
חוּמרָה
ארכיטקטורת החומרה של ACVM כוללת את מפרטי החומרה הבאים
- מיקרו-בקר 8051
- זיכרון RAM של 64 KB ו- ROM 8MB
- 64 KB זיכרון פלאש
- לוח מקשים
- סדרן מטבעות מכני
- ערוץ שוקולד
- ערוץ מטבעות
- מודם USB אלחוטי
- ספק כוח
תוכנה של ACVM
יש לכתוב תוכניות רבות כדי שניתן יהיה לתכנת אותן מחדש כנדרש ב- RAM / ROM כמו,
חומרה-ארכיטקטורה-בלוק-דיאגרמה של פעיל
- עליית מחיר השוקולד
- עדכון הודעות שיוצגו ב- LCD
- שינוי בתכונות המכונה.
מערכת משובצת היא שילוב של חומרה + תוכנה לביצוע פונקציה מסוימת. ישנם שני סוגים מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים. בעת תכנון מערכת משובצת יש לקחת בחשבון מגבלות ומפרט מסוימים בתכנון, כך שהיזם יוכל לענות על ציפיות הלקוח ולספק בזמן. יישום של מערכת Embedded לְעַצֵב ACVM הסביר בתוכן זה. הנה שאלה מה הסיבה לאילוצים סביבתיים בעת תכנון מערכת משובצת?
