ugrađeni računarski sistemi

1

Ugrađeni računarski sistemi

Sistemi u realnom vremenu pr. 3

Sistemi u realnom vremenu 3

Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović-Mehmedović

Izazov se zove ugrađeni sistemi... Digitalna informaciona tehnologija je totalnoDigitalna informaciona tehnologija je totalno

revolucionizirala svijet u kojem živimo! U svakodnevnom životu je duboko inkapsulirana

ekstenzivna digitalna infrastruktura. Kompjuteri su svakodnevni alat, duboko integrisan u sve pore socijalnih i biznis aktivnosti.

Mnogo značajnija, ali manje uočliva i vidljiva je revolucija u domenu ugrađenih (embedded) sistema.



Embedded digitalna tehnologija je inkorporirana u sve vrste opreme i sistema, koji se koriste za uvećanje funkcionalnosti, kao i unapređenje operativnosti po nižim cijenama.

2

Ugrađeni sistemi Šta je zajedničko

bil i t l f imobilnim telefonima, industrijskim robotima, MP3 plejerima, kablovskom modemu , automobilima?

Ovo su primjeri proizvoda koji koriste ugrađene sisteme!



ugrađene sisteme! Embedded sistemi su

najčešće masovni proizvodi!

Primjene Ugrađenih sistema

Od jednostavnih kućnih

Dojava alarma fiksnom telefonskom linijom

Dojava alarma SMS-om

Od jednostavnih kućnih aplikacija (uređaji koji imaju računarsko upravljanje kao što su mikrovalne pecnice koje imaju LED ili LCD ekran i tastaturu)

Sistemi u realnom vremenu 3 Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Sigurnosne brave

) digitalne kamere,

mobiteli, disk plejer, digitalni toplomjer, itd.

3

Primjene Ugrađenih sistema Svi uređaji kojima se Svi uređaji kojima se

upravlja daljinskimupravljačem

upravljanje zagrijavanjem, kondiciniranjem zraka

u proizvodnim j di i b ti i d



jedinicama u robotici do sistema proizvodne automatizacije i kontrolnih sistema

Primjene Ugrađenih sistema u medicini, djelimično u u ed c , dje č o u

dijagnostičkoj medicinskoj opremi, do inteligentnih uređaja koji se implementiraju u ljudsko tijelo

transport- moderni automobili imaju po barem jedan mikrokontroler, npr.



j , pmikrokontroleri upravljaju motorom, ABS sistemkocenja, itd. pa do kamiona, vozova, letjelica...

4

Ugrađeni sistemi (eng. Embedded systems)

Definicija 1: Embedded sistemi su računarski sistemi sa jako Definicija 1: Embedded sistemi su računarski sistemi sa jako izraženom integracijom hardvera i softvera, prije svega namjenjeni da obavljaju specifične funkcije.

Definicija 2: Embedded sistemi su računarsko bazirani sistemi ugrađeni u okviru drugog sistema, za koga obezbedjuju bolju funkcionalnost i performanse.

Definicija 3: Embedded sistemi su sistemi specijalne namjene k d k jih j č t ti k li d t



kod kojih je računar u potpunosti enkapsuliran od strane uredjaja koga on kontroliše. Nasuprot računaru opšte nemjene, kakav je personalni računar (PC mašina), embedded sistem obavlja jedan ili veći broj unaprijed definisanih zadataka, obično sa veoma specifičnim zahtjevima.

Ugrađeni sistemi Evropa je svjetski lider Evropa je svjetski lider

u embedded tehnologiji za: Avioniku Automobilsku industriju Industriju Komunikacije Elektronsku industriju



90% svih kompjuterskih uređaja je u embedded sistemima a ne u desktop sistemima!

5

Ugrađeni sistemi Tehnologija ugrađenih sistema je najbrži razvojniTehnologija ugrađenih sistema je najbrži razvojni

sektor u IT danas! Npr. ugrađena elektronika i softver učestvuju u 22%

industrijskih automatizovanih sistema, 41% korisničke elektronike, 33% medicinske opreme!

Zahvaljujući značajnom napretku u poluprovodničkoj tehnologiji, koja je bila vođena korisničkim zahtjevima za inovativnim proizvodima i servisima,

đ i i t i l i li d j d t ih



ugrađeni sistemi su evolvirali od jednostavnih jednoprocesorskih sistema u 1980-tim i ranim 1990-tim godinama do sofisticiranih multi-procesorskih sistema danas.

Embedded sistemi za rad u realnom vremenu

Odziv na spoljne događaje uključuje: Odziv na spoljne događaje uključuje: prepoznavanje trenutka kada se događaj desio; obavljanje procesiranja kao odziv na pojavu događaja; generisanje rezultata za zadano vremensko ograničenje



Sistem za rad u realnom vremenu

6

Real-Time embedded sistemi

Od i đ RTS (R l Ti Si t ) i b dd d



Odnos između RTS-ova (Real Time Sistems) i embedded sistema

Razlike između embedded sistema i mašina opšte namjene

1 Embedded sistemi su namjenjeni da obavljaju specifične zadatke1. Embedded sistemi su namjenjeni da obavljaju specifične zadatkedok se PC računari prvenstveno koriste kao računarske mašine opšte namjene.

2. Rad embedded sistema podržan je od strane širokog dijapazona procesora i procesorskih arhitektura.

3. Embedded sistemi treba da su jeftini. 4. Embedded sistemi imaju ograničenja koja se odnose na rad u

realnom vremenu:



realnom vremenu:1. vremensko osjetljiva ograničenja (time sensitive constraints)2. vremensko kritična ograničenja (time critical constraints)

5. Ako embedded sistem koristi operativni sistem to obično mora biti RTOS (Real Time Operating System).

7

Razlike između embedded sistema i mašina opšte namjene

6. Implikacije softverskih grešaka su značajno ozbiljnije kod p j g j j jembedded sistema u odnosu na desktop sisteme.

7. Embedded sistemi se u velikom broju slučajeva izrađuju kao baterijsko napajani uređaji pa zbog toga je imperativ da se oni izvode kao sistemi sa minimalnom potrošnjom.

8. Embedded sistemi moraju da rade u ekstremnim ambijentnim uslovima.

9. Embedded sistemi imaju daleko manji broj ugrađenih sistemskih resursa u poređenju sa desktop sistemima.Embedded sistemi čuvaju sav svoj objektni kod u ROM u



10. Embedded sistemi čuvaju sav svoj objektni kod u ROM-u. 11. Embedded sistemi zahtjevaju korištenje specijalnih sredstava i

metoda za projektovanje. 12. Embedded mikroprocesori obično imaju implementirano

namjenska debugging kola (watchdog tajmeri, self-test kola, i td.).

Razvojna kros-platforma Softver za embedded sistem se razvija na jednoj j j j

platformi, a izvršava na drugoj. Host sistem je sistem na kome se embedded

softver razvija. Ciljni (target) sistem je embedded sistem koji se

razvija. U najvećem broju slučajeva, host i ciljni sistem nisu bazirani na istom procesoru.

Glavno softversko razvojno sredstvo koje čini



j jrazvojnu kros-platformu mogućom predstavlja kros-kompajler. Kros-kompajler je kompajler koji se izvršava na jednom tipu procesorske arhitekture, a generiše objektni kod za drugi, različit tip procesorske arhitekture.

8

Softver embedded sistema Embedded RTOS (Real Time Operating Sistem)Embedded RTOS (Real Time Operating Sistem)

Operativni sistem je specijalizirana kolekcija sistemskih programa koja upravlja fizičkim resursima računara.

Aplikacioni softver Aplikativni programi – su programi pisani za

rješavanje specifičnih problema (navigacija aviona, upravljanje kretanjem robota)



p j j j )While(1){

Embedded Program}

Programski jezici realnog vremena

Jezici za programiranje ugradjenih Jezici za programiranje ugradjenih računarskih sistema Asembleri C, C++, C# Java, Java++



Matlab

9

Programski jezici realnog vremena

treba da podrže izraze i analizu treba da podrže izraze i analizu vremenskog ponašanja na jedan od tri načina: Eliminacija konstruktora koji imaju

neutvrđena vrem. izvršenja Ekstenzija postojećih jezika (npr C za



Ekstenzija postojećih jezika (npr. C za realno vrijeme)

Konstrukcija jezika u sprezi sa operativnim sistemima

Kako izvršiti izbor jezika realnog vremena?

Od globalnih zahtjeva na RSRVOd globalnih zahtjeva na RSRV Tačnost Pravovremenost Sigurnost Pouzdanost

do zahtjeva na softver



Tačan softver Pouzdan softver

pa do opštih i korisničkih zahtjeva na jezik

10

Opšti zahtjevi na programske jezike

Deklaracije Deklaracije Tipovi Incijalizacija Konstante Kontrolne strukture Vidljivost

M d l t i k jli j



Modularnost i kompajliranje Rad sa izuzecima Rad nad bitima Multitasking

Zahtjevi korisnika na programski jezik

Sigurnost Sigurnost Čitljivost Fleksibilnost Jednostavnost Portabilnost



Efikasnost

11

Efikasnost

Kod aplikacija Kod aplikacija Elektro-mehanički sistemi Kontrola letjelica Kontrola vozova Kontrola plovnih objekata Procesiranje signala



Procesiranje signala Prepoznavanje govora

Komparativne osobine jezika realnog vremena

Rad sa izuzecima Rad sa izuzecima Konkurentne metode Neovisno kompajliranje Manipulacije na niskom nivou Veza sa asemblerom



Efikasnost i veličina koda Metodologija dizajniranja za realno vrijeme

12

Dobre osobine C-a

C je dobro utvrdjen kao sistemski prog jezik C je dobro utvrdjen kao sistemski prog. jezik “sazrio” sa velikim brojem dokazanih kompajlera,

koji su raspoloživi mnogi soft. razvojni alati (editori, debageri i sl. )

razvijeni za C Proizveden veliki skup C biblioteka



C++ dominantan u svijetu mikroprocesora

Moćne metode za rad sa izuzecima Moćne metode za rad sa izuzecima Razvijene biblioteke funkcija za konkurentno

programiranje posebnih proizvođača Rapoloživost matematskih i opšte-namjenskih

biblioteka Raspoloživost na tržištu alata s bogatim okruženjem Alati za prevodjenje dizajna u programski dizajn



at a p e odje je d aj a u p og a s d ajjezika

13

Hardver i softver ko-dizajn model Čvrsta uzajamna sprega u radu između oba

projektantska tima iz razloga što se embedded sistemi grade (realizuju) kako od specijalizovanog hardvera, tako i specijalizovanog softvera.



Virtuelna HW/SW integracija(co-design & co-verification)

Testiranje integracije hardwera i softwera

Razvoj i testiranjehardwera

Testiranje softwerainteraktivno u okiru

hosta i ciljnog sistema

Testiranje softveraunutar ciljnog

sistema

Razvoj i testiranjesoftvera u okviru

host sistema



Mikroprocesorski razvojni proces

14

Neki primjeri ugrađenih sistema u realnom vremenu





15



Primjer autopilotske leteće robotske ptice

•kontrola visine mikrovazdušne letjelice sa pokretnim krilimao t o a s e o a duš e etje ce sa po et a•Težina 8g • Raspon krila 20 cm• Vioreća krila pokreće motor sa sistemom povezivanja sa 4 poluge



16

Sterevizioni sistem

St i i i i t j di j i d š lj d k či• Sterevizioni sistem je dizajniran da oponaša ljudske oči

1

1

2

1

Cx



Hardver

Arhitektura hardvera za autonoman let vazdušne letjelice bez posade



17

Hardver

•Modifikovana arhitektura kontrole za vazdušne letjelice manje od 10g.



ugrađeni računarski sistemi

Documents