18. Systemy

wbudowane

18.1. System wbudowany

Systemem wbudowanym

jest

system komputerowy składający
się z odpowiednio dobranych
komponentów

sprzętowych

i

programowych,

często

zaprojektowany

pod

kątem

określonej aplikacji programowej.
Odpowiada ona za realizację jego
funkcji i wpływa na sposób
komunikacji z użytkownikiem.

18.2. System wbudowany

System wbudowany (Embedded system)

-

system komputerowy specjalnego

przeznaczenia, który staje się integralną

częścią obsługiwanego przez niego sprzętu.

System wbudowany spełnia określone

wymagania, zdefiniowane do zadań które

ma wykonywać.

Każdy system wbudowany oparty jest na

mikroprocesorze (lub mikrokontrolerze),

zaprogramowanym do wykonywania

ograniczonej ilości zadań lub nawet tylko do

jednego.

Na projektowanie systemu wbudowanego składa się
-opracowywanie warstwy sprzętowej,
-odpowiedniego oprogramowania. W tym wydzielić można obszar
systemowy i aplikacyjny.

Warstwa systemowa tworzy środowisko wykonania dla aplikacji
wbudowanej i, w zależności od obszaru zastosowań, cechuje się
różnym stopniem skomplikowania. W przypadku prostych
systemów

wbudowanych

o

zamkniętej,

nieskalowalnej

architekturze, warstwa systemowa nie jest ściśle wyodrębniona i
nie zawiera mechanizmów wspierających tworzenie aplikacji.

Zaawansowane systemy, przeznaczone dla medycyny, lotnictwa,
telekomunikacji czy robotyki realizowane są w oparciu o specjalne
systemy operacyjne lub biblioteki, które zawierają mechanizmy i
funkcje ułatwiające tworzenie aplikacji i testowanie systemu. Mimo
to projektant musi rozszerzyć warstwę systemową o sterowniki
dedykowanych

urządzeń,

wykonać

odpowiednie

testy

i

przygotować oprogramowanie aplikacyjne.

18.3. Projektowanie systemów

wbudowanych

Tworzenie systemu wbudowanego wymaga przeanalizowania
wymagań, opracowania odpowiedniej architektury. Każdy błąd we
wstępnych fazach projektu może prowadzić do niepowodzenia
całego przedsięwzięcia. Złe decyzje projektowe pociągają za sobą
często konieczność modyfikacji nie tylko oprogramowania, lecz
także sprzętu.

W przypadku systemów do zastosowań krytycznych pojawia się też
problem bezpieczeństwa, czyli głównie odporności systemu na
awarie sprzętu, zaburzenia elektromagnetyczne oraz błędy
implementacyjne.

W przypadku, gdy projektowany system jest skomplikowany, na
przykład system sterujący robotem w zakładzie produkcyjnym,
projekt przeobraża się w skomplikowane przedsięwzięcie
logistyczne, wymagające koordynacji prac kilku różnych zespołów
inżynierów.

18.4. Projektowanie systemów

wbudowanych

18.5. Oprogramowanie systemu

wbudowanego

System wbudowany może zawierać oprogramowanie:

- dedykowane wyłącznie temu urządzeniu (firmware)

lub
- może to być system operacyjny wraz ze
specjalizowanym oprogramowaniem.

Może o tym decydować też stopień niezawodności jakie

ma oferować dany system wbudowany. Ogólną zasadą

jest, że im mniej złożone i specjalizowane jest

oprogramowanie, tym bardziej system jest niezawodny

oraz może szybciej reagować na zdarzenia krytyczne.

18.6. Niezawodność systemu

wbudowanego

• Niezawodność systemu może być zwiększona, przez

rozdzielenie zadań na mniejsze podsystemy, a także

przez redundancję. Polegać to może np. na

zastosowaniu do jednego zadania dwóch

identycznych urządzeń, które mogą przejąć zadania

drugiego, w przypadku awarii jednego z nich.

• Za pierwszy komputer wbudowany uznaje się ten,

który sterował amerykańskim statkiem kosmicznym

Apollo. Pierwszy komputer wbudowany produkowany

masowo sterował rakietą LGM-30 Minuteman.

• Systemy wbudowane znajdują zastosowanie we

wszystkich dziedzinach, gdyż w obecnych czasach

dąży się aby wszystkie urządzenia były inteligentne i

zdolne do pracy autonomicznej oraz wykonywały

coraz bardziej złożone zadania.

18.7. Zastosowania

Przykłady, w których stosuje się systemy wbudowane:

• układy sterujące pracą silnika samochodowego;

• sprzęt sterujący samolotami, rakietami, pociskami rakietowymi;

• sprzęt medyczny;

• sprzęt pomiarowy: oscyloskopy, analizatory;

• bankomaty i podobne urządzenia ATM;

• termostaty, klimatyzatory; kuchenki mikrofalowe, zmywarki;

• sterowniki stosowane w przemyśle do sterowania i kontroli

procesów i maszyn produkcyjnych;

• sterowniki do wszelkiego rodzaju robotów mechanicznych,

• systemy alarmowe służące do ochrony osób i mienia np.

antywłamaniowe, przeciwpożarowe i inne;

• telefony komórkowe i centrale telefoniczne;

• drukarki, kserokopiarki; kalkulatory;

• sprzęt komputerowy: dyski twarde, napędy optyczne, routery;

• systemy rozrywki multimedialnej i interaktywnej: konsole do

gier: stacjonarne i mobilne automaty np. do gier oraz inne;

• telewizory, odtwarzacze DVD, kamery cyfrowe.

Diagnostyka

medyczna

Nawigacja

satelitarna,

lotnictwo

Telekomunikacja

18.9. SoC (System-on-a-chip)

• SoC- mianem tym określa się układ scalony zawierający

kompletny system elektroniczny, w tym układy cyfrowe,

analogowe (także radiowe) oraz cyfrowo-analogowe.

Poszczególne moduły tego systemu, pochodzą zwykle od

różnych dostawców. Przykładowo jednostka centralna

pochodzi od jednego dostawcy, a porty komunikacji

szeregowej od innego.

• Typowym obszarem zastosowań SoC są

systemy wbudowane

.

• W przypadku, gdy niemożliwe jest zintegrowanie wszystkich

obwodów na jednym podłożu półprzewodnikowym,

poszczególne moduły wykonuje się na oddzielnych

kryształach, a całość zamyka się w jednej obudowie.

Rozwiązanie takie określane jest mianem

SiP (System-in-a-

package)

.

• W odróżnieniu od mikrokontrolerów SoC są wyposażone w

CPU o stosunkowo dużej mocy obliczeniowej (pozwalającej

uruchamiać systemy operacyjne takie jak Linux i Windows

CE) oraz bardziej specjalizowane peryferia.

18.10. Mikroprocesor AMD Geode LX

800 przeznaczony dla systemów

wbudowanych

18.11. Zdjęcie wnętrza Modemu/Routera Netgear

ADSL.

mikroprocesor (4), RAM (6), FLASH (7).

Sld 18.12. Literatura

1.

Wikipedia.

2.

J. Biernat. Architektura komputerów. Wy-
wo. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław,
2005.

4. A. Skorupski. Podstawy budowy i

działania komputerów. W - wo
komunikacji i łączności. Warszawa. 2004.

5.

B.S.Chalk. Organizacja i architektura
komputerów. WNT. Warszawa, 1996.

6.

http://automatykab2b.pl/tematmiesiaca/2
168-systemy-wbudowane.