Systemy wbudowane - dr Paweł Pełczyński

Systemy wbudowane
Paweł Pełczyński
[email protected]
1
Program przedmiotu
Wprowadzenie – definicja, zastosowania,
projektowanie systemów wbudowanych
Mikrokontrolery AVR
Programowanie mikrokontrolerów
Środowisko uruchamiania aplikacji
Wybrane aplikacje prostych systemów
wbudowanych
2
Literatura
Jarosław Doliński, „Mikrokontrolery AVR
w praktyce", BTC, Warszawa 2003
Rafał Baranowski, „Mikrokontrolery AVR ATmega
w praktyce”, BTC, Warszawa 2005
Strona producenta mikrokontrolerów - firmy Atmel
Strona AVRfreaks (GCC, AVRStudio 4,
dokumentacja)
3
Definicja systemu
wbudowanego
Elektronik, 04.2003: „Systemy wbudowane”:
System wbudowany można zdefiniować jako
dedykowany system komputerowy, składający się
z odpowiednio dobranych komponentów
sprzętowych i programowych, zaprojektowany pod
kątem określonej aplikacji programowej. Aplikacja
odpowiada za realizację funkcji systemu
wbudowanego i wpływa na sposób jego
postrzegania przez użytkownika końcowego.
4
Obszary zastosowań
systemów wbudowanych
Automatyka przemysłowa, robotyka
Motoryzacja
Źródło: http://pl.wikipedia.org/
5
Obszary zastosowań
systemów wbudowanych
Diagnostyka medyczna
Nawigacja satelitarna, lotnictwo
Telekomunikacja
Źródło: http://pl.wikipedia.org/
6
Obszary zastosowań
systemów wbudowanych
Sprzęt elektroniczny powszechnego użytku
Sprzęt AGD
Wiele innych…
Źródło: http://pl.wikipedia.org/
7
Cechy charakterystyczne
systemów wbudowanych
Dopasowanie poziomu rozbudowania do pełnionej
funkcji
Duża odporność na awarie sprzętu i zakłócenia
Intensywnie przetestowane oprogramowanie
Stabilność działania aplikacji
8
Typowa struktura systemu
wbudowanego
Obwody
wejściowe
(rejestracja
sygnałów,
akwizycja
danych)
Jednostka
centralna
Obwody
wyjściowe
(algorytm
sterowania)
(sterowanie)
9
Obwody wejściowe
Wejścia cyfrowe, (czujniki, liczniki)
Wejścia analogowe (komparatory, przetworniki A/C)
Wejścia portów komunikacyjnych (UART, CAN)
10
Jednostka centralna
CPU
Nieulotna pamięć programu, FLASH
Pamięć danych typu RAM
Pamięć konfiguracji i parametrów EEPROM
Układy czasowo-licznikowe
Kontroler przerwań, kontroler DMA, interfejsy
komunikacyjne
Jednostka centralna jest często realizowana
w pojedynczym układzie scalonym, zwanym
mikrokontrolerem.
11
Obwody wyjściowe
Przetworniki C/A
Układy PWM
Cyfrowe wyjścia sterujące
Wyjścia portów komunikacyjnych
12
Projektowanie systemu
wbudowanego
Jest to projekt zarówno sprzętu
jak i oprogramowania.
Oprogramowanie dzieli się na warstwę systemową
i aplikacyjną
Stopień rozbudowania warstwy systemowej jest
bardzo różnorodny, od podstawowych funkcji I/O
po systemy operacyjne czasu rzeczywistego
13
Projektowanie systemu
wbudowanego
Konieczna jest dokładna analiza wymagań
stawianych systemowi wbudowanemu
Błędne decyzje projektowe mogą prowadzić
do konieczności przeprojektowania zarówno
oprogramowania jak i sprzętu
Konieczna jest analiza i ocena wiarygodności
oprogramowania
14
Platformy sprzętowe
Ze względu na bardzo różnorodne wymagania
i funkcje systemów wbudowanych nie jest możliwe
wybranie jednej, uniwersalnej platformy sprzętowej
dla wszystkich zastosowań.
15
Platformy sprzętowe
Na wybór architektury systemu wbudowanego
wpływa przede wszystkim poziom skomplikowania
funkcji systemu i obszar zastosowań
Istnieje obszar zastosowań o dużym poziomie
odpowiedzialności, np. kontrola lotów, gdzie
konieczne jest zastosowanie sprzętu niezawodnego
i odpornego na błędy
W zastosowaniach powszechnego użytku głównym
wyznacznikiem jest niska cena sprzętu
16
Platformy sprzętowe
W przypadku produkcji wielkoseryjnej uzasadnione
jest projektowanie dedykowanego sprzętu do
danego zastosowania, np. telefony komórkowe.
17
Platformy sprzętowe
W produkcji małoseryjnej powszechnie wykorzystuje
się:
- gotowe moduły mikrokontrolerów
- komputery przemysłowe
- sterowniki PLC
18
Powszechnie wykorzystywane
platformy sprzętowe
Compact PCI
Platforma komputera przemysłowego
oraz standard magistrali łączącej
jego moduły, wywodzący się z
powszechnie używanej w
komputerach klasy PC magistrali
PCI.
Złącza standardu Compact PCI
Źródło: http://pl.wikipedia.org/
19
Powszechnie wykorzystywane
platformy sprzętowe
PC/104
Standard komputerów
przemysłowych definiujący
wymiary modułów oraz rodzaj i
rozmieszczenie złączy. Standard
pozwala na budowę komputerów
modułowych przez łączenie
„plastrów”, zawierających różne
moduły funkcjonalne.
Budowa sterownika
W standardzie PC/104
Źródło: http://web.mit.edu
20
Powszechnie wykorzystywane
platformy sprzętowe
SOM
(ang: System on Module) – standard
komputerów modułowych o bardzo
małych wymiarach i zazwyczaj tylko
pasywnym chłodzeniu.
Źródło: http://www.advantech.gr/
21
Powszechnie wykorzystywane
platformy sprzętowe
Biscuit PC
Komputery jednopłytkowe o
małych rozmiarach, mogą
posiadać złącza np.. W
standardzie PC/104 w celu
rozbudowy.
Źródło: http://www.elmark.com.pl/
22