23. 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.