Основы проектирования кибер- физических систем
Лекция 2
Низкий уровень разработки
Аппаратная часть
Микроконтроллеры
Микроконтроллер (МК, MCU) – это встраиваемая вычислительная система, которая включает в себя центральный процессор управления, комбинированную память и набор периферийных устройств
Основные особенности микроконтроллеров
●Малые и сверхмалые размеры
●Возможность работы в режимах близких к реальному времени
●Гибкость – работа напрямую с железом или через ОСРВ
●Богатые возможности для работы с внешними устройствам
●Низкая цена (при больших объемах производства, до ~2р. за шт.)
●Сверхнизкое энергопотребление
●Возможность объединение в сеть
●Невысокая производительность
●Большое разнообразие брендов, моделей и архитектур (зоопарк)
●Сложность программирование (как правило)
●Не всегда есть хорошая документация
Периферийные устройства МК
●универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;
●различные интерфейсы ввода-вывода, такие, как UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet;
●аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
●компараторы;
●широтно-импульсные модуляторы (ШИМ-контроллер);
●таймеры;
●контроллеры бесколлекторных двигателей, в том числе шаговых;
●контроллеры дисплеев и клавиатур;
●радиочастотные приемники и передатчики;
●массивы встроенной флеш-памяти;
●встроенные тактовый генератор и сторожевой таймер;
Основные представители и семейства
●MCS 51 (Intel)
●ESP8266 и ESP32 (Espressif)
●MSP430 (TI)
●ARM (ARM Limited)
○ST Microelectronics STM32 ARM-based MCUs
○ARM Cortex, ARM7 и ARM9-based MCUs
○Texas Instruments Stellaris MCUs
○NXP ARM-based LPC MCUs
○Analog Devices ARM7-based MCUs
○Cirrus Logic ARM7-based MCUs
○Freescale Semiconductor ARM9-based MCUs
○Silicon Labs EFM32 ARM-based MCUs
○Миландр
●AVR (Atmel)
○ATmega
○ATtiny
○XMega
●PIC (Microchip)
●STM8 (STMicroelectronics)
Arduino (и подобные системы разработки –
ESP32... ) |
Arduino IDE |
AVR, ARM, ESP8266, Intel x86 |
Программируемые логические
интегральная схемы
Логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программатор и IDE, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Основная разновидность – программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ, англ. field-programmable gate array, FPGA).
Достоинства: высокая производительность, более плотная компоновка
Недостатки: сложность программирования, высокая цена
Основные производители: Achronix, Actel, Altera, Atmel, Xilinx
Application-specific integrated circuit (ASIC)
Интегральная схема специального назначения – СБИС специализированная для решения конкретной задачи. В отличие от обычных интегральных схем для общего назначения, специализированные интегральные схемы применяются в конкретном устройстве и выполняют строго ограниченные функции, характерные только для данного устройства; вследствие этого выполнение функций происходит быстрее и, в конечном счёте, дешевле.
SHA256 – однонаправленная хеш-функция
