Эволюциия встраиваемых систем

1-ый этап. На первом этапе ВС представляла собой набор программируемых цифровых микросхем, устанавливаемых на одной печатной плате и имеющих раз и навсегда жестко заданный алгоритм своего функционирования.

В дальнейшем эта плата устанавливалась, например, в станок с ЧПУ, к плате м.б. подключены датчики выходных сигналов, внешние исполнительные устройства и т.д.

Основным недостатком в таком подходе к построению ВС являлся большой размер и сложность перепрограммирования, т.е. изменение функциональности (например, для увеличения числа входных/выходных портов). А в ряде случаев и невозможность такого программирования без физического изменения аппаратных ресурсов.

2-ой этап. Началом этого этапа явились успехи миниатюризации в электронике, которые позволили интегрировать вычислительное ядро с периферийными микросхемами в виде одной микросхемы - однокристального микроконтроллера.

При этом автоматически устранялся недостаток, указанный выше, т.к. расширение функциональности уже было заложено в структуру чипа в виде программно подключаемых модулей.

3-ий этап. Расширение функциональности – расширение сетевых функций, добавление интерфейсов связи с ПК, увеличение числа портов ввода-вывода и т.д. Все это привело к созданию промышленных контроллеров, на которых уже четко разделялись функции вычислительного ядра и интерфейсов ввода-вывода.

Все это размещалось, как правило, в герметической коробке с прорезями для подключения проводов и имело связь с ПК.

4-ый этап. Основанием для дальнейшего развития ВС явился главный недостаток контроллеров предыдущих этапов – необходимость их низкоуровневого программирования на ассемблере того микропроцессора, который был установлен производителем контроллера

Выходом в данной ситуации явилось использование микропроцессоров фирмы Intel семейства х86, работающих под управлением MS-DOS, зашитой в микросхеме BIOS.

Такие контроллеры стали называться PC-совместимыми и в настоящее время являются вершиной развития ВС.

Характеристики встраиваемых систем. Технические требования

Особую нишу на рынке встраиваемых систем занимают BC для жёстких ус­ловий эксплуатации, под которыми обычно понимают «индустриальный» диапазон температур (-40…+85°С) и сильные механические воздействия (удары и вибрации до нескольких g).

1. Минимизация стоимости электронных компонентов вс.

Многие из встраиваемых систем изготавливаются миллионными тиражами, поэтому для них особенно актуальна задача минимизации стоимости электронных компонентов, входящих в систему. Это достигается использованием специальных микропроцессоров, отличающихся упрощенной архитектурой, малой производительностью и стоимостью по сравнению с процессорами общего назначения, такими как Intel, Pentium.

2. Размер. Размер играет важную роль практически во всех случаях, но критичен в основном для мобильных применений, особенно в авионике. Оп­ределяется форм-фактором и коли­чеством плат расширения.

3. Потребление минимума энергии. Энергопотребление тесно связано с допустимым верхним пределом диа­пазона рабочих температур. Для жёстких условий эксплуатации важ­ным фактором является возмож­ность автоматического понижения тактовой частоты процессора при возникновении опасности перегре­ва.

4. Повышенная устойчивость к воздействиям внешней среды. Устойчивость к механическим воздей­ствиям – важнейшее требование при эксплуатации изделия в промышлен­ности и на транспорте. Преимущест­во по этой позиции получают систе­мы, имеющие максимальное количе­ство компонентов, напаянных на плату, и минимальное количество со­единительных разъёмов, чувстви­тельных к ударам или вибрации.

Энергозависимая память вместо жесткого диска. Да­же при наличии небольших вибраций желательно применять только твердотельную память (флэш-память) вместо стан­дартных механических жёстких дис­ков.

С вибрациями и ударами борются, применяя прочные корпуса, закрепляя платы расширения дополнительными амортизирующими скобами и размещая дисковые накопители на специальной виброударостойкой подвеске.

5. Модульность и исключительные возможности расширения.

ВС снабжается многочисленными расширениями – для получения и обработки сигналов от различных датчиков, сигнальных процессоров и управления множеством исполнительных устройств;

Привычной глазу «материнской» платы здесь, как правило, нет. Процессорная плата наравне с периферийными вставляется в пассивную объединительную кроссплату с большим числом слотов расширения. Такая модульная конструкция облегчает техническое обслуживание и позволяет быстро заменять модули в случае их выхода из строя.