2. ПРОЕКТУВАННЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ

Сайт:	Навчально-інформаційний портал НУБіП України
Курс:	Програмне забезпечення вбудованих систем (ІПЗ)
Книга:	2. ПРОЕКТУВАННЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ

Надруковано:	Гість-користувач
Дата:	неділя, 16 листопада 2025, 08:53

Опис

ПРОЕКТУВАННЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ

Зміст

1. Еволюція проектування
2. Особливості проектування вбудованих систем
3. ОСНОВИ ПОБУДОВИ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
4. Основні етапи розробки вбудованої системи

1. Еволюція проектування

🠶Інформаційно-керуючі системи, керуючі обчислювальні комплекси (НВК), переважно централізовані системи віддалені від об'єкта управління, 60-і роки.

🠶Вбудовані обчислювальні системи (embedded systems), компактні обчислювальні системи вбудовані в об'єкт управління, кінець 70-х років.

🠶Розподілені вбудовані системи управління, контролерні мережі (networked embedded control systems) NECS / РІУС, кінець 90-х років.

🠶Кібер-фізичні системи (Cyber Physical Systems), 2000-і роки

2. Особливості проектування вбудованих систем

🠶Високопродуктивні мікроконтролери використовуються як поодинці, так і пов'язані в мережу в найрізноманітніших додатках (приклади реалізації вироблених вбудованих систем показано на рис.)

🠶Основою побудови простих вбудованих систем часто служать одноплатні (однокристальні) ЕОМ або мікроконтроллери, спеціалізовані або універсальні мікропроцесори, ПЛІС

🠶Світова промисловість випускає величезну номенклатуру мікроконтроллерів. За областю застосування їх можна поділити на два класи: спеціалізовані, призначені для застосування в якій небудь одній конкретній області (контролер для телевізора, контролер для модему, контролер для комп'ютерної мишки) і універсальні, які не мають конкретної спеціалізації і можуть застосовуватися в різних областях мікроелектроніки, за допомогою яких можна створити як будьякий з названих вище пристроїв, так і принципово нові пристрої.

У зв'язку з тим, що система управління може розміщуватися всередині більш складного пристрою, при її розробці ключову роль відіграють такі чинники:

🠶мінімальне власне енергоспоживання (можливо автономне живлення);

🠶мінімальні власні габарити і вага;

🠶власний захист (корпус) мінімальний і забезпечується міцністю і жорсткістю конструкції і застосованими елементами;

🠶функції відводу тепла (охолодження) забезпечують мінімум вимог теплових режимів. Якщо щільність теплового потоку (тепловий потік, що проходить через одиницю поверхні) не перевищує 0,5 мВт/см², перегрів поверхні пристрою щодо навколишнього середовища не перевищить 0,5 °C, така апаратура вважається нетеплонавантаженою і не вимагає спеціальних схем охолодження

🠶мікропроцесор і системна логіка, а також ключові мікросхеми по можливості поєднані на одному кристалі.

🠶спеціальні військово-космічні вимоги з радіаційної та електромагнітної стійкості, працездатність у вакуумі, гарантований час напрацювання, термін доступності рішення на ринку і т. д.

3. ОСНОВИ ПОБУДОВИ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

Спеціалізовані комп’ютерні системи (СКС) належать до класу проблемно-орієнтованих комп’ютерних систем, вбудованих та розподілених комп’ютерних систем (РКС) реального часу, а також суперфункціональних комп’ютерних систем (КС) спеціального призначення та відповідного програмно-апаратного виконання.

Проектні та експлуатаційні характеристики СКС визначаються не умовами універсальності та масового тиражування, а найчастіше особливими властивостями та характеристиками об’єктів управління, які вони обслуговують. СКС повинні володіти відповідними унікальними характеристиками алгоритмічної, структурної, ємнісної, апаратної складності, надійності та живучості в особливих умовах, часто, критичних чи жорстких обмеженнях на системні параметри часу, швидкодії, об’єму пам’яті та операційного інтелекту.

На сьогодні в теорії СКС сформувалися два основні підходи до

організації їх структур.

🠶Перший грунтується на використанні стандартних універсальних процесорів, а врахування особливостей виконуваних задач реалізується, по суті, шляхом спеціалізації системного програмного забезпечення.

🠶Другий підхід базується на використанні процесорів,орієнтованих на виконувані алгоритми (функції) апаратним способом. Такі процесори називають функціонально – або апаратно-орієнтованими (в англомовній літературі – ASIC, ASIP).

4. Основні етапи розробки вбудованої системи

Основні етапи розробки вбудованої системи

Вбудована комп'ютерна система та її основні елементи

Кіберфізична система та її основні елементи

Мікроконтролер та ПЛІС на друкованій платі

Програмована логічна інтегральна схема (ПЛІС, англ. programmable logic device , PLD) - електронний компонент, використовуваний для створення цифрових інтегральних схем. На відміну від звичайних цифрових мікросхем, логіка роботи ПЛІС не визначається при виготовленні, а задається за допомогою програмування ( проектування). Для програмування використовуються програматори і налагоджувальні середовища, дозволяють задати бажану структуру цифрового пристрою у вигляді принципової електричної схеми або програми на спеціальних мовах опису апаратури