Sistemi integrati - Panoramica

Sistema

Un sistema è una disposizione in cui tutte le sue unità assemblano lavorano insieme secondo una serie di regole. Può anche essere definito come un modo di lavorare, organizzare o svolgere uno o più compiti secondo un piano fisso. Ad esempio, un orologio è un sistema di visualizzazione dell'ora. I suoi componenti seguono una serie di regole per mostrare l'ora. Se una delle sue parti si guasta, l'orologio smetterà di funzionare. Quindi possiamo dire che, in un sistema, tutti i suoi sottocomponenti dipendono l'uno dall'altro.

Sistema incorporato

Come suggerisce il nome, Embedded significa qualcosa che è collegato a un'altra cosa. Un sistema integrato può essere pensato come un sistema hardware di computer in cui è incorporato un software. Un sistema integrato può essere un sistema indipendente o può far parte di un sistema di grandi dimensioni. Un sistema integrato è un microcontrollore o un sistema basato su microprocessore progettato per eseguire un'attività specifica. Ad esempio, un allarme antincendio è un sistema integrato; percepirà solo fumo.

Un sistema integrato ha tre componenti:

  • Ha hardware.

  • Ha un software applicativo.

  • Ha un sistema operativo in tempo reale (RTOS) che supervisiona il software applicativo e fornisce un meccanismo per consentire al processore di eseguire un processo secondo la pianificazione seguendo un piano per controllare le latenze. RTOS definisce il modo in cui funziona il sistema. Imposta le regole durante l'esecuzione del programma applicativo. Un sistema embedded su piccola scala potrebbe non avere RTOS.

Quindi possiamo definire un sistema embedded come un sistema di controllo in tempo reale basato su microcontrollore, basato su software, affidabile.

Caratteristiche di un sistema integrato

  • Single-functioned- Un sistema integrato di solito esegue un'operazione specializzata e fa lo stesso ripetutamente. Ad esempio: un cercapersone funziona sempre come un cercapersone.

  • Tightly constrained- Tutti i sistemi informatici hanno vincoli sulle metriche di progettazione, ma quelli su un sistema embedded possono essere particolarmente rigidi. Le metriche di progettazione sono una misura delle caratteristiche di un'implementazione come il costo, le dimensioni, la potenza e le prestazioni. Deve avere le dimensioni adatte a un singolo chip, deve funzionare abbastanza velocemente da elaborare i dati in tempo reale e consumare una potenza minima per prolungare la durata della batteria.

  • Reactive and Real time- Molti sistemi integrati devono reagire continuamente ai cambiamenti nell'ambiente del sistema e devono calcolare determinati risultati in tempo reale senza alcun ritardo. Considera un esempio di un controllore di crociera per auto; monitora continuamente e reagisce ai sensori di velocità e freno. Deve calcolare l'accelerazione o la de-accelerazione ripetutamente entro un tempo limitato; un calcolo ritardato può causare il mancato controllo dell'auto.

  • Microprocessors based - Deve essere basato su microprocessore o microcontrollore.

  • Memory- Deve avere una memoria, poiché il suo software di solito è incorporato nella ROM. Non necessita di memorie secondarie nel computer.

  • Connected - Deve avere periferiche collegate per collegare dispositivi di input e output.

  • HW-SW systems- Il software viene utilizzato per maggiori funzionalità e flessibilità. L'hardware viene utilizzato per le prestazioni e la sicurezza.

Vantaggi

  • Facilmente personalizzabile
  • Basso consumo energetico
  • A basso costo
  • Prestazioni migliorate

Svantaggi

  • Elevato sforzo di sviluppo
  • Time to market più lungo

Struttura di base di un sistema integrato

La seguente illustrazione mostra la struttura di base di un sistema integrato:

  • Sensor- Misura la grandezza fisica e la converte in un segnale elettrico che può essere letto da un osservatore o da qualsiasi strumento elettronico come un convertitore A2D. Un sensore memorizza la quantità misurata.

  • A-D Converter - Un convertitore analogico-digitale converte il segnale analogico inviato dal sensore in un segnale digitale.

  • Processor & ASICs - I processori elaborano i dati per misurare l'output e archiviarlo nella memoria.

  • D-A Converter - Un convertitore da digitale ad analogico converte i dati digitali forniti dal processore in dati analogici

  • Actuator - Un attuatore confronta l'uscita fornita dal convertitore DA con l'uscita effettiva (prevista) in esso memorizzata e memorizza l'uscita approvata.