Gömülü Sistemler Eğitimi: Nedir, Tarihçesi ve Özellikleri

Gömülü Sistemi öğrenmeden önce öğrenelim:

Sistem Nedir?

Sistem, tüm bileşenlerinin belirli tanımlanmış kurallara göre çalıştığı bir düzenlemedir. Sabit bir plana göre bir veya daha fazla görevi organize etme, çalışma veya gerçekleştirme yöntemidir.

Gömülü Sistem Örneği

Lazer yazıcı

Lazer Yazıcılar, yazdırmanın çeşitli yönlerini yönetmek için gömülü sistemleri kullanan Gömülü Sistem örneklerinden biridir. Yazdırmanın ana görevini yerine getirmenin yanı sıra, kullanıcı girdilerini almak, bilgisayar sistemiyle iletişimi yönetmek, arızaları gidermek ve tepside kalan kağıtları algılamak vb. gerekir.

Burada mikroişlemcinin asıl görevi metni anlamak ve baskı kafasını mürekkebi ihtiyaç duyulan yere boşaltacak şekilde kontrol etmektir.

Bunu gerçekleştirmek için kendisine verilen farklı dosyaların kodunu çözmesi ve yazı tipini ve grafikleri anlaması gerekir. Kullanıcı girişlerini, motorları kontrol etmeyi vb. gerektirmesinin yanı sıra, verileri işlemek için önemli miktarda CPU zamanı harcayacaktır.

Gömülü sistemin tarihçesi

Gömülü sistem tarihindeki önemli kilometre taşları şunlardır:

• Gömülü sistem ilk kez 1960 yılında MIT'den Charles Stark Draper tarafından Apollo Rehberlik Sistemi'nin geliştirilmesinde kullanıldı.
• 1965 yılında Autonetics, Minuteman füze yönlendirme sisteminde kullanılan bilgisayar olan D-17B'yi geliştirdi.
• 1968 yılında bir araca yönelik ilk gömülü sistem piyasaya sürüldü.
• Texas Instruments, 1971 yılında ilk mikro denetleyiciyi geliştirdi.
• 1987'de ilk yerleşik işletim sistemi VxWorks, Wind River tarafından piyasaya sürüldü.
• Microsoft'S Windows 1996 yılında CE'yi yerleştirdi.
• 1990'ların sonunda ilk gömülü Linux sistemi ortaya çıktı.
• Gömülü pazar 140 yılında 2013 milyar dolara ulaştı.
• Analistler, 40 yılına kadar 2030 milyar doların üzerinde bir Gömülü pazar öngörüyorlar.

Gömülü Sistemin Özellikleri

Gömülü bir sistemin önemli özellikleri şunlardır:

• Gerçek zamanlı performans gerektirir
• Yüksek kullanılabilirliğe ve güvenilirliğe sahip olmalıdır.
• Gerçek zamanlı bir işletim sistemi etrafında geliştirildi
• Genellikle kolay ve disksiz bir çalışma, ROM önyüklemesi
• Belirli bir görev için tasarlandı
• Giriş ve çıkış cihazlarını bağlamak için çevre birimlerine bağlı olması gerekir.
• Yüksek güvenilirlik ve kararlılık sunar
• Minimum kullanıcı arayüzüne ihtiyaç duyuldu
• Sınırlı bellek, düşük maliyet, daha az güç tüketimi
• Hiçbir şeye ihtiyacı yok Ikincil bellek bilgisayarda.

Gömülü sistemde kullanılan önemli terminolojiler

Şimdi bu Gömülü Sistemler eğitiminde gömülü sistemde kullanılan bazı önemli terimleri ele alacağız.

Güvenilirlik

İşlev çalışma süresi boyunca kritik olduğunda sistemin hayatta kalma olasılığının bu ölçüsüdür.

Hata Toleransı

Hata Toleransı, bir bilgisayar sisteminin hatalara karşı hayatta kalma yeteneğidir.

Canlı Teknik Destek

Gömülü sistem çeşitli zamanlama ve diğer kısıtlamaları karşılamalıdır. Dış dünyanın gerçek zamanlı doğal davranışı tarafından ona empoze edilirler.

Örneğin, gelen füze saldırılarını takip eden bir hava kuvvetleri departmanı, gerçek zamanlı son teslim tarihinin zor olması nedeniyle karşı saldırılarını hassas bir şekilde hesaplamalı ve planlamalıdır. Aksi taktirde yıkılacaktır.

Esneklik

Uzaktan bakıma olanak tanıyan yerleşik hata ayıklama olanaklarına sahip sistemler oluşturuyor.

Örneğin, çeşitli veri türlerini toplamak ve toplanan ayrıntıları bize geri göndermek için başka bir ekim makinesine inecek bir uzay aracı inşa ediyorsunuz. Eğer bu uzay aracı çıldırdıysa ve kontrolü kaybettiyse, bazı önemli teşhisler yapabilmemiz gerekir. Bu nedenle gömülü bir sistem tasarlarken esneklik hayati önem taşır.

Taşınabilirlik

Taşınabilirlik, aynı gömülü yazılımın çeşitli ortamlarda kullanılma kolaylığının bir ölçüsüdür. Uygulama programı mantığının kendisi ile alt düzey sistem arayüzleri arasında genelleştirilmiş soyutlamalar gerektirir.

Mikrodenetleyici Nedir?

Mikrodenetleyici, mikrobilgisayar olarak da adlandırılan tek çipli bir VLSI birimidir. İhtiyaç duyulan tüm bellek ve G/Ç arayüzlerini içerirken, genel amaçlı bir mikroişlemcinin bu gerekli işlevler tarafından sunulan ek çiplere ihtiyacı vardır. Mikrodenetleyiciler, gerçek zamanlı kontrol uygulamaları için gömülü sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mikroişlemci Nedir?

Mikroişlemci tek çipli yarı iletken bir cihazdır. CPU'su bir program sayacı, bir ALU, bir yığın işaretçisi, çalışma kaydı ve bir saat zamanlama devresi içerir. Ayrıca şunları içerir: ROM ve RAM, bellek kod çözücü ve birçok seri ve paralel bağlantı noktası.

ArchiGömülü Sistemin yapısı

Gömülü Sistemin temel mimarisi aşağıdadır:

1) Sensör

Sensör, fiziksel miktarı ölçmenize ve bunu elektrik sinyaline dönüştürmenize yardımcı olur. Ayrıca ölçülen miktarı hafızaya kaydeder. Bu sinyal bir gözlemci tarafından veya A2D dönüştürücü gibi herhangi bir elektronik alet tarafından hazırlanabilir.

2) AD Dönüştürücü

AD dönüştürücü (analogdan dijitale dönüştürücü), sensör tarafından gönderilen analog sinyali dijital sinyale dönüştürmenize olanak tanır.

3) Hafıza

Bellek bilgiyi depolamak için kullanılır. Gömülü Sistem temel olarak iki bellek hücresi içerir 1) Geçici 2) Geçici olmayan bellek.

4) İşlemci ve ASIC'ler

Bu bileşen, çıktıyı ölçmek ve belleğe depolamak için verileri işler.

5) DA Dönüştürücü

DA dönüştürücü (Dijitalden analoğa dönüştürücü), işlemci tarafından beslenen dijital verileri analog verilere dönüştürmenize yardımcı olur.

6) Aktüatör

Bir aktüatör, DA dönüştürücünün verdiği çıkışı, içinde depolanan gerçek çıkışla karşılaştırmanıza olanak tanır ve onaylanan çıkışı hafızada saklar.

Gömülü Sistem Türleri

Üç tip Gömülü Sistem şunlardır:

• Küçük Ölçek
• Orta Ölçekli
• Sofistike

Küçük Ölçekli Gömülü Sistemler

Bu gömülü sistem tek bir 8 veya 16 bitlik mikrodenetleyici ile tasarlanabilmektedir. Pil yardımı ile çalıştırılabilmektedir. Küçük ölçekli gömülü sistem geliştirmek için bir editör, birleştirici (IDE) ve çapraz birleştirici en hayati unsurlardır. programlama araçları.

Orta Ölçekli Gömülü Sistemler

Bu tür gömülü sistemler 16 veya 32 bit mikrodenetleyiciler kullanılarak tasarlanır. Bu sistemler hem donanım hem de yazılım karmaşıklıkları sunar. C, C++, Javave kaynak kodu mühendislik aracı vb. bu tür gömülü sistemi geliştirmek için kullanılır.

Gelişmiş Gömülü Sistemler

Bu tür gömülü sistemler birçok donanım ve yazılım karmaşıklığına sahiptir. IPS, ASIPS, PLA'lar, yapılandırma işlemcisi veya ölçeklenebilir işlemcilere ihtiyacınız olabilir. Bu sistemin geliştirilmesi için donanım ve yazılım ortak tasarımına ve nihai sistemde birleştirilmesi gereken bileşenlere ihtiyacınız vardır.

Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Fark

Arasındaki farkı öğrenin Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici

Mikroişlemci	Mikrodenetleyici
Kayıt, ALU, zamanlama ve kontrol birimleri gibi fonksiyonel blokları kullanır.	RAM, zamanlayıcı, paralel G/Ç, ADC ve DAC gibi mikroişlemcilerin işlevsel bloklarını kullanır.
Mikroişlemcide bit işleme talimatı daha azdır, Yalnızca bir veya iki tür.	Mikrodenetleyici birçok çeşit bit işleme talimatı sunar.
Harici bellek ile mikroişlemci arasında hızlı kod ve veri hareketleri sunar.	Mikrodenetleyicide hızlı kod ve veri hareketleri sunar.
Genel amaçlı dijital bilgisayar sistemi tasarlamanıza yardımcı olur.	Uygulamaya özel özel sistemler tasarlamanıza yardımcı olur.
Aynı anda çoklu görev yapmanızı sağlar.	Tek göreve yönelik bir sistemdir.
Mikroişlemcili sistemde ihtiyaç duyulan bellek veya G/Ç bağlantı noktası sayısına karar verebilirsiniz.	Mikrodenetleyici sisteminde, bellek veya G/Ç için sabit sayı, mikro denetleyiciyi belirli bir görevi tamamlamak için ideal kılar.
Harici bellek ve G/Ç bağlantı noktaları için destek sunarak sistemi daha ağır ve maliyetli hale getirir.	Bu tür sistemler mikroişlemcilere göre daha hafif ve daha ucuzdur.
Harici cihazlar daha fazla alana ihtiyaç duyar ve güç tüketimleri oldukça yüksektir.	Bu tür sistemler daha az yer kaplar ve güç tüketimi de çok düşüktür.

Gömülü Sistem Uygulamaları

Gömülü sistemin önemli uygulamaları şunlardır:

Robot bilimi

• Kara Araçları
• Drones
• Sualtı Araçları
• Endüstriyel Robotlar

Tıbbi

• Diyaliz makinesi
• İnfüzyon Pompaları
• Kardiyak Monitör
• Protez Cihaz

Otomotiv

• Motor kontrolü
• Ateşleme sistemi
• Fren sistemi

Ağ

• yönlendirici
• Hub
• Ağ geçitleri
• Elektronik Aletler

Ev Cihazları

• TV'ler
• Digitoplam Alarm
• Klima
• DVD Video Oynatıcı
• Kameralar

Otomobiller

• Yakıt enjeksiyonu
• Aydınlatma Sistemi
• Kapı Kilitleri
• Hava Yastıkları
• Windows
• Park Asistanı Sistemi
• Hırsızlığa Karşı Alarmlar Kırbaç Hareketi

Endüstriyel Kontrol

• Robotik
• Kontrol Sistemi
• Füzeler
• Nükleer reaktörler
• Uzay istasyonu
• Mekikler

Gömülü Sistemin Avantajları

Gömülü Sistem kullanmanın artıları/yararları şunlardır:

• Çok çeşitli ortamları kapsayabilir
• Less hataları tekrarlaması muhtemeldir
• Gömülü Sistem, genel maliyetleri azaltan basitleştirilmiş donanım.
• Gelişmiş bir performans sunar
• Gömülü sistem seri üretim için kullanışlıdır.
• Gömülü sistem son derece güvenilirdir.
• Çok az ara bağlantısı var.
• Gömülü sistemin boyutu küçüktür.
• Hızlı bir işleyişi vardır.
• Geliştirilmiş ürün kalitesi sunar.
• Sistem kaynaklarının kullanımını optimize eder.
• Düşük güçte çalışma özelliğine sahiptir.

Gömülü Sistemin Dezavantajları

Burada Gömülü sistem kullanmanın önemli eksileri/dezavantajları verilmiştir.

• Gömülü bir sistem geliştirmek yüksek geliştirme çabası gerektirir.
• Piyasaya sürülmesi uzun zaman alıyor.
• Gömülü sistemler çok özel bir görevi yerine getirir, dolayısıyla farklı şeyler yapacak şekilde programlanamaz.
• Gömülü sistemler bellek için çok sınırlı kaynaklar sunar.
• Herhangi bir teknolojik gelişme sunmamaktadır.
• Gömülü dosyaların yedeklenmesi zordur.

ÖZET

• Sistem, tüm bileşenlerinin bir araya gelerek belirli tanımlanmış kurallara göre çalıştığı bir düzenlemedir.
• Gömülü Sistem tanımı : Gömülü sistemler, yeteneği sabit veya programlanabilir bilgisayar yazılımı ve donanımının birleşimi anlamına gelir.
• Gömülü sistemlere örnek olarak, yazdırmanın çeşitli yönlerini yöneten lazer yazıcı verilebilir.
• Gömülü sistem ilk kez 1960 yılında MIT'den Charles Stark Draper tarafından Apollo Rehberlik Sistemi'nin geliştirilmesinde kullanıldı.
• Gömülü sistem gerçek zamanlı performans gerektirir
• Çalışma süresi boyunca fonksiyon kritik olduğunda sistemin hayatta kalma olasılığının güvenilirlik ölçüsü.
• Hata Toleransı, bir bilgisayar sisteminin hatalara karşı hayatta kalma yeteneğidir.
• Gömülü sistem çeşitli zamanlama ve diğer kısıtlamaları karşılamalıdır.
• Esneklik, uzaktan bakıma olanak tanıyan yerleşik hata ayıklama fırsatlarına sahip sistemler oluşturmaktır.
• Taşınabilirlik, aynı gömülü yazılımın çeşitli ortamlarda kullanılma kolaylığının bir ölçüsüdür.
• Mikrodenetleyici, mikrobilgisayar olarak da adlandırılan tek çipli bir VLSI birimidir.
• Mikroişlemci tek çipli yarı iletken bir cihazdır. CPU'su bir program sayacı, bir ALU, bir yığın işaretçisi, çalışma kaydı ve bir saat zamanlama devresi içerir.
• ArchiGömülü Sistemin yapısı şunları içerir: Sensör, AD Dönüştürücü, Bellek, İşlemci ve ASIC'ler, DA Dönüştürücü ve Aktüatör.
• Üç tip Gömülü Sistem şunlardır: 1) Küçük Ölçekli, 2) Orta Ölçekli ve 3) Gelişmiş.
• Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici arasındaki en büyük fark, Mikroişlemcide bit işleme talimatının daha az olması, Mikroişlemcinin ise birçok çeşit bit işleme talimatı sunmasıdır.
• Gömülü Sistemin uygulanması şunları içerir: 1) Robot bilimi, 2) Tıp, 3) Otomotiv, 3) Ağ İletişimi, 4) Ev Cihazları, 5) Otomobiller ve 6) Endüstriyel Kontrol.
• Gömülü Sistemin en büyük avantajı, çok çeşitli ortamları kapsayabilmesidir.
• Gömülü Sistemin en büyük dezavantajı pazarlanmasının uzun zaman almasıdır.