Енгізілген жүйелер - бұл нақты және сенімділікпен нақты тапсырмаларды орындауға арналған арнайы құрылғыларға салынған мамандандырылған есептеу қондырғылары.Функциялардың кең спектрін өңдей алатын жалпы мақсаттағы компьютерлерден айырмашылығы, енгізілген жүйелер бір немесе бірнеше тығыз байланысты операцияларды басқаруға бағытталған.Олардың өзегінде олар жад, енгізу / шығару интерфейстері және микробағдарлама ретінде белгілі негізгі компоненттермен қолдау көрсетілетін микроконтроллерден немесе микропроцессордан тұрады.Бұл жүйелер күнделікті тұрмыстық құрылғылардан бастап озық өндірістік және автомобиль жабдықтарына дейін сансыз қосымшаларда кездеседі.Олар сізге тыныш жұмыс істейді, сізге көрінбейтін, бірақ құрылғыларды тиімді, сенімді және энергияны үнемдеу үшін пайдалы.
Енгізілген жүйелер микробағдарламаларда бағдарламаланған тапсырмаларды бақылауға, бақылауға және байланысуға арналған.Бұл орнату оларға әртүрлі жұмыс жағдайларына жауап беруге және нақты қосымшалардың сұранысын қанағаттандыруға мүмкіндік береді.Автоматтандыру және интеллектуалды технологиямен басқарылатын дәуірде бұл бейімделу динамикалық болып табылады.Құрылғыларға біркелкі біріктіру арқылы енгізілген жүйелер жұмыс істеу және сіздің тәжірибеңізді жетілдіріп, оларды қазіргі заманғы өмірге қажетті етеді.
Енгізілген жүйелер хост құрылғыларына мықтап біріктірілген, онда олар нақты механикалық немесе электр тапсырмаларын дәлдікпен өңдейді.Бұл жүйелер негізгі компоненттерден тұрады: электрмен жабдықтау, орталық өңдеу бөлімі (CPU), жад және түрлі байланыс интерфейстері.Әрбір бөлік жүйенің тегіс және сенімді жұмысын қамтамасыз етуде ерекше рөл атқарады.
Жұмыс деректер сатып алудан басталады, олар сенсорлардан немесе тікелей пайдаланушының кірістерінен пайда болады.Датчиктер температура, қысым немесе қозғалыс сияқты қоршаған орта өзгерістерін немесе физикалық күйлерді анықтайды, ал пайдаланушы кірістері батырмаларды, сенсорлы экрандарды немесе басқа қолмен басқару элементтерін қамтуы мүмкін.Жиналған деректер өңдеу үшін CPU-ға жіберіледі, онда мамандандырылған бағдарламалық жасақтама алгоритмдері ақпаратты түсіндіреді және жүйенің келесі әрекеттерін анықтайды.Бұл әрекеттерге акуаторларға командалар жіберу, нәтижелерді реттеу немесе тапсырмаға байланысты ескертулер енгізу кіруі мүмкін.
Енгізілген жүйенің ортасында нақты уақыттағы операциялық жүйе (RTOS) жұмыс істейді.RTOS барлық тапсырмалар дәл және дұрыс ретпен орындалатынын қамтамасыз ететін аппараттық құрал, бағдарламалық жасақтама компоненттері мен бағдарламалық жасақтама арасындағы байланыс үйлестіреді.Мысалы, RTOS тапсырмаларын жоспарлайды, ресурстарды бөледі және тиімділігін арттыру және операциялар арасындағы қақтығыстардың алдын алу үшін үзілістерді басқарады.Бұл оркестрлеу бір уақытта бірнеше функцияларды орындауы керек жүйелерде байсалды, бұл бір уақытта немесе қатаң шектеулерде.
Мақсатты дизайн
Енгізілген жүйелер электронды құрылғылар мен машиналарда арнайы тапсырмаларды орындау үшін арнайы жасалған.Жалпы мақсаттағы жүйелерден айырмашылығы, олар белгілі бір функция үшін өнімділік пен ресурстарды пайдалануды оңтайландыруға арналған.Бұл мамандандыру оларға қабылдаушы құрылғының ерекше талаптарын қанағаттандыру кезінде тиімді жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Нақты уақыттағы жұмыс
Енгізілген жүйелердің анықтайтын ерекшеліктерінің бірі - олардың нақты уақытта жұмыс істеу қабілеті.Қолданбаларда басқару жүйелері, медициналық мақсаттағы бұйымдар немесе қауіпсіздік механизмдері сияқты, жүйе деректерді өңдеп, сыртқы кірістерге кешіктірмей жауап беруі керек.
Ресурстың тиімділігі және ықшам архитектура
Енгізілген жүйелер қатаң ресурстар аясында, соның ішінде қуатты, жад және энергияны қоса алғанда, қатаңдық шектеулер аясында жұмыс істеуге арналған.Тиімділікті арттыру үшін олар көбінесе негізгі функцияларды бір чипке немесе модульге біріктіретін сәулеттерді жиі пайдаланады.Бұл тәсіл күрделілікті азайтады және жүйені хост құрылғысына біріктіруді жеңілдетеді.
Энергия тиімділігі және энергияны басқару
Энергия тиімділігі - көптеген енгізілген жүйелер үшін, әсіресе токаратын құрылғыларға немесе қашықтағы датчиктерге сүйенетіндер үшін негізгі талап.Бұл жүйелер аз қуатты компоненттер мен тиімді алгоритмдер арқылы энергия тұтынуды азайтуға арналған.
Қателіктерге төзімділік және сенімділік
Миссия-критикалық ортада енгізілген жүйелер барлық жағдайларда сенімді болуы керек.Бұған қол жеткізу үшін олар көбінесе ақаулы толерантты дизайн, мысалы, аппараттық құрал, мысалы, аппараттық құрамдас бөліктер немесе қателерді анықтау және қалпына келтіру механизмдері кіреді.
Реттелімділігі және масштабталуы
Енгізілген жүйелер де жоғары бейімделеді.Оларды технологиялық жетістіктерге қол жеткізу үшін арнайы талаптарға сай немесе масштабтау үшін баптауға болады.Бұл икемділік олардың тез дамып келе жатқан салаларында өздерінің үздіксіз өзектілігін қамтамасыз етеді.
2-сурет. Автомобиль өнеркәсібі
Енгізілген жүйелер қазіргі заманғы көлік құралдарының негізі болып табылады, онда олар өнімділік, қауіпсіздік және тиімділікті қамтамасыз етуде динамикалық рөл атқарады.Бұл жүйелер қозғалтқыштың параметрлері Жанармай тұтынуды оңтайландыру, берік берілістерді өзгерту үшін автоматты түрде беруді басқару және бекітпелі тежеу (ABS) және электронды тұрақтылықты басқару сияқты кеңейтілген тежеу жүйелерін реттеңіз (ESC).Сондай-ақ, олар қауіпсіздік техникасы, жол жүру көмегі, жол жүру көмегі және соқтығысуды болдырмау және соқтығысуды болдырмау, соқтығысуды болдырмау және соқтығысуды болдырмау және жалпы жүргізу тәжірибесін жақсарту сияқты электрмен жабдықтауға қарсы технологиялар.
Сурет 3. Тұтынушы электроника
Тұтынушылардың электроника өнеркәсібі құрылғының жұмысы мен өзара әрекеттесуін жақсарту үшін енгізілген жүйелерге өте арзан.Смартфондар Камера, сенсорлы экрандар және Bluetooth және Wi-Fi сияқты қосылым мүмкіндіктерін басқару үшін енгізілген жүйелерді пайдаланады.Ойын консольдері осы жүйелерге, графикалық көрсеткіштер мен үздіксіз басқару кірістеріне байланысты.Ақылды үй құрылғыларында, ендірілген жүйелерде дауыстық бақылау, қашықтан бақылау және құрылғының өзара әрекеттесуі сияқты мүмкіндіктерді қосады, күнделікті өмір ыңғайлы және қосылған.
Сурет 4. Өнеркәсіптік автоматика
Енгізілген жүйелер дәлдік пен тиімділік басым болған өндірістік автоматтандыруға қажетті.Олар машиналармен операцияларды бақылайды және бақылайды, дәл өндірістік процестерді және өнімнің дәйекті сапасын қамтамасыз етеді.Мысалы, өндірістік зауыттардағы роботты қарулар дәл қозғалыс және осы түзетулер үшін ендірілген жүйелерге сүйенеді.Бұл жүйелер сонымен қатар өндіріс бойынша өнімділікті едәуір арттыратын энергияны тұтынуды және жұмыс уақытын азайтуға көмектеседі.
Сурет 5. Денсаулық сақтау
Денсаулық сақтау саласында енгізілген жүйелер медициналық мақсаттағы бұйымдардың функционалдылығына байсалды.Науқастарды бақылау жүйелері оларды динамикалық белгілерді бақылау үшін пайдаланады және денсаулық сақтауды алдын-ала жеткізушілерді аномалияларға дейін қолданады.Инфузиялық сорғылар сияқты есірткіні жеткізу жүйелері, мысалы, дәрілік заттарды дәлдікпен басқару үшін енгізілген жүйелерге сүйенеді.Хирургиялық параметрлерде бұл жүйелер науқастың нәтижелері мен қалпына келу уақытын жақсартатын дәл және минималды инвазивті операцияларды қамтамасыз ететін роботтық процедураларды қолдайды.
Сурет 6. Аэроғарыш және қорғаныс
Аэроғарыштық және қорғаныс секторлары дәлдік пен сенімділік қажет болған жағдайда, миссия-сыни тапсырмалар үшін ендірілген жүйелерге байланысты.Бұл жүйелер нақты навигация, нақты уақыттағы байланыс және жан-жақты рейс немесе миссияны басқаруды қосады.Мысалы, Aircrest Avenice әуе кемесін басқару жүйелері, қозғалтқыштың жұмысын бақылау және автопилот функцияларына көмектесу.Қорғаныс қосымшаларында олар зымырандық нұсқаулық, қадағалау дрондары және қауіпсіз байланыс жүйелері, пайдалану жетістіктері мен қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.
Сурет 7. Энергия және ақылды тор технологиялары
Енгізілген жүйелер энергия менеджменттегі инновацияларды, көбінесе смарт торларда.Олар энергияны бөлуді және оңтайландыруды, қалдықтарды азайтуға және тиімділікті арттыруға мүмкіндік береді.Енгізілген жүйелер сонымен қатар күн және жел сияқты жаңартылатын энергия көздерін, мысалы, өзгергіштікті басқару және тұрақты қуат көзін қамтамасыз ету арқылы біріктіруді жеңілдетеді.Мысалы, Smart есептегіштер осы жүйелерді энергияны тұтынуды бақылау және деректерді коммуналдық және тұтынушылармен байланысу үшін пайдаланады.
Сурет 8. Телекоммуникациялар
Телекоммуникация желілері сенімді және тиімді қарым-қатынасты қамтамасыз ету үшін енгізілген жүйелерге сүйенеді.Бұл жүйелер деректерді бағыттау, сигналды өңдеу және желінің қауіпсіздігі сияқты тапсырмаларды өңдейді.Мысалы, маршрутизаторлар мен қосқыштар деректер трафигін басқару және қосылуды басқару үшін енгізілген жүйелерді пайдаланады.Сонымен қатар, енгізілген жүйелер 5G инфрақұрылымының жұмысына байсалды, бұл тез жылдамдықты және заманауи құрылғыларға арналған берік байланыстарды қолдайды.
9-сурет. Экологиялық мониторинг және IOT
Енгізілген жүйелер қоршаған ортаны бақылаудың және заттардың Интернетінің кілті болып табылады (IOT).Олар ауа сапасы, су деңгейі және топырақ жағдайлары сияқты айнымалыларды өлшейтін датчиктерден деректерді өңдейді.Бұл деректер, мысалы, ауылшаруашылығы және апаттардың алдын алу сияқты ресурстарды басқарудың тұрақты тәжірибелерін қолдайды.IOT қосымшаларында, енгізілген жүйелерде Smart құрылғыларын үйлерді, салалардағы, салалардағы және қалалардағы үздіксіз қарым-қатынас пен автоматтандыруды жеңілдетуге мүмкіндік береді.
Сурет 10. Бөлшек және ақылды үйді автоматтандыру
Бөлшек сауда, кірістірілген жүйелерде электр қуатының электр нүктесі (POS) құрылғыларында қауіпсіз және тиімді транзакцияларды қамтамасыз етеді.Олар сонымен қатар сатып алу тәжірибесін жақсартатын түгендеу менеджменті жүйелері мен сандық дисплейлерді қолдайды.Ақылды үйлерде, ендірілген жүйелер программаланатын термостаттар, ақылды жарықтандыру және қауіпсіздік камералары сияқты автоматтандыру және басқару мүмкіндіктерін ұсынады.Бұл технологиялар ыңғайлылықты арттырып қана қоймайды, сонымен қатар тұрғын және коммерциялық кеңістіктегі энергия тиімділігі мен қауіпсіздігін жақсартады.
Нақты уақыттағы жұмыс
Енгізілген жүйелер көбінесе олардың нақты уақыттағы жұмысына қарай жіктеледі, бұл олардың уақытқа ескертпелі тапсырмаларға қалай жауап беретінін анықтайды.Нақты уақыттағы жүйелер нақты уақыт және нақты уақыттағы жұмсақ жүйелерге бөлінеді:
• Нақты уақыттағы жұмсақ жүйелер жалпы функционалдылықты болдырмай, өңдеудің аздап кешіктіруіне мүмкіндік береді.Мысалы, бейне ағындық бағдарлама жүйенің ақауларын тудырмай кездейсоқ буферге шыдай алады.
• Нақты уақыттағы нақты жүйелер, екінші жағынан, ең аз кешіктіру қиындыққа әкелетін қатаң мерзімдері бойынша жұмыс істеңіз.Мысалы, көлік құралындағы қақтығыс анти-тежеу жүйесін (ABS) басқаратын енгізілген жүйе қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін миллисекундта командаларды орындауы керек.
Операциялық тәуелсіздік
Енгізілген жүйелерді сонымен қатар сыртқы қосылыстарға сүйене отырып, жіктеуге болады:
• Тіркелген жеке орталық жүйелер сыртқы құрылғыларға немесе желілерге қажетсіз дербес жұмыс істейді.Бұл жүйелер өздігінен бар және көбінесе калькуляторлар, сандық сағаттар немесе кір жуғыш машиналар сияқты құрылғыларда қолданылады, онда автономия негізгі талап болып табылады.
• Желілік енгізілген жүйелер басқа құрылғылармен байланыс және бірлесіп жұмыс істеу үшін өзара байланысқа сүйенеді.IOT құрылғыларында және ақылды құрылғыларда ортақ бұл жүйелер сымды немесе сымсыз желілер арқылы мәліметтер алмасу арқылы функционалдығын кеңейтеді.Мысалы, Smart Thermostat сіздің қалауыңыз бойынша энергияны тұтынуды оңтайландыру үшін орталық жылыту жүйесімен байланысады.
• Мобильді ендірілген жүйелер портативті және икемділікке арналған.Смартфондар, фитнес-тректерлерде және портативті медициналық құрылғылардан табылған, бұл жүйелер тиімді өнімділікті сақтау кезінде өзгеретін орталарға және пайдаланушыларға қажет.
Өңдеу қуаты
Енгізілген жүйелерді жіктеудің тағы бір тәсілі - олардың негізгі өңдеу қондырғыларының мүмкіндіктері:
• Кірістірілген шағын көлемді жүйелер өңделетін қуаты мен жады шектеулі қарапайым микроконтроллерлерді пайдаланады.Бұл жүйелер үнемді және энергияны үнемдейді, оларды температуралық датчиктер немесе оятар сияқты қарапайым қосымшалар үшін өте ыңғайлы етеді.
• Орташа мөлшерде енгізілген жүйелерде күрделі тапсырмаларды орындай алатын күшті процессорлар бар.Бұл жүйелер көбінесе өнеркәсіптік контроллерлер немесе үй автоматтандыру хабтары сияқты құрылғыларда кездеседі, онда қойылым мен шығындар арасындағы тепе-теңдік маңызды.
• Талғампаз енгізілген жүйелер жоғары өнімді қосымшалар үшін алдыңғы қатарлы микропроцессорларды немесе сандық сигналдық процессорларды (DSP) қолданады.Бұл жүйелер автономды көлік құралдарында кескінді тану немесе аэроғарыштық қосымшалардағы деректерді нақты талдау сияқты талап етуге арналған.
Сурет 11. Енгізілген жүйелік компоненттер
Енгізілген жүйелер - бұл басқышты толықтыруға арналған аппараттық және бағдарламалық қамтамасыздандырудың қоспасы.Сондай-ақ, бұл компоненттер жүйенің тағайындалған функцияларын тиімді және сенімді орындайды.
Енгізілген жүйелердегі жабдық олардың жұмысын қамтамасыз етеді.Әрбір компонент нақты рөлдер үшін оңтайландырылған, біркелкі жұмыс істеу үшін жұмыс жасалады.
• Қуат көзі: Электрмен жабдықтау жүйеге қажетті қуат береді, дәйекті жұмысты қамтамасыз етеді.Бұл портативті құрылғылардан портативті құрылғылардан бастап, өндірістік жүйелердегі тұрақты электр желілеріне ауысуы мүмкін.Кейбір жүйелер кернеудің ауытқуын басқару немесе энергия шығынын азайту үшін қуатты басқару мүмкіндіктерін қамтиды.
• Микроконтроллерлер және микропроцессорлар: Бұл жүйенің «миы» ретінде әрекет етеді, онда барлық деректерді өңдеу және шешім қабылдау орын алады.Микроконтроллерлер өңдеу қуатын өңделетін қуатты біріктірілген жад және кіріс интерфейстерімен біріктіреді, оларды ықшам, үнемді дизайн үшін өте ыңғайлы етеді.Жоғары технологиялық мүмкіндіктері жоғары микропроцессорлар, мысалы, кескінді өңдеу немесе деректер аналитикасы сияқты есептеу қуатын талап ететін қосымшаларда қолданылады.
• Жад қондырғылары : Жад операциялық мәліметтер мен бағдарлама нұсқауларын сақтау үшін пайдалы.Белсенді жад (RAM) уақытша жады, ал белсенді операциялар кезінде уақытша сақтайды, ал мүмкін емес жад (мысалы, флэш-жад сияқты) жүйе өшірілгенде де, тіпті үлкен ақпаратты сақтайды.Бұл қуат циклдары бойынша дәйекті және сенімділікті қамтамасыз етеді.
• Таймерлер мен есептегіштер: Таймерлер мен есептегiштер нақты уақытқа немесе оқиғаларды бақылауға байланысты жұмыс істейді.Мысалы, олар қозғалтқышты бақылау немесе жоспарлау сияқты процестерді бақылайды, жүйенің қатаң уақыттарын қатаң талаптарға сай қамтамасыз етеді.
• Кіріс / шығару (із) (I / O) интерфейстері: I / o интерфейстері енгізілген жүйе мен сыртқы компоненттер арасындағы байланысқа мүмкіндік береді.Кіріс интерфейстеріне қоршаған ортаға деректерді жинайтын сенсорлар кіреді, ал шығыс интерфейстері ілмектер, сигналдарды актерлер, дисплей немесе басқа қосылған құрылғыларға жіберіңіз.Бұл интерфейстер жүйеге пайдаланушылармен және басқа жүйелермен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді.
• Байланыс хаттамалары: Енгізілген жүйелер басқа құрылғылармен деректер алмасу үшін USB, I2C, SPI немесе UART сияқты байланыс протоколдарын пайдаланады.Бұл хаттамалар, ішкі компоненттер арасындағы деректерді тасымалдау немесе компьютер немесе желі сияқты сыртқы жүйелермен байланыстыру ма, сенімді және сенімді байланысты қамтамасыз етеді.
• Компоненттік схема және интегралды схемалар: Енгізілген жүйелерге резисторлар, конденсаторлар және транзисторлар сияқты негізгі электрондық компоненттер кіреді.Бұл ағымдағы, сүзгі сигналдарын және күшейту процестерін біртіндеп қалпына келтіру үшін реттейді.Біріктірілген тізбектер (ICS) бірнеше электронды функцияларды бір чипке біріктіреді, күрделілікті азайтады, сенімділікті арттырады және ықшам дизайндағы кеңістікті үнемдейді.
Енгізілген жүйелердегі бағдарламалық жасақтама жүйеге сәйкес келетін, жүйені дәлдікпен орындауға мүмкіндік беретін мұқият жасалған.Ол әдетте C немесе C ++ сияқты бағдарламалау тілдерінде олардың тиімділігі және аппараттық-деңгейлі басқару үшін жазылады.
Даму құралдары
Енгізілген жүйелік бағдарламалық жасақтаманы жобалау және оңтайландыру үшін әртүрлі құралдар қолданылады:
• Мәтіндік редакторлар: Әзірлеушілер синтаксистік ерекшеліктерді және кодты ұйымдастыру мүмкіндіктерін беретін мәтіндік редакторларды қолдана отырып, код жазады және нақтылайды.
• Компиляторлар мен жинақшылар: Компиляторлар жоғары деңгейлі бағдарламалау тілдерін машинада оқылатын кодқа түрлендіреді, ал құрылысшылар төмен деңгейлі жинақ нұсқауларын өңдейді.Бұл құралдар Бағдарламалық жасақтаманың тікелей жабдықпен интерфейске сәйкес келеді.
• Эмуляторлар және байланысшылар: Эмуляторлар бағдарламалық жасақтаманы сынау кезінде аппараттық құралдарды модельдейді, әзірлеушілерге орналастыруға дейін ықтимал мәселелерді анықтауға мүмкіндік береді.Сілтемелер бөлек бағдарламалық модульдерді жабдыққа тегіс түрде жұмыс істемейтін бірлескен бағдарламаға біріктіреді.
• Теберлер: Түзетушілер бағдарламалық жасақтама қателерін анықтау және бекіту үшін қажет.Олар әзірлеушілерге жүйені әр түрлі жағдайда тексеруге, берік және сенімді орындауды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Микробағдарлама
Микробағдарлама - бұл жүйенің ұшпайтын жадында сақталған арнайы бағдарламалық жасақтама түрі.Ол ендірілген жүйенің мақсатына қарай нақты тапсырмаларды орындау, арнайы тапсырмаларды орындау үшін аппараттық құрамдас бөліктерді тікелей басқарады.Микробағдарлама жаңартулары өнімділікті арттырады немесе жүйені жаңа талаптарға бейімдей алады, оның операциялық өмір сүру ұзақтығын ұзартады.
Енгізілген жүйелер әр түрлі секторлар бойынша ілгерілету, құрылғының функционалдығы мен ақыл-ойын жақсарту, олардың ықшам, энергия үнемдейтін дизайны және нақты операциялары.Бұл мақалада автомобиль қауіпсіздігі, өнеркәсіптік автоматика, денсаулық сақтау және ақылды үй технологиялары сияқты секторлардағы динамикалық рөлі көрсетілген.Олардың операциялық тетіктерін, соның ішінде деректерді жинау және операциялық жүйені үйлестіру, олардың әр түрлі өтінімдерді қалай талап ететіні анық.Енгізілген жүйелер техникалық прогресс үшін пайдалы, олардың бейімделуі мен жан-жақтылығын көрсететін обылмалы жүйелер, желілік және желілік категорияларға жіктеледі.Бұл технологиялар дамыған сайын, олардың масштабталары және теңшелетін табиғаты өзара байланысты, тиімді құрылғылардың болашағын қалыптастыруды жалғастыруда.Бұл жүйелердің күрделі конструкциялары мен функционалдығын түсіну инноваторлар өз мүмкіндіктерін автоматтандырылған әлемде кеңейтуге бағытталған.
2024/06/6
2024/04/13
2024/04/18
2023/12/20
2024/01/24
2023/12/21
2024/04/10
2024/06/14
2024/04/13
2024/03/20
2024/08/25
2023/12/20
2023/12/20