Thiết kế hệ thống nhúng là gì: Các bước trong quy trình thiết kế

Hệ thống nhúng là một bộ điều khiển, điều khiển nhiều thiết bị điện tử khác. Nó là sự kết hợp của phần cứng và phần mềm nhúng. Có hai loại hệ thống nhúng bộ vi xử lý và bộ điều khiển vi mô . Bộ vi xử lý dựa trên mô hình / kiến ​​trúc von Neumann (nơi chương trình + dữ liệu nằm trong cùng một vị trí bộ nhớ), nó là một phần quan trọng của hệ thống máy tính, nơi các bộ xử lý bên ngoài và thiết bị ngoại vi được giao tiếp với nó. Nó chiếm nhiều diện tích hơn và tiêu thụ nhiều điện năng hơn. Ứng dụng của bộ vi xử lý là các máy tính cá nhân. Bài viết này thảo luận về các bước liên quan đến thiết kế hệ thống nhúng.

Thiết kế hệ thống nhúng là gì?

Định nghĩa: Một hệ thống được thiết kế với sự nhúng phần cứng và phần mềm với nhau cho một chức năng cụ thể với diện tích lớn hơn là thiết kế hệ thống nhúng. Trong thiết kế hệ thống nhúng, vi điều khiển đóng một vai trò quan trọng. Bộ điều khiển vi mô dựa trên kiến ​​trúc Harvard, nó là một thành phần quan trọng của hệ thống nhúng. Bộ xử lý bên ngoài, bộ nhớ trong và các thành phần i / o được giao tiếp với bộ vi điều khiển. Nó chiếm ít diện tích hơn, ít tiêu thụ điện năng hơn. Ứng dụng của vi điều khiển là MP3, máy giặt.

Thiết kế nhúng

Các loại hệ thống nhúng

• Độc lập Hệ thống nhúng
• Hệ thống nhúng thời gian thực
• Thiết bị nối mạng
• Thiêt bị di động

Các yếu tố của hệ thống nhúng

• Bộ xử lý
• Bộ vi xử lý
• Vi điều khiển
• Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số.

Các bước trong quy trình thiết kế hệ thống nhúng

Các bước khác nhau trongsơ đồ luồng / thiết kế hệ thống nhúngbao gồm những điều sau đây.

Thiết kế nhúng - quy trình - các bước

Trừu tượng

Trong giai đoạn này, vấn đề liên quan đến hệ thống được trừu tượng hóa.

Phần cứng - Kiến trúc phần mềm

Kiến thức phù hợp về phần cứng và phần mềm cần biết trước khi bắt đầu bất kỳ quy trình thiết kế nào.

Thuộc tính chức năng bổ sung

Các chức năng phụ sẽ được thực hiện phải được hiểu hoàn toàn từ thiết kế chính.

Họ thiết kế liên quan đến hệ thống

Khi thiết kế một hệ thống, người ta nên tham khảo một họ thiết kế liên quan đến hệ thống trước đó.

Thiết kế mô-đun

Các thiết kế mô-đun riêng biệt phải được thực hiện để chúng có thể được sử dụng sau này khi được yêu cầu.

Lập bản đồ

Dựa trên phần mềm lập bản đồ được thực hiện. Ví dụ, luồng dữ liệu và luồng chương trình được ánh xạ thành một.

Thiết kế giao diện người dùng

Trong thiết kế giao diện người dùng, nó phụ thuộc vào yêu cầu của người dùng, phân tích môi trường và chức năng của hệ thống. Ví dụ, trên điện thoại di động, nếu chúng ta muốn giảm mức tiêu thụ điện năng của điện thoại di động, chúng ta sẽ quan tâm đến các thông số khác để có thể giảm mức tiêu thụ điện năng.

Sàng lọc

Mọi thành phần và mô-đun phải được tinh chỉnh một cách thích hợp để nhóm phần mềm có thể hiểu được.

Ngôn ngữ mô tả kiến ​​trúc được sử dụng để mô tả thiết kế phần mềm.

• Kiểm soát phân cấp
• Phân vùng của cấu trúc
• Cấu trúc dữ liệu và phân cấp
• Thủ tục Phần mềm.

Thiết kế hệ thống nhúng Hoạt động quy trình phát triển phần mềm

Có nhiều số liệu thiết kế khác nhau được yêu cầu để thiết kế bất kỳ hệ thống nào hoạt động bình thường, chúng

Các hoạt động trong quy trình phát triển phần mềm nhúng

Các hoạt động của quá trình phát triển phần mềm nhúng chủ yếu bao gồm những điều sau đây.

Thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật phải được thực hiện phù hợp để khách hàng sử dụng sản phẩm có thể xem qua thông số kỹ thuật của sản phẩm và sử dụng nó mà không bị nhầm lẫn. Các nhà thiết kế chủ yếu tập trung vào các thông số kỹ thuật như phần cứng, các ràng buộc thiết kế, khoảng thời gian vòng đời, hành vi kết quả của hệ thống.

Ngành kiến ​​trúc

Các lớp kiến ​​trúc Phần cứng và Phần mềm được chỉ định.

Các thành phần

Trong lớp này, thiết kế các thành phần được thực hiện. Các thành phần như bộ xử lý quá trình đơn, bộ nhớ- RAM / ROM, thiết bị ngoại vi, bus..vv.

Hệ thống tích hợp

Trong lớp này, tất cả các thành phần được tích hợp vào hệ thống và được kiểm tra xem nó có đáp ứng các nhà thiết kế, mong đợi hay không.

Những thách thức trong thiết kế hệ thống nhúng

Trong khi thiết kế bất kỳ hệ thống nhúng nào, các nhà thiết kế phải đối mặt với rất nhiều thách thức như sau,

• Khả năng thích ứng với môi trường
• Sự tiêu thụ năng lượng
• Khu vực bị chiếm đóng
• Đóng gói và tích hợp
• Cập nhật phần cứng và phần mềm
• Bảo vệ
• Có nhiều thách thức khác nhau mà các nhà thiết kế phải đối mặt trong khi kiểm tra thiết kế như phần cứng nhúng thử nghiệm , Giai đoạn xác minh, Khả năng duy trì xác thực.

Ví dụ về thiết kế hệ thống nhúng

• Máy bán sô cô la tự động (ACVM)
• Máy ảnh kỹ thuật số
• Thẻ thông minh
• Điện thoại di động
• Máy tính di động..vv.

Máy bán sô cô la tự động (ACVM)

Chức năng thiết kế của ACVM là cung cấp sô cô la cho trẻ bất cứ khi nào trẻ nhét đồng xu vào ACVM.

Các bước thiết kế

Các bước thiết kế chủ yếu bao gồm những điều sau đây.

1. Yêu cầu
2. Thông số kỹ thuật
3. Hoạt động của phần cứng và phần mềm.

Yêu cầu

Khi một đứa trẻ nhét một đồng xu vào máy và chọn loại sô cô la cụ thể mà nó muốn mua.

Đầu vào

• Xu, người dùng lựa chọn.
• Một ngắt được tạo ra ở mỗi cổng bất cứ khi nào một đồng xu được đưa vào.
• Một thông báo riêng biệt được gửi đến mỗi cổng.

Kết quả đầu ra

• Sô cô la
• Hoàn tiền
• Một thông báo được hiển thị trên màn hình LCD như ngày, giờ, tin nhắn chào mừng.

Chức năng hệ thống

• Sử dụng giao diện người dùng đồ họa, trẻ ra lệnh cho hệ thống mà trẻ muốn mua sô cô la.
• Nơi giao diện người dùng đồ họa có màn hình LCD, bàn phím, màn hình cảm ứng.
• Máy cung cấp sô cô la khi đứa trẻ đưa đồng xu vào nếu số tiền được đưa vào vượt quá giá thực tế của sô cô la đã chọn. Máy ACVM hoàn lại tiền.
• Sử dụng một xe buýt đồng bộ đa năng, chủ sở hữu ACVM có thể theo dõi vị trí của khách hàng.

Chỉ số thiết kế

Sự thât thoat năng lượng

Thiết kế phải được thực hiện theo kích thước màn hình và các thành phần cơ khí.

Thời hạn xử lý

Bộ đếm thời gian phải được đặt để bất cứ khi nào đứa trẻ đưa đồng xu vào, ACVM phải phản hồi trong vòng vài giây trong việc giao sôcôla và hoàn lại tiền nếu vượt quá.
Ví dụ: nếu thời gian phản hồi là 10 giây, ACVM sẽ giao sô cô la và hoàn lại tiền nếu vượt quá trong vòng 10 giây ngay sau khi đứa trẻ đưa đồng xu vào và yêu cầu sô cô la.

Thông số kỹ thuật

Từ hệ thống ACVM bên dưới, khi đứa trẻ đưa đồng xu vào. Các đồng tiền được tách biệt theo các cổng được trình bày, Port1, Port2, Port5. Khi nhận tiền xu, một ngắt được tạo ra bởi cổng, ngắt này được gửi để đọc giá trị số tiền và tăng lên.

tự động - sô cô la - bán hàng tự động - máy

Một màn hình LCD ở đây hiển thị các thông báo như chi phí, thời gian, chào mừng..vv. Giao hàng tại cảng tồn tại nơi sôcôla được thu thập.

Phần cứng

Kiến trúc phần cứng ACVM có các thông số kỹ thuật phần cứng sau

• Vi điều khiển 8051
• RAM 64 KB và ROM 8MB
• Bộ nhớ Flash 64 KB
• Bàn phím
• Máy phân loại tiền xu cơ khí
• Kênh sô cô la
• Kênh tiền xu
• Modem không dây USB
• Nguồn cấp

Phần mềm của ACVM

Nhiều chương trình phải được viết để chúng có thể được lập trình lại khi được yêu cầu trong RAM / ROM như,

phần cứng-kiến trúc-khối-sơ đồ-của-hoạt động

• Tăng giá sô cô la
• Cập nhật thông báo được hiển thị trên màn hình LCD
• Thay đổi các tính năng của máy.

Hệ thống nhúng là sự kết hợp giữa phần cứng + phần mềm để thực hiện một chức năng cụ thể. Có hai loại vi xử lý và vi điều khiển. Trong khi thiết kế một hệ thống nhúng, một số ràng buộc và thông số kỹ thuật thiết kế nhất định phải được xem xét để nhà phát triển có thể đáp ứng mong đợi của khách hàng và cung cấp đúng thời gian. Một ứng dụng của hệ thống nhúng thiết kế ACVM đã giải thích trong nội dung này. Đây là một câu hỏi đâu là nguyên nhân gây ra các hạn chế về môi trường trong khi thiết kế một hệ thống nhúng?