Magie 21. století, aneb zabudované systémy. V. Kushpil (ÚJF AV CR)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Magie 21. století, aneb zabudované systémy. V. Kushpil (ÚJF AV CR)"

Kateřina Marková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Magie 21. století, aneb zabudované systémy

2 Opravdu vysoce vyvinutá technologie vypadá jako magie... Artur Klark

3 Opravdu vysoce vyvinutá technologie vypadá jako magie... Artur Klark

4 Zabudované systémy? Embedded systém (vestavěný systém, zabudovaný systém) je jednoúčelový systém, ve kterém je řídicí počítač zcela zabudován do zařízeni, které ovládá. Na rozdíl od univerzálních počítačů, jako jsou osobní počítače (personal computer, PC), embedded (zabudované) počítače jsou většinou jednoúčelové, určené pro předem definované činnosti.

je řídicí počítač zcela zabudován do zařízeni, které ovládá.

5 Proč potřebujeme zabudované systémy?

6 Proč potřebujeme zabudované systémy? Vzhledem k tomu, že systém je určen pro konkrétní účel, mohou tvůrci systému při návrhu optimalizovat pro konkrétní aplikaci a tak snížit cenu výrobku. Zvetší se efektivita a spolehlivost systému. Systém je lepši z hlediska ekonomie energie.

systému při návrhu optimalizovat pro konkrétní aplikaci a tak snížit

7 Dějiny. Jak to začalo? První hromadně vyráběný embedded systém byl vojenský naváděcí systém D17 firmy Autonetic pro rakety Minuteman, uvedený v roce Byl vytvořen z jednotlivých tranzistorů a jako hlavní paměť používal hard disk. Při zavádění výroby raket Minuteman II v roce 1966 byl systém D-17 nahrazen novým počítačem, který jako první používal velké množství integrovaných obvodů. Hromadná výroba těchto počítačů způsobila, že cena integrovaného obvodu obsahujícího čtyři hradla NAND klesla z 1000 dolarů na pouhé tři dolary a zlevnila a víceméně umožnila použití integrovaných obvodů v komerčních výrobcích..

Při zavádění výroby raket Minuteman II v roce 1966 byl systém D-17 nahrazen novým počítačem, který jako první používal velké množství integrovaných obvodů.

8 Dějiny. Jak to začalo? 1970 První moderní embedded systém byl naváděcí počítač pro Apollo vyvinutý Charlesem Stark Draperem v přístrojové laboratoři na MIT. Pro každý let na měsíc byly použity dva. Běžel na nich naváděcí systém pro řídící modul a LEM.

9 Dějiny. Jak to začalo? U těchto prvních embedded systémů z počátku 60. let cena nehrála roli. Od té doby došlo ke značnému snížení ceny, zvýšení výpočetního výkonu a funkčnosti. Například první mikroprocesor Intel 4004, který se uplatnil například v kalkulačkách a dalších malých systémech, vyžadoval vnější paměť a další podpůrné obvody. V polovině 80. let byla většina původně externích součástek integrována na čipu spolu s procesorem a tato součástka se začala označovat jako microcontroler

Například první mikroprocesor Intel 4004, který se uplatnil například v kalkulačkách a dalších malých systémech, vyžadoval

10 Spolehlivost embedded systémů 1 Systém nelze kvůli opravě bezpečně vypnout nebo je pro opravu nepřístupný. Obecně se to týká testovacích podsystémů embedded systémů a přepínačů na síti. Místo hardwarové náhrady lze použít softwarový záložní režim, který poskytuje částečnou funkčnost. Příkladem jsou například systémy ve vesmíru, podmořské kabely, navigační majáky, systémy pro vrtání děr a automobily. Často do této kategorie patří také sériově vyráběná spotřební elektronika, protože opravny jsou relativně daleko a opravy jsou finančně náročnější než výroba nového výrobku.

Místo hardwarové náhrady lze použít softwarový záložní režim, který poskytuje částečnou funkčnost.

11 Spolehlivost embedded systémů 2 Systém musí být neustále v chodu z bezpečnostních důvodů. Parametry jsou podobné jako u předešlého typu, ale záložní softwarové režimy nejsou v takové míře tolerovány. Často je nutné je zvolit operátorem. Mezi příklady patří navigační systémy letadel, řídicí systémy jaderných reaktorů, řízení nebezpečných provozů v chemických továrnách, signalizace provozu vlaků, řízení motorů u jednomotorových letadel.

12 Spolehlivost embedded systémů 3 Zastavení systému způsobí velké finanční ztráty (telefonní ústředny, řízení továren, ovládání mostů a výtahů, řízení bankovních převodů peněz a elektronická tržiště). Tyto systémy obvykle obsahují několik vestavěných testů indikujících správný chod systému a existuje online záložní systém nebo záložní softwarový režim a ruční ovládání.

13 Spolehlivost embedded systémů 4 Systém nemůže běžet v nebezpečném nebo nekorektním stavu. Například pokud by došlo k velkým finančním ztrátám nebo ohrožení zdraví (lékařské přístroje, zálohované letecké přístroje a stroje (například motor u více motorových letadel), řízení chemických procesů, automatické burzy, herní systémy). Při detekci nebezpečného stavu je jediným řešením ukončit chod systému a indikovat chybu.

letecké přístroje a stroje (například motor u více motorových letadel), řízení chemických procesů,

14 Automaty a Výpočetní technika 1 Automat ńebo Konečný automat (FSM z anglického finite state machine) je teoretický výpočetní model používaný v informatice pro studium vyčíslitelnosti a obecně formálních jazyků. Popisuje velice jednoduchý počítač, který může být v jednom z několika stavů, mezi kterými přechází na základě symbolů, které čte ze vstupu. Množina stavů je konečná (odtud název), konečný automat nemá žádnou další paměť kromě informace o aktuálním stavu.

Popisuje velice jednoduchý počítač, který může být v jednom z několika stavů, mezi kterými přechází na základě

15 Automaty a Výpočetní technika 2 Konečný automat je velice jednoduchý výpočetní model Dokáže rozpoznávat pouze regulární jazyky. Konečné automaty se používají pro zpracování regulárních výrazů, např. jako součást lexikálního analyzátoru v překladačích. V informatice rozlišujeme automat Mealyho a Mooreův. Mealyho stroj označuje konečný automat s výstupem. Výstup je generován na základě vstupu a stavu, ve kterém se automat nachází. To znamená, že stavový diagram automatu bude pro každý přechod obsahovat výstupní signál. Mealyho stroje jsou obdobou Mooreových strojů, u těch ale výstup nezáleží na současném vstupu. I přesto je každý Mealyho stroj ekvivalentní nějakému Moorově stroji

V informatice rozlišujeme automat Mealyho a Mooreův. Mealyho stroj označuje konečný automat s výstupem.

16 Senzory Přistroj pro převod energie jednoho druhu do energie jiného druhu

17 Různi koncepce regulace Boolean regulátor Regulátor ze zpětnou vazbou Fuzzy regulátor PID regulátor

18 Jak poznáme že potřebujeme použít zabudovaný systém?

19 Efektivita zabudovaného systému?

20 Zabudované systémy v moderní laboratoři

21 Zabudované systémy, Co dal?

Podobné dokumenty

éra elektrického proudu a počítačů 3. generace

éra elektrického proudu a počítačů 3. generace 3. generace Znaky 3. generace tranzistory vydávaly teplo - poškozování dalších součástek uvnitř počítače vynález integrovaného obvodu (IO) zvýšení rychlosti, zmenšení rozměrů modely relativně malých osobních