سیستمهای توکار (تعبیه شده) Embedded Systems

سیس�تم ه�ای توکار )تعبیه شده(EMBEDDED SYSTEMS

رضا حسینی محمد

دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده ی برق و کامپیوتر13۹۱اردیبهشت ماه

y

2سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

فهرست مطالب

معرفی سیستم های توکار•حوزه های کاربرد•روند تکامل•خصوصیات•روند توسعه•نرم افزار•

3سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

؟؟؟

4سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

Raspberry Pi

•Linux

•700 MHz ARM

•256MB memory

•HDMI

•USB

•25$ - 35$

5سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

سؤال؟

+ = ?

6سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

سیستم توکار

یک سیستم کامپیوتری•کاربرد خاص و ویژه•جزیی از سیستمی بزرگ تر•

7سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

سیستم کامپیوتری

سخت افزار•پردازنده–حافظه–

نرم افزار•سیستم عامل–

توسعه نرم افزار ساده تر از سخت افزار است.•

8سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

حوزه های کاربرد

وسایل دیجیتال •تلویزیون––Mp3 player

پزشکی•تجهیزات آزمایشگاهی–

رباتیک•

شبکه•صنعت•هوا فضا•نیروگاه های هسته ای•صنایع نظامی•

9سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

وسایل دیجیتال

10سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

تجهیزات شبکه

11سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

رباتیک

12سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

13سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

14سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

تاریخچه

•Apollo Guidance Computer

•۱۹۶۶نا مطمئن ترین •

قسمت آپولو!

15سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

تاریخچه - ادامه

ظهور میکروپروسسور و میکرو کنترلرها•کاهش قیمت ها و پیشرفت تکنولوژی•پردازنده های جدید••FPGA

•ARM

•Linux

16سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

خصوصیات

انجام یک عمل خاص•جزیی از یک سیستم بزرگ تر•(real timeبالدرنگ )•محدودیت در منابع•

17سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

مالحظات و محدودیت ها

قدرت پردازشی•حافظه•

حجم –تکنولوژی–

فضای ذخیره سازی )حافظه جانبی(•ابزار ذخیره سازی•

18سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

مالحظات و محدودیت ها - ادامه

تعامل با کاربر•پورت های ارتباطی–

فرایند بوت•بوت سریع–

19سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

پردازند ه ها

تنوع بسیار زیاد•–Von Neumann و Harvard

–RISC و CISC

خیلی ضعیف و خیلی قوی–

معماری های معمول:••x86، MIPS، PowerPC، Microblaze، ARM، Blackfin،

SPARC، Coldfire... ،

20سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

ارتباط با کاربر

بدون ارتباط••LED

دکمه•پورت سریال••LCD

صفحه لمسی•موس و کیبورد•

21سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

بورد های آماده

برای پیاده سازی یک سیستم توکار معموال از بورد های آماده •استفاده می شود.

ویژگی ها و امکانات متنوع•پردازنده + دستگا ه ها و ابزار های جانبی•

انواع پورت ها–صفحه نمایش––LED

امکانات توسعه–

22سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

بورد های آماده � ادامه

•Xilinx ML505

•Virtex5

•Serial

•USB

•SATA

•VGA

•Flash

•Ethernet

23سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

بورد های آماده � ادامه

•Inrevium

فقط پورت سریال!•

24سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

نرم افزار

بدون سیستم عامل•–Stand alone applications

–Interrupt controlled –…

با سیستم عامل•یک سیستم عامل –بقیه ی نرم افزارها روی سیستم عامل–انعطاف پذیری زیاد–

25سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

سیستم عامل های توکار

(RTOSبالدرنگ )•غیر بالدرنگ•معماری سخت افزار•قابلیت ها•هزینه•

– ، fرایگانO(10000$) ، O(100000$)

26سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

سیستم عامل های توکار - ادامه

لینوکس•–uClinux

–Windriver vxWorks

–Montavista Mobilinux

•Windows CE

•eCos

27سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

تخصص های مورد نیاز

الکترونیکطراحی بورد ، استفاده از بورد•

سخت افزارارتباط نرم افزار و سخت افزار•طراحی سیستم و کار با سخت افزار•

نرم افزارتوسعه نرم افزار•

28سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

مراحل کار

انتخاب بورد / طراحی بورد•انتخاب سیستم عامل•برقراری امکان استفاده از قابلیت ها و ابزارهای سخت •

افزارشناساندن سخت افزار به سیستم عامل –

پیاده سازی برنامه ها•ریختن نرم افزار روی سخت افزار!•

29سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

توسعه نرم افزار

در کامپیوتر های معمولی•توسعه نرم افزار روی همان محیطی که استفاده –

می شود.

در سیستم های توکار•( متفاوت با hostتوسعه نرم افزار روی محیطی )–

(.targetمحیطی که نرم افزار استفاده می شود )

30سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

Cross Compile

x86کامپیوتر میزبان •

ARMکامپیوتر هدف •

برای معماری x86نرم افزار، روی کامپیوتر •ARM.کامپایل می شود روی کامپیوترمیزبان قابل اجرا نیست–انتقال به کامپیوتر هدف–

31سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

DEBUG

•Instrumentation

اضافه کردن کد به منظور جمع آوری اطالعات–

•On-Chip Debugging

اجرای برنامه روی کامپیوتر هدف و دیباگ کردن –برنامه روی کامپیوتر میزبان

32سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

On-Chip Debugging

نیاز به ابزار مخصوص دارد•–JTAG

پورت سریال–دیباگر–

•gdb

سرور روی یک کامپیوتر–کالینت روی دیگری–انتقال اطالعات بین سرور و کالینت–

33سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

مالحظات نرم افزاری

پایداری نرم افزار•محدودیت منابع•بهینگی•بروزآوری•

34سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

بعضی مشکالت متداول

•Endianness

با سیستم های دیگرembeddedارتباط سیستم –

فایل سیستم های نامتداول•–JFFS2

محدودیت کتابخانه ها•–uclibc به جای glibc

–Linux Threads

35سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

جمع بندی

سیستم های کامپیوتری با کاربرد خاص•پیچیدگی توسعه•دانش فنی باال•بکر•

36سیستم های توکار - اردیبهشت ۱۳۹۱

?