СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

РОБОТОТЕХНИКА 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 Приложение Приложение Драйверы устройств Операционная система реального времени Стек сети Драйверы устройств Аппаратное обеспечение Аппаратное обеспечение а б Память Входы Выходы Процессор Системы не реального времени Мягкое реальное время Жёсткое реальное время Электронный двигатель Потоковое видео Интерфейс пользователя Компьютерное моделирование Автопилот Телекомму- никации Круиз- контроль цессора и программного обеспече- ния обычно даёт бо ′ льшую гибкость, чем аппаратная реализация. Исполь- зование процессора и программного обеспечения во встраиваемой систе- ме, как правило, является более про- стым, дешёвым и менее энергозатрат- ным решением. С точки зрения реализации, меж- ду компьютером общего назначения и встраиваемой системой есть суще- ственная разница. Встраиваемым системам часто требуется обеспечить реакцию в реальном времени. Систе- ма реального времени определяется как система, чья работа зависит от своевре- менности ответа. Системы реального времени разли- чаются, и основная особенность каж- дой из них заключается в том, что про- изойдёт, если срок реакции системы не выдержан. Например, если система реального времени является частью системы управления полётом само- лёта, то жизни пассажиров и членов экипажа может угрожать лишь пропу- щенная реакция на какое-нибудь отсле- живаемое событие. Если же речь идёт о системе спутниковой связи, то резуль- тат несвоевременной реакции может быть ограничен одним пропущен- ным пакетом данных (который может иметь или не иметь катастрофических последствий в зависимости от реализа- ции и схемы восстановления ошибок). Чем тяжелее последствия, тем более вероятно, что время реакции являет- ся «жёстким», и такая система являет- ся «жёсткой системой реального вре- мени». Системы реального времени с меньшими требованиями для скоро- сти реакции являются так называемы- ми «мягкими системами реального вре- мени». На рисунке 1 показаны некото- рые примерыжёстких и мягких систем реального времени. Создание системы реального вре- мени – это не просто работа над ско- ростью реакции. Время реакции для систем реального времени различает- ся. В некоторых случаях время реакции может измеряться миллисекундами, в других же – часами. Основной про- блемой для системы реального времени является реализация гарантии того, что жёстко заданное время реакции систе- мы никогда не нарушается. Для того чтобы достичь этого, система должна быть предсказуемой. Архитектура программного обеспе- чения и его взаимодействие с аппа- ратными средствами встраиваемой системы играют ключевую роль в обе- спечении того, чтобы системы реаль- ного времени укладывались в свои временны ′ е ограничения. Основные вопросы в разработке программно- го обеспечения состоят в следующем: достаточно ли просто опрашивать пор- ты, или же следует использовать пре- рывания, и какие приоритеты должны быть присвоены различным задачам и прерываниям. Также важно понимать требования к минимальной произво- дительности системы для выполнения конкретных действий. Все встраиваемые системы содержат процессор и программное обеспече- ние. Но что ещё они в себя включают? Конечно, для работы с программным обеспечением необходимо место для хранения исполняемого кода и времен- ное хранилище для обрабатываемых данных. Эти хранилища представляют собой запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устрой- ство (ОЗУ) соответственно. Если тре- буется только небольшой объём памя- ти, то это может быть реализовано на одной с процессором микросхеме. В противном случае, один или оба типа памяти находятся во внешних микро- схемах памяти. Все встраиваемые системы также содержат некоторые типы входов и выходов. Например, в микроволно- вой печи входами являются кнопки на передней панели и датчик температу- ры, а выходами – дисплей и микро- волновое излучение. Выходы встра- иваемой системы практически всег- да зависят от её входов и ряда других факторов (прошедшее время, текущая температура и т.д.). Входы в системе, как правило, выполнены в виде дат- чиков и зондов, сигналов связи или ручек управления и кнопок. Выходами являются, как правило, дисплеи, сиг- налы связи или изменения в физи- ческом мире. На рисунке 2 приведе- на обобщённая схема встраиваемой системы. За исключением этих нескольких общих черт, остальная часть аппарат- ного обеспечения обычно уникальна и, следовательно, требует уникального программного обеспечения. Эти вариа- ции являются результатом комбинации многих проектных критериев. Структура программного обеспече- ния для обобщённой встраиваемой системы, показанной на рисунке 2, изменяется в зависимости от требуе- мых функциональных возможностей. Аппаратное обеспечение является пустым холстом, а программное обе- спечение является краской, которую мы добавляем для того, чтобы появи- лась картина. На рисунке 3 представ- лена только пара из великого множе- ства возможных высокоуровневых схем, которые могут быть реализова- ны для таких обобщённых встраивае- мых систем. Рис. 1. Системы реального времени Рис. 2. Обобщённая встраиваемая система Рис. 3. Примеры высокоуровневых схем а – базовая схема встроенного ПО; б – сложная схема встроенного ПО