τα στοιχεία επικοινωνίας μου
Ταχυδρομείο[email protected]
2024-07-12
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
Το ενσωματωμένο δίκτυο είναι ένα σύστημα δικτύου που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση διαφόρων ενσωματωμένων συστημάτων έτσι ώστε να μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες το ένα στο άλλο και να μοιράζονται πόρους. Τα ενσωματωμένα συστήματα χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες σύνδεσης σε διαφορετικές καταστάσεις, όπως δίκτυα οικιακών πληροφοριών σε οικογενειακά δωμάτια, fieldbus στον τομέα του βιομηχανικού αυτοματισμού και δίκτυα κινητής επικοινωνίας σε ενσωματωμένα συστήματα, όπως ο κινητός εξοπλισμός πληροφοριών χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενσωματωμένων συστημάτων.
Το Fieldbus είναι μια τεχνολογία ελέγχου υπολογιστή που αναπτύχθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1980 μετά από αναλογικά συστήματα ελέγχου οργάνων, κεντρικά ψηφιακά συστήματα ελέγχου και κατανεμημένα συστήματα ελέγχου ονομάζεται συχνά τοπικό δίκτυο υπολογιστών στον τομέα του βιομηχανικού αυτοματισμού.
Το Fieldbus είναι ένα δίκτυο που διασυνδέει συσκευές πεδίου όπως ψηφιακούς αισθητήρες, μετατροπείς, βιομηχανικά όργανα και ενεργοποιητές ελέγχου με μονάδες ελέγχου βιομηχανικών διεργασιών και σταθμούς λειτουργίας πεδίου. Έχει τα χαρακτηριστικά της πλήρους ψηφιοποίησης, της αποκέντρωσης, της αμφίδρομης μετάδοσης και της πολλαπλής διακλάδωσης Είναι προϊόν ανάπτυξης βιομηχανικού δικτύου ελέγχου σε επίπεδο πεδίου.
Το Fieldbus είναι ένα υποκείμενο δίκτυο ελέγχου χαμηλού εύρους ζώνης που βρίσκεται στο κάτω μέρος του ελέγχου παραγωγής και των δομών δικτύου, επομένως ονομάζεται επίσης υποκείμενο δίκτυο (Infranet). Χρησιμοποιείται κυρίως σε εγκαταστάσεις παραγωγής για την επίτευξη αμφίδρομης, σειριακής, ψηφιακής επικοινωνίας πολλαπλών κόμβων μεταξύ του εξοπλισμού μέτρησης και ελέγχου.
Το Σύστημα Ελέγχου Πεδίου (FCS) είναι ένα σύστημα ελέγχου που χρησιμοποιεί έναν δίαυλο πεδίου για τη σύνδεση διαφόρων ελεγκτών και εξοπλισμού οργάνων Αυτό το σύστημα ελέγχου αποκεντρώνει πλήρως τις λειτουργίες ελέγχου στην τοποθεσία, μειώνοντας το κόστος εγκατάστασης και το κόστος συντήρησης. Στην πραγματικότητα, το FCS είναι ένα ανοιχτό, διαλειτουργικό και πλήρως αποκεντρωμένο κατανεμημένο σύστημα ελέγχου.
Το ενσωματωμένο σύστημα ελέγχου πεδίου ενσωματώνει έναν αποκλειστικό μικροεπεξεργαστή σε ένα παραδοσιακό όργανο μέτρησης και ελέγχου, επιτρέποντάς του να έχει δυνατότητες ψηφιακού υπολογισμού και ψηφιακής επικοινωνίας. Χρησιμοποιεί συνεστραμμένα ζεύγη, γραμμές ρεύματος ή οπτικές ίνες ως δίαυλο για τη σύνδεση πολλαπλών οργάνων μέτρησης και ελέγχου σε ένα δίκτυο Σύμφωνα με τα τυπικά πρωτόκολλα επικοινωνίας, συνδέει πολλαπλούς ηλεκτρονικούς εξοπλισμούς μέτρησης και ελέγχου που βρίσκονται στο εργοτάξιο και μεταξύ των επιτόπιων οργάνων και της απομακρυσμένης παρακολούθησης. Η μετάδοση δεδομένων και η ανταλλαγή πληροφοριών πραγματοποιούνται μεταξύ υπολογιστών, σχηματίζοντας διάφορα συστήματα αυτόματου ελέγχου κατάλληλα για τις πραγματικές ανάγκες. Εν ολίγοις, το σύστημα ελέγχου fieldbus μετατρέπει μεμονωμένες κατανεμημένες συσκευές μέτρησης και ελέγχου σε κόμβους δικτύου, χρησιμοποιώντας το fieldbus ως σύνδεσμο για να κάνει αυτές τις κατανεμημένες συσκευές ένα σύστημα δικτύου που μπορεί να επικοινωνεί μεταξύ τους και να ολοκληρώσει τις εργασίες αυτόματου ελέγχου μαζί. Με τη βοήθεια της τεχνολογίας fieldbus, ο παραδοσιακός ενιαίος κατανεμημένος εξοπλισμός ελέγχου έχει γίνει ένα σύνολο που επικοινωνεί μεταξύ τους και λειτουργεί συλλογικά.
Το οικιακό δίκτυο πληροφοριών είναι ένα τοπικό δίκτυο που συνδέει προσωπικούς υπολογιστές, οικιακές συσκευές, μετρητές νερού, ηλεκτρισμού, αερίου, εξοπλισμό φωτισμού, εξοπλισμό δικτύου και εξοπλισμό ασφαλείας μέσα στο σπίτι. Η κύρια λειτουργία του είναι να ελέγχει κεντρικά τις προαναφερθείσες συσκευές και να τις συνδέει στο Διαδίκτυο για κοινή χρήση πόρων και υπηρεσιών δικτύου. Επιπλέον, το δίκτυο πληροφοριών για το σπίτι μπορεί επίσης να επεκταθεί σε ολόκληρο το σπίτι ή ακόμα και σε ολόκληρη την κοινότητα, αποτελώντας τη βάση έξυπνων οικιστικών κοινοτήτων και έξυπνων κοινωνιών. Στο σύστημα οικιακού δικτύου πληροφοριών, όλες οι οικιακές συσκευές είναι έξυπνες, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών συσκευών, του νερού, του ηλεκτρισμού, των μετρητών αερίου και του φωτιστικού εξοπλισμού. Μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και να έχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο μέσω της πύλης του σπιτιού. Η υλοποίηση του δικτύου πληροφοριών για το σπίτι παρέχει στους ανθρώπους ένα ασφαλέστερο, πιο βολικό και άνετο οικιακό περιβάλλον. Για παράδειγμα, όταν ο ιδιοκτήτης βγει έξω, η πόρτα θα κλείσει και θα κλειδώσει αυτόματα, το σύστημα παρακολούθησης θα ενεργοποιηθεί αυτόματα και ο ιδιοκτήτης θα ειδοποιηθεί αυτόματα για τυχόν ανωμαλίες στο σπίτι ώρα και οπουδήποτε, και τα δεδομένα του οργάνου μπορούν να μεταφορτωθούν αυτόματα.
Το δίκτυο οικογενειακών πληροφοριών πρέπει να λύσει δύο βασικά προβλήματα:
(1) Πώς να συνδέσετε οικιακές συσκευές, νερό, ρεύμα, μετρητές αερίου, εξοπλισμό φωτισμού κ.λπ. μεταξύ τους.
(2) Πώς να πραγματοποιηθεί η διαλειτουργικότητα μεταξύ αυτών των συνδεδεμένων συσκευών, δηλαδή, οι συσκευές στο οικιακό δίκτυο πληροφοριών μπορούν να ζητούν αυτόματα υπηρεσίες όταν χρειάζεται και οι σχετικές συσκευές μπορούν να παρέχουν υπηρεσίες ή να δέχονται αιτήματα και να τις επεξεργάζονται. Το οικιακό δίκτυο πληροφοριών μπορεί να υιοθετήσει διαφορετικές τοπολογικές δομές, όπως τύπο διαύλου, δομή αστεριού κ.λπ. Το οικιακό δίκτυο πληροφοριών μπορεί περαιτέρω να χωριστεί σε πολλά υποδίκτυα ελέγχου και υποδίκτυα δεδομένων. Το υποδίκτυο δεδομένων έχει υψηλότερες απαιτήσεις εύρους ζώνης και οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε αυτό πρέπει να μεταδίδουν μεγάλο όγκο πληροφοριών δεδομένων.
Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη των επικοινωνιών κινητής τηλεφωνίας και την ταχεία εκλαΐκευση των προσωπικών υπολογιστών, μια ποικιλία φορητών υπολογιστών, όπως φορητοί υπολογιστές, φορητοί υπολογιστές, φορητοί υπολογιστές κ.λπ., έχουν αυξηθεί γρήγορα δεν ανταποκρίνεται πλέον στις ανάγκες. Οι άνθρωποι ελπίζουν να μεταδίδουν και να ανταλλάσσουν πληροφορίες δεδομένων οποτεδήποτε και οπουδήποτε, έτσι τα μέσα μετάδοσης επικοινωνίας δεδομένων άρχισαν να επεκτείνονται από ενσύρματα σε ασύρματα και εμφανίστηκε η ασύρματη επικοινωνία δεδομένων κινητής τηλεφωνίας. Το ασύρματο δίκτυο επικοινωνίας δεδομένων είναι ένα σύστημα δικτύου που μεταδίδει δεδομένα μέσω ραδιοκυμάτων. Αναπτύχθηκε με βάση την ενσύρματη επικοινωνία δεδομένων και μπορεί να πραγματοποιήσει επικοινωνία δεδομένων σε κατάσταση κινητής τηλεφωνίας.Μέσω ασύρματων δικτύων επικοινωνίας δεδομένων, έξυπνων τηλεφώνων, PDA και
Οι φορητοί υπολογιστές μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες δεδομένων ο ένας στον άλλο και να έχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Τα ασύρματα δίκτυα επικοινωνίας δεδομένων χωρίζονται σε ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας και ασύρματο Internet. Τα ασύρματα δίκτυα μικρής εμβέλειας περιλαμβάνουν κυρίως 802.11, Bluetooth, IrDA και HomeRF. Το ασύρματο Internet ή το κινητό Διαδίκτυο χρησιμοποιεί κυρίως δύο τεχνολογίες ασύρματης σύνδεσης: η μία είναι η τεχνολογία ασύρματης πρόσβασης κινητής τηλεφωνίας, όπως GSM, GPRS, CDPD (Cellular Digital Packet Data) κ.λπ , δορυφορική και ασύρματη οπτική μετάδοση κ.λπ.
Με την ταχεία ανάπτυξη του Διαδικτύου και της ενσωματωμένης τεχνολογίας, ολοένα και περισσότερες συσκευές πληροφοριών, όπως τηλεφωνήματα βίντεο Web, αποκωδικοποιητές και συσκευές πληροφοριών και άλλα προϊόντα ενσωματωμένου συστήματος, απαιτείται να συνδέονται στο Διαδίκτυο για να μοιράζονται την ευκολία, ταχύτητα και ευκολία που παρέχεται από το Διαδίκτυο Πανταχού παρόντες πόροι και υπηρεσίες πληροφοριών, συγκεκριμένα η ενσωματωμένη τεχνολογία Διαδικτύου. Η τεχνολογία του ενσωματωμένου Διαδικτύου έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στους τομείς των έξυπνων μεταφορών, των συστημάτων καθαριότητας, του οικιακού αυτοματισμού, του βιομηχανικού αυτοματισμού, των POS και του ηλεκτρονικού εμπορίου.
1.Ενσωματωμένη μέθοδος πρόσβασης στο Διαδίκτυο
Οι ενσωματωμένες συσκευές ενσωματώνουν τη στοίβα πρωτοκόλλου TCP/IP και το σχετικό λογισμικό Τέτοιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κόμβος στο Διαδίκτυο, να εκχωρηθεί μια διεύθυνση IP και να συνδεθούν απευθείας με το Διαδίκτυο. Τα χαρακτηριστικά αυτής της μεθόδου πρόσβασης είναι:
2.Ενσωματωμένη στοίβα πρωτοκόλλου TCP/IP
Οι λειτουργίες που ολοκληρώνονται από την ενσωματωμένη στοίβα πρωτοκόλλου TCP/IP είναι οι ίδιες με αυτές της πλήρους στοίβας πρωτοκόλλου TCP/IP, ωστόσο, λόγω περιορισμών πόρων του ενσωματωμένου συστήματος, ορισμένοι δείκτες και διεπαφές της ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων μπορεί να διαφέρουν από τις συνηθισμένες. στοίβες πρωτοκόλλου.
(1) Η διεπαφή κλήσης της ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων είναι διαφορετική από αυτή της συνηθισμένης στοίβας πρωτοκόλλων. Η διασύνδεση υποδοχής της συνηθισμένης στοίβας πρωτοκόλλων είναι στάνταρ και το λογισμικό εφαρμογής έχει καλή συμβατότητα, ωστόσο, τα γενικά έξοδα επεξεργασίας και αποθήκευσης για την υλοποίηση της τυποποιημένης διεπαφής είναι τεράστια. Επομένως, όταν οι περισσότεροι κατασκευαστές μεταφύτευσαν τυπικές διασυνδέσεις στοίβας πρωτοκόλλων σε ενσωματωμένα συστήματα, έκαναν διαφορετικούς βαθμούς τροποποίησης και απλοποίησης και καθιέρωσαν αποτελεσματικές στοίβες αποκλειστικών πρωτοκόλλων .
(2) Η προσαρμοστικότητα της ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων. Οι περισσότερες στοίβες ενσωματωμένων πρωτοκόλλων είναι αρθρωτές Εάν ο χώρος στη μνήμη είναι περιορισμένος, μπορούν να εγκατασταθούν δυναμικά όταν χρειάζεται και παραλείπουν πολλά μη βασικά μέρη για ενσωματωμένα συστήματα, όπως η προώθηση διασύνδεσης και ένα πλήρες σύνολο εργαλείων υπηρεσιών Διαδικτύου.
(3) Συμβατότητα πλατφόρμας ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων. Γενικά, η στοίβα πρωτοκόλλου είναι στενά ενσωματωμένη με το λειτουργικό σύστημα και οι περισσότερες στοίβες πρωτοκόλλων υλοποιούνται στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Η υλοποίηση της στοίβας πρωτοκόλλων εξαρτάται από τις υπηρεσίες που παρέχει το λειτουργικό σύστημα και έχει κακή φορητότητα. Η υλοποίηση της ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων έχει γενικά μικρή εξάρτηση από το λειτουργικό σύστημα και είναι εύκολο να μεταμοσχευθεί. Πολλές εμπορικές στοίβες ενσωματωμένων πρωτοκόλλων υποστηρίζουν πολλαπλές πλατφόρμες λειτουργικών συστημάτων.
(4) Υψηλή απόδοση της ενσωματωμένης στοίβας πρωτοκόλλων. Οι υλοποιήσεις των ενσωματωμένων στοίβων πρωτοκόλλων καταλαμβάνουν συνήθως λιγότερο χώρο, απαιτούν μικρότερη μνήμη δεδομένων και είναι αποδοτικές στον κώδικα, μειώνοντας έτσι τις απαιτήσεις απόδοσης του επεξεργαστή.
Με την ανάπτυξη της ενσωματωμένης τεχνολογίας, οι ενσωματωμένες βάσεις δεδομένων κινούνται σταδιακά προς την εφαρμογή. Ουσιαστικά, οι ενσωματωμένες βάσεις δεδομένων αναπτύσσονται από γενικές βάσεις δεδομένων και εκτελούνται σε διάφορες ενσωματωμένες συσκευές ή φορητές συσκευές, επειδή περιορίζονται από το περιβάλλον εφαρμογής του ίδιου του ενσωματωμένου συστήματος .
Συνήθως, ένα σύστημα διαχείρισης ενσωματωμένης βάσης δεδομένων είναι ένα σύστημα διαχείρισης βάσης δεδομένων που χρησιμοποιείται σε ενσωματωμένες συσκευές. Δεδομένου ότι τα περισσότερα από τα ενσωματωμένα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων είναι κινητές συσκευές πληροφοριών, όπως φορητοί υπολογιστές, PDA, συσκευές τοποθετημένες σε όχημα και άλλες κινητές συσκευές επικοινωνίας, οι ενσωματωμένες συσκευές σταθερής θέσης χρησιμοποιούνται σπάνια Ενσωματωμένη βάση δεδομένων για κινητά.Η κύρια λειτουργία του είναι η επίλυση προβλημάτων διαχείρισης δεδομένων σε φορητό υπολογιστικό περιβάλλον.
Κατανεμημένη βάση δεδομένων.
Η εισαγωγή της τεχνολογίας βάσεων δεδομένων σε ενσωματωμένα συστήματα οφείλεται κυρίως στις ακόλουθες ελλείψεις στην ανάπτυξη εφαρμογών διαχείρισης πληροφοριών απευθείας σε ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα ή γυμνό μέταλλο:
(1) Όλες οι εφαρμογές απαιτούν επαναλαμβανόμενες εργασίες διαχείρισης δεδομένων, γεγονός που αυξάνει τη δυσκολία και το κόστος ανάπτυξης.
(2) Η κοινή χρήση δεδομένων μεταξύ εφαρμογών είναι κακή.
(3) Το λογισμικό εφαρμογής έχει χαμηλή ανεξαρτησία, φορητότητα και χαμηλή επαναχρησιμοποίηση.
Η εισαγωγή συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων σε ενσωματωμένα συστήματα μπορεί να λύσει τα παραπάνω προβλήματα σε μεγάλο βαθμό και να βελτιώσει την αποδοτικότητα ανάπτυξης και τη φορητότητα των συστημάτων εφαρμογών.
Το ενσωματωμένο σύστημα βάσης δεδομένων είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα που περιλαμβάνει ένα ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων και εκτείνεται σε φορητές συσκευές επικοινωνίας, σταθμούς εργασίας ή επιτραπέζιους υπολογιστές και διακομιστές δεδομένων Ο μεγαλύτερος αντίκτυπος επηρεάζει άμεσα τη δομή του ενσωματωμένου συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος χρήσης του μπορούν απλά να συνοψιστούν ως εξής:
(1) Η συσκευή είναι κινητή ανά πάσα στιγμή Οι ενσωματωμένες βάσεις δεδομένων χρησιμοποιούνται κυρίως σε κινητές συσκευές πληροφοριών.
(2) Το δίκτυο αποσυνδέεται συχνά και η θέση των κινητών συσκευών ή των κινητών τερματικών αλλάζει συχνά κατά τη χρήση Επηρεάζεται επίσης από παράγοντες όπως οι μέθοδοι χρήσης, η παροχή ρεύματος, η ασύρματη επικοινωνία και οι συνθήκες δικτύου. Επομένως, η σύνδεση δικτύου γενικά δεν διατηρείται συνεχώς, αλλά συχνά αποσυνδέεται ενεργά ή παθητικά και συνδέεται κατά διαστήματα.
(3) Οι συνθήκες δικτύου είναι διαφορετικές Λόγω των συχνών αλλαγών στη θέση των φορητών συσκευών πληροφοριών, οι κινητές συσκευές πληροφοριών και οι διακομιστές δεδομένων ενδέχεται να συνδέονται μέσω διαφορετικών συστημάτων δικτύου σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Αυτά τα δίκτυα ενδέχεται να διαφέρουν ως προς το εύρος ζώνης δικτύου, το κόστος επικοινωνίας, την καθυστέρηση δικτύου, την ποιότητα της υπηρεσίας κ.λπ.
(4) Ασύμμετρες δυνατότητες επικοινωνίας Λόγω των περιορισμών πόρων των κινητών συσκευών, οι δυνατότητες επικοινωνίας δικτύου μεταξύ κινητών συσκευών και διακομιστών είναι ασύμμετρες. Οι δυνατότητες αποστολής των κινητών συσκευών είναι πολύ περιορισμένες, καθιστώντας πολύ διαφορετικό το εύρος ζώνης επικοινωνίας κατερχόμενης ζεύξης από τον διακομιστή δεδομένων στην κινητή συσκευή και το εύρος ζώνης ανοδικής ζεύξης από την κινητή συσκευή στον διακομιστή δεδομένων.
Ένα πλήρες ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων αποτελείται από πολλά υποσυστήματα, συμπεριλαμβανομένου του κύριου συστήματος διαχείρισης βάσης δεδομένων, του διακομιστή συγχρονισμού, του ενσωματωμένου συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων, του δικτύου σύνδεσης και άλλων υποσυστημάτων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 12-6.
(1) Ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Το ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων είναι ένα λειτουργικά ανεξάρτητο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων ενός χρήστη. Μπορεί να εκτελεστεί ανεξάρτητα από το διακομιστή συγχρονισμού και το σύστημα διαχείρισης της κύριας βάσης δεδομένων για τη διαχείριση δεδομένων στο ενσωματωμένο σύστημα με διάφορους τρόπους συγχρονισμού δεδομένων.
(2) Διακομιστής συγχρονισμού. Ο διακομιστής συγχρονισμού είναι ο κόμβος σύνδεσης μεταξύ της ενσωματωμένης βάσης δεδομένων και της κύριας βάσης δεδομένων, διασφαλίζοντας τη συνοχή των δεδομένων στην ενσωματωμένη βάση δεδομένων και στην κύρια βάση δεδομένων.
(3) Διακομιστής δεδομένων. Η κύρια βάση δεδομένων και το σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων του διακομιστή δεδομένων μπορεί να χρησιμοποιεί συστήματα βάσεων δεδομένων μεγάλης κλίμακας γενικής χρήσης, όπως το Oracle ή το Sybase.
(4) Συνδεθείτε στο δίκτυο. Ο κύριος διακομιστής βάσης δεδομένων και ο διακομιστής συγχρονισμού συνδέονται γενικά μέσω ενός σταθερού δικτύου υψηλού εύρους ζώνης και χαμηλής καθυστέρησης. Η σύνδεση μεταξύ της κινητής συσκευής και του διακομιστή συγχρονισμού μπορεί να είναι ένα ασύρματο LAN, μια σύνδεση υπερύθρων, μια καθολική σειριακή γραμμή ή ένα δημόσιο δίκτυο σύμφωνα με τις συγκεκριμένες συνθήκες της συσκευής.
1.Το κλειδί για τις ενσωματωμένες βάσεις δεδομένων για φορητές συσκευές σε εφαρμογές
Σε πρακτικές εφαρμογές, οι ενσωματωμένες βάσεις δεδομένων για φορητές συσκευές πρέπει να επιλύουν προβλήματα όπως η συνέπεια δεδομένων (αντιγραφή), η αποτελεσματική επεξεργασία συναλλαγών και η ασφάλεια δεδομένων.
(1) Συνέπεια δεδομένων. Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της ενσωματωμένης βάσης δεδομένων κινητής τηλεφωνίας είναι ότι η σύνδεση μεταξύ των τερματικών δεδομένων κινητής τηλεφωνίας και του διακομιστή συγχρονισμού είναι αδύναμη σύνδεση, δηλαδή χαμηλό εύρος ζώνης, μεγάλη καθυστέρηση, αστάθεια και συχνή αποσύνδεση. Προκειμένου να υποστηριχθούν οι λειτουργίες των χρηστών στη βάση δεδομένων σε αδύναμα περιβάλλοντα, η μέθοδος αισιόδοξης αναπαραγωγής (Optimistic Replication ή Lazy Replication) χρησιμοποιείται πλέον συνήθως για να επιτρέπει στους χρήστες να χειρίζονται αντίγραφα δεδομένων στην τοπική κρυφή μνήμη. Μετά την επανασύνδεση του δικτύου, οι πληροφορίες τροποποίησης δεδομένων ανταλλάσσονται με τον διακομιστή βάσης δεδομένων ή άλλα τερματικά δεδομένων κινητής τηλεφωνίας και η συνοχή των δεδομένων αποκαθίσταται μέσω ανίχνευσης και συντονισμού συγκρούσεων.
(2) Αποτελεσματική επεξεργασία συναλλαγών. Οι συναλλαγές μέσω κινητού πραγματοποιούνται σε περιβάλλον κινητής τηλεφωνίας με συχνές και προβλέψιμες αποσυνδέσεις. Προκειμένου να διασφαλιστεί η ομαλή ολοκλήρωση των ενεργών συναλλαγών, πρέπει να σχεδιαστούν και να εφαρμοστούν νέες στρατηγικές και αλγόριθμοι διαχείρισης συναλλαγών. Καθορίστε την προτεραιότητα της επεξεργασίας συναλλαγών με βάση τις συνθήκες σύνδεσης δικτύου και τα αιτήματα συναλλαγών με υψηλές ταχύτητες σύνδεσης δικτύου θα διεκπεραιωθούν πρώτα.
Προσδιορίστε εάν η συναλλαγή θα μετεγκατασταθεί με βάση το χρόνο λειτουργίας, δηλαδή, όλες οι μακροπρόθεσμες λειτουργίες συναλλαγής θα μετεγκατασταθούν στον διακομιστή για εκτέλεση και δεν υπάρχει ανάγκη να διασφαλιστεί ότι το δίκτυο είναι πάντα ομαλό να προσδιορίζεται εάν η συναλλαγή μεταφορτώνεται για εκτέλεση ή λήψη μετά την εκτέλεση του αντιγράφου δεδομένων με βάση το μέγεθος των δεδομένων κατά την επεξεργασία των συναλλαγών, εάν θα χρησιμοποιηθεί μηχανισμός εντοπισμού διακομιστή ή μηχανισμός δήλωσης πελάτη κατά την ενημέρωση των χαρακτηριστικών θέσης χρήστη σε πραγματικό χρόνο κίνηση συναλλαγής (όπως ερωτήματα που σχετίζονται με την τοποθεσία).
(3) Ασφάλεια δεδομένων. Οι ενσωματωμένες συσκευές σε πολλά πεδία εφαρμογών είναι βασικές συσκευές για τη διαχείριση ή την επεξεργασία δεδομένων στο σύστημα, επομένως το σύστημα βάσης δεδομένων στην ενσωματωμένη συσκευή έχει αυστηρότερο έλεγχο των αδειών πρόσβασης. Ταυτόχρονα, πολλές ενσωματωμένες συσκευές έχουν υψηλή κινητικότητα, φορητότητα και μη σταθερά περιβάλλοντα εργασίας, τα οποία φέρνουν επίσης πιθανούς μη ασφαλείς παράγοντες. Επιπλέον, ορισμένα δεδομένα έχουν υψηλό προσωπικό απόρρητο, επομένως η ασφάλεια των προσωπικών δεδομένων πρέπει να είναι πλήρως εγγυημένη όσον αφορά την πρόληψη συγκρούσεων, παρεμβολών μαγνητικού πεδίου, απώλειας και κλοπής. Τα κύρια μέτρα για τη διασφάλιση της ασφάλειας των δεδομένων είναι: ο έλεγχος ταυτότητας των κινητών τερματικών για την αποτροπή της δόλιας πρόσβασης από παράνομες επικοινωνίες κρυπτογράφησης για την αποφυγή διαρροής δεδομένων και την αποθήκευση των ληφθέντων αντιγράφων δεδομένων.
2.Χαρακτηριστικά συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων για φορητές συσκευές
Το υπολογιστικό περιβάλλον του κινητού DBMS είναι μια επέκταση του παραδοσιακού κατανεμημένου DBMS. Μπορεί να θεωρηθεί ως ένα κατανεμημένο σύστημα στο οποίο οι πελάτες και οι σταθεροί κόμβοι διακομιστών συνδέονται δυναμικά. Επομένως, το σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων στο περιβάλλον φορητών υπολογιστών είναι ένα δυναμικό σύστημα διαχείρισης κατανεμημένων βάσεων δεδομένων. Εφόσον το ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων για φορητές συσκευές εφαρμόζεται σε ένα ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα σε περιβάλλον φορητών υπολογιστών, έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και λειτουργικές απαιτήσεις:
(1) Η δομή του μικροπυρήνα διευκολύνει την υλοποίηση των ενσωματωμένων λειτουργιών. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμένους πόρους των ενσωματωμένων συσκευών, το ενσωματωμένο φορητό DBMS θα πρέπει να υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογία μικρογραφίας και να συμπυκνώσει τη δομή του συστήματος για να καλύψει τις ανάγκες των ενσωματωμένων εφαρμογών.
(2) Υποστήριξη για τυπική SQL. Το ενσωματωμένο κινητό DBMS θα πρέπει να παρέχει υποστήριξη για τυπική SQL. Υποστηρίζει ένα υποσύνολο του προτύπου SQL92, υποστηρίζει ερώτημα δεδομένων (ερώτημα σύνδεσης, υποερώτημα, ταξινόμηση, ομαδοποίηση κ.λπ.), εισαγωγή, ενημέρωση, διαγραφή πολλαπλών τυπικών δηλώσεων SQL, καλύπτοντας πλήρως τις ανάγκες ανάπτυξης ενσωματωμένων εφαρμογών.
(3) Λειτουργία διαχείρισης συναλλαγών. Το ενσωματωμένο κινητό DBMS θα πρέπει να έχει λειτουργίες επεξεργασίας συναλλαγών, να διατηρεί αυτόματα την ακεραιότητα της συναλλαγής, την ατομικότητα και άλλα χαρακτηριστικά υποστήριξης της ακεραιότητας της οντότητας και την ακεραιότητα αναφοράς.
(4) Πλήρης μηχανισμός συγχρονισμού δεδομένων. Ο συγχρονισμός δεδομένων είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των ενσωματωμένων βάσεων δεδομένων. Μέσω της αναπαραγωγής δεδομένων, οι αλλαγές στην ενσωματωμένη βάση δεδομένων ή στην κύρια βάση δεδομένων μπορούν να εφαρμοστούν μεταξύ τους για να διασφαλιστεί η συνέπεια των δεδομένων. Ο μηχανισμός συγχρονισμού δεδομένων του ενσωματωμένου συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων για φορητές συσκευές θα πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
(5) Υποστηρίζει πολλαπλά πρωτόκολλα σύνδεσης. Το ενσωματωμένο κινητό DBMS θα πρέπει να υποστηρίζει πολλαπλά πρωτόκολλα σύνδεσης επικοινωνίας. Οι συνδέσεις με ενσωματωμένες συσκευές και διακομιστές βάσης δεδομένων μπορούν να επιτευχθούν μέσω διαφόρων μεθόδων σύνδεσης, όπως σειριακή επικοινωνία, TCP/IP, μετάδοση υπερύθρων και Bluetooth.
(6) Ολοκληρώστε τις λειτουργίες διαχείρισης ενσωματωμένης βάσης δεδομένων. Το ενσωματωμένο κινητό DBMS θα πρέπει να διαθέτει λειτουργία αυτόματης ανάκτησης, η οποία βασικά δεν απαιτεί χειροκίνητη παρέμβαση για τη διαχείριση της ενσωματωμένης βάσης δεδομένων και μπορεί να παρέχει αντίγραφα ασφαλείας και ανάκτηση δεδομένων για να διασφαλίσει την ασφάλεια και την αξιοπιστία των δεδομένων χρήστη.
(7) Ανεξαρτησία πλατφόρμας και υποστήριξη για πολλαπλά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα. Το ενσωματωμένο κινητό DBMS θα πρέπει να μπορεί να υποστηρίζει μια ποικιλία από δημοφιλή επί του παρόντος ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα, όπως τα Windows CE και Palm OS, έτσι ώστε το ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων για φορητές συσκευές να μην περιορίζεται από τερματικά κινητής τηλεφωνίας.
(8) Μηδενικά χαρακτηριστικά διαχείρισης. Η ενσωματωμένη βάση δεδομένων διαθέτει λειτουργία αυτόματης ανάκτησης. Μπορεί να διαχειριστεί την ενσωματωμένη βάση δεδομένων χωρίς χειροκίνητη παρέμβαση και να παρέχει αντίγραφα ασφαλείας και συγχρονισμό δεδομένων.
Επιπλέον, μια ιδανική κατάσταση είναι οι χρήστες να μπορούν να εκτελούν λειτουργίες και διαχείριση δεδομένων σε όλες τις βάσεις δεδομένων κινητής τηλεφωνίας που σχετίζονται με αυτό χρησιμοποιώντας μόνο ένα κινητό τερματικό (όπως ένα κινητό τηλέφωνο). Αυτό απαιτεί το σύστημα front-end να είναι καθολικό και η διεπαφή της βάσης δεδομένων για κινητά να έχει ενοποιημένα και τυποποιημένα πρότυπα. Το σύστημα διαχείρισης front-end δημιουργεί αυτόματα ενοποιημένες εντολές επεξεργασίας συναλλαγών κατά την επεξεργασία δεδομένων και τις υποβάλλει στον τρέχοντα συνδεδεμένο διακομιστή δεδομένων για εκτέλεση. Αυτό ενισχύει αποτελεσματικά την ευελιξία του ενσωματωμένου συστήματος διαχείρισης βάσεων δεδομένων για φορητές συσκευές και διευρύνει τις προοπτικές εφαρμογής της ενσωματωμένης βάσης δεδομένων για κινητά.
Εν ολίγοις, στο ενσωματωμένο σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων κινητής τηλεφωνίας, πολλά ζητήματα που δεν χρειάζεται να ληφθούν υπόψη σε παραδοσιακά υπολογιστικά περιβάλλοντα πρέπει να ληφθούν υπόψη, όπως υποστήριξη για λειτουργίες αποσύνδεσης, υποστήριξη για μεγάλες συναλλαγές μεταξύ περιοχών, υποστήριξη για ερωτήματα που σχετίζονται με τοποθεσία , και βελτιστοποίηση ερωτημάτων Ειδικές εκτιμήσεις και εκτιμήσεις για τη βελτίωση της χρήσης των περιορισμένων πόρων και της αποτελεσματικότητας του συστήματος. Προκειμένου να επιλυθούν αποτελεσματικά τα παραπάνω προβλήματα, τεχνολογίες όπως η τεχνολογία αναπαραγωγής και προσωρινής αποθήκευσης, η επεξεργασία συναλλαγών μέσω κινητής τηλεφωνίας, η τεχνολογία μετάδοσης δεδομένων, η επεξεργασία ερωτημάτων για κινητά και η βελτιστοποίηση ερωτημάτων, η επεξεργασία δεδομένων και η τεχνολογία ερωτημάτων που σχετίζονται με τοποθεσία, η τεχνολογία δημοσίευσης πληροφοριών για κινητά, ο παράγοντας κινητής τηλεφωνίας και άλλα Οι τεχνολογίες εξακολουθούν να αναπτύσσονται Η ανάπτυξη και η βελτίωση θα προωθήσουν περαιτέρω την ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων διαχείρισης βάσεων δεδομένων για κινητά.
Με απλά λόγια, ένα σύστημα σε πραγματικό χρόνο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύστημα που μπορεί να ανταποκριθεί σε εξωτερικά συμβάντα έγκαιρα. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτού του είδους συστήματος είναι η επικαιρότητα, δηλαδή ο πραγματικός χρόνος Η ορθότητα ενός συστήματος σε πραγματικό χρόνο δεν εξαρτάται μόνο από τα λογικά αποτελέσματα των υπολογισμών του συστήματος, αλλά εξαρτάται επίσης από το χρόνο που δημιουργούνται αυτά τα αποτελέσματα.
Επί του παρόντος, τα περισσότερα συστήματα σε πραγματικό χρόνο είναι ενσωματωμένα και τα πραγματικά ενσωματωμένα συστήματα έχουν επίσης απαιτήσεις σε πραγματικό χρόνο Όλοι οι τύποι ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων, επομένως, αυτή η ενότητα εστιάζει κυρίως στα χαρακτηριστικά και τις έννοιες των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο και εισάγει τις βασικές έννοιες και τα χαρακτηριστικά, τη βασική αρχιτεκτονική και τον πυρήνα των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων όπως υπηρεσίες, αντικείμενα πυρήνα και υπηρεσίες πυρήνα.
Στον πραγματικό κόσμο, δεν έχουν όλα τα ενσωματωμένα συστήματα χαρακτηριστικά σε πραγματικό χρόνο και όλα τα συστήματα πραγματικού χρόνου δεν είναι απαραίτητα ενσωματωμένα. Ωστόσο, αυτά τα δύο συστήματα δεν αλληλοαποκλείονται και τα συστήματα που έχουν τα χαρακτηριστικά και των δύο συστημάτων ονομάζονται ενσωματωμένα συστήματα σε πραγματικό χρόνο. Η σχέση μεταξύ τους φαίνεται στο Σχήμα 12-7.
(1) Η σωστή λογική (ή λειτουργία) σημαίνει ότι το σύστημα μπορεί να παράγει σωστά αποτελέσματα κατά την επεξεργασία εξωτερικών συμβάντων.
(2) Ο σωστός χρόνος σημαίνει ότι η επεξεργασία εξωτερικών συμβάντων από το σύστημα πρέπει να ολοκληρωθεί εντός προκαθορισμένης περιόδου.
(3) Η προθεσμία ή το χρονικό όριο, η προθεσμία, η προθεσμία αναφέρεται στο τελευταίο χρονικό όριο που πρέπει να επεξεργαστεί το σύστημα Η παράλειψη αυτού του ορίου μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες. Συνήθως, ο υπολογισμός πρέπει να ολοκληρωθεί πριν συμπληρωθεί το χρονικό όριο.
(4) Το σύστημα πραγματικού χρόνου αναφέρεται σε ένα σύστημα που ικανοποιεί τόσο τη σωστή λειτουργία όσο και το σωστό χρόνο. Με άλλα λόγια, τα συστήματα σε πραγματικό χρόνο είναι χρονικά περιορισμένα και καθοδηγούνται από προθεσμίες. Ωστόσο, σε ορισμένα συστήματα, η ορθότητα χρονισμού μπορεί να θυσιαστεί για να διασφαλιστεί η λειτουργική ορθότητα.
Για τη διαίρεση συστημάτων πραγματικού χρόνου, τα συστήματα πραγματικού χρόνου μπορούν συνήθως να χωριστούν σε:
(1) Ισχυρό σύστημα σε πραγματικό χρόνο, ο χρόνος απόκρισης του συστήματος είναι πολύ μικρός, συνήθως σε επίπεδο χιλιοστού του δευτερολέπτου ή μικροδευτερόλεπτου.
(2) Για γενικά συστήματα πραγματικού χρόνου, ο χρόνος απόκρισης του συστήματος είναι χαμηλότερος από αυτόν των ισχυρών συστημάτων πραγματικού χρόνου, συνήθως στο δεύτερο επίπεδο.
(3) Για αδύναμα συστήματα σε πραγματικό χρόνο, ο χρόνος απόκρισης του συστήματος μπορεί να είναι μεγαλύτερος και μπορεί επίσης να αλλάξει ανάλογα με τη σοβαρότητα του φορτίου του συστήματος.
Τα συστήματα πραγματικού χρόνου μπορούν να χωριστούν σε ήπια συστήματα πραγματικού χρόνου και σε σκληρά συστήματα πραγματικού χρόνου με βάση την ανοχή για χαμένες προθεσμίες ή τη σοβαρότητα των συνεπειών.
(1) Σύστημα σκληρού πραγματικού χρόνου αναφέρεται σε σύστημα πραγματικού χρόνου του οποίου η ευελιξία είναι κοντά στο μηδενικό χρονικό όριο.Πρέπει να τηρηθεί το χρονικό όριο
Διαφορετικά, θα προκύψουν καταστροφικές συνέπειες και τα αποτελέσματα επεξεργασίας που θα προκύψουν μετά το χρονικό όριο είτε θα είναι μηδενικού επιπέδου άχρηστα είτε θα υποτιμηθούν σε μεγάλο βαθμό.
(2) Το μαλακό σύστημα πραγματικού χρόνου αναφέρεται σε ένα σύστημα πραγματικού χρόνου που πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις χρονικού ορίου αλλά έχει έναν ορισμένο βαθμό ευελιξίας. Οι προθεσμίες μπορεί να περιλαμβάνουν μεταβλητά επίπεδα ανοχής, μέσες προθεσμίες ή ακόμη και στατιστικές κατανομές με διάφορους βαθμούς αποδοχής των χρόνων απόκρισης. Στα μαλακά συστήματα σε πραγματικό χρόνο, οι χαμένες προθεσμίες συνήθως δεν οδηγούν σε σοβαρές συνέπειες, όπως αστοχία συστήματος. Ο Πίνακας 12-2 είναι μια σύγκριση μαλακών συστημάτων πραγματικού και σκληρού πραγματικού χρόνου.
Συγκριτικά, μπορεί να φανεί ότι δεδομένου ότι οι χαμένες προθεσμίες δεν έχουν καθοριστικό αντίκτυπο στη λειτουργία ενός ήπιου συστήματος πραγματικού χρόνου, ένα σύστημα μαλακού σε πραγματικό χρόνο δεν χρειάζεται να προβλέψει εάν ενδέχεται να υπάρχουν εκκρεμείς χαμένες προθεσμίες. Αντίθετα, τα μαλακά συστήματα σε πραγματικό χρόνο μπορούν να ξεκινήσουν μια διαδικασία ανάκτησης μετά τον εντοπισμό μιας χαμένης προθεσμίας.
Σε ένα σύστημα σε πραγματικό χρόνο, ο χρόνος έναρξης μιας εργασίας είναι εξίσου σημαντικός με την προθεσμία ή τον χρόνο ολοκλήρωσης, καθώς η εργασία δεν διαθέτει τους απαιτούμενους πόρους, όπως η CPU και η μνήμη, μπορεί να εμποδίσει την έναρξη της εκτέλεσης της εργασίας και να οδηγήσει άμεσα σε απώλεια. την προθεσμία ολοκλήρωσης της εργασίας, έτσι ώστε το πρόβλημα της προθεσμίας εξελίσσεται σε πρόβλημα προγραμματισμού πόρων.
Αυτό έχει κρίσιμο αντίκτυπο στους αλγόριθμους προγραμματισμού και στο σχεδιασμό εργασιών.
Το λεγόμενο ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα αναφέρεται σε ένα λειτουργικό σύστημα που εκτελείται σε ένα ενσωματωμένο σύστημα υπολογιστή για την υποστήριξη ενσωματωμένων εφαρμογών Είναι μια συλλογή λογισμικού που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και τη διαχείριση πόρων υλικού και λογισμικού σε ενσωματωμένα συστήματα και για την παροχή υπηρεσιών συστήματος. Το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα είναι ένα σημαντικό μέρος του ενσωματωμένου λογισμικού. Η εμφάνισή του βελτίωσε την αποτελεσματικότητα της ανάπτυξης ενσωματωμένου λογισμικού, βελτίωσε τη φορητότητα του λογισμικού εφαρμογών και προώθησε αποτελεσματικά την ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων.
1.Χαρακτηριστικά των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων
Σε σύγκριση με λειτουργικά συστήματα γενικής χρήσης, τα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα έχουν κυρίως τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
(1) Μικρογραφία: Η λειτουργική πλατφόρμα του ενσωματωμένου λειτουργικού συστήματος δεν είναι ένας υπολογιστής γενικής χρήσης, αλλά ένα ενσωματωμένο σύστημα υπολογιστή. Αυτός ο τύπος συστήματος γενικά δεν έχει μνήμη μεγάλης χωρητικότητας και σχεδόν καθόλου εξωτερική μνήμη, επομένως, το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα πρέπει να είναι συμπαγές για να καταλαμβάνει όσο το δυνατόν λιγότερους πόρους του συστήματος. Προκειμένου να βελτιωθεί η ταχύτητα εκτέλεσης και η αξιοπιστία του συστήματος, το λογισμικό στο ενσωματωμένο σύστημα γενικά στερεοποιείται στο τσιπ μνήμης αντί να αποθηκεύεται σε έναν φορέα όπως ένας δίσκος.
(2) Υψηλή ποιότητα κώδικα: Στις περισσότερες εφαρμογές, ο αποθηκευτικός χώρος εξακολουθεί να είναι ένας πολύτιμος πόρος, ο οποίος απαιτεί ο κώδικας του προγράμματος να είναι υψηλής ποιότητας και ο κώδικας να είναι όσο το δυνατόν πιο βελτιωμένος.
(3) Εξειδίκευση: Υπάρχουν διάφορες πλατφόρμες υλικού για ενσωματωμένα συστήματα και οι επεξεργαστές ενημερώνονται γρήγορα. Καθένας από αυτούς έχει σχεδιαστεί ειδικά για διαφορετικά πεδία εφαρμογών. Επομένως, το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα πρέπει να έχει καλή προσαρμοστικότητα και φορητότητα και πρέπει επίσης να υποστηρίζει πολλαπλές πλατφόρμες ανάπτυξης.
(4) Ισχυρή απόδοση σε πραγματικό χρόνο: Τα ενσωματωμένα συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως στον έλεγχο διεργασιών, στη συλλογή δεδομένων, στις επικοινωνίες, στην επεξεργασία πληροφοριών πολυμέσων και σε άλλες καταστάσεις που απαιτούν απόκριση σε πραγματικό χρόνο .
(5) Δυνατότητα κοπής και διαμόρφωσης: Η ποικιλία των εφαρμογών απαιτεί το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα να έχει ισχυρή προσαρμοστικότητα και να μπορεί να διαμορφωθεί με ευελιξία και να κοπεί εύλογα σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και τις ειδικές απαιτήσεις της εφαρμογής για προσαρμογή στις απαιτήσεις σμίκρυνσης και εξειδίκευσης.
2.Ταξινόμηση ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων
Υπάρχουν πολλοί τύποι ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων, τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν από διαφορετικές οπτικές γωνίες. Από τη μορφή απόκτησης του ενσωματωμένου λειτουργικού συστήματος, μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: εμπορικού τύπου και ελεύθερου τύπου:
(1) Εμπορικός τύπος. Τα εμπορικά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα έχουν γενικά σταθερές και αξιόπιστες λειτουργίες, πλήρη τεχνική υποστήριξη, πλήρη εργαλεία ανάπτυξης και υπηρεσίες μετά την πώληση. Όπως το VxWorks της WindRiver, το pSOS και το Palm's Palm OS κ.λπ. Ωστόσο, είναι ακριβό και οι χρήστες συνήθως δεν μπορούν να λάβουν τον πηγαίο κώδικα του συστήματος.
(2) Ελεύθερος τύπος. Το πλεονέκτημα ενός δωρεάν ενσωματωμένου λειτουργικού συστήματος έγκειται στην τιμή του. Ωστόσο, τα δωρεάν λειτουργικά συστήματα έχουν απλές λειτουργίες, κακή τεχνική υποστήριξη και κακή σταθερότητα συστήματος. Τα τυπικά αντιπροσωπευτικά συστήματα περιλαμβάνουν ενσωματωμένο Linux, uC/OS κ.λπ. Από τη φύση των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο, μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο και ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα μη σε πραγματικό χρόνο.
(1) Ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο (RTEOS). Το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο υποστηρίζει την εργασία του συστήματος σε πραγματικό χρόνο. Τα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούνται κυρίως στον έλεγχο, την επικοινωνία και άλλους τομείς. Επί του παρόντος, τα περισσότερα εμπορικά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα είναι λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο.
(2) Ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα μη σε πραγματικό χρόνο. Αυτός ο τύπος λειτουργικού συστήματος δεν δίνει ιδιαίτερη προσοχή στον χρόνο απόκρισης μιας μεμονωμένης εργασίας. όπως προσωπικούς ψηφιακούς βοηθούς, αποκωδικοποιητές κ.λπ.
Συνολικά, η απόδοση ενός ενσωματωμένου συστήματος σε πραγματικό χρόνο καθορίζεται από το υλικό, το λειτουργικό σύστημα και τις εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο. Γενικά, υπάρχουν δύο τύποι ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο: RTEOS που βασίζονται σε πυρήνα σε πραγματικό χρόνο και RTEOS γενικής χρήσης.
RTEOS τύπου πυρήνα σε πραγματικό χρόνο: Αυτός ο τύπος λειτουργικού συστήματος, τα προγράμματα οδήγησης είναι παραδοσιακά ενσωματωμένα στον πυρήνα και οι εφαρμογές και το ενδιάμεσο λογισμικό υλοποιούνται σε τυπικές διεπαφές προγραμματισμού εφαρμογών (API, Διεπαφές Προγραμματισμού Εφαρμογών).
RTEOS γενικής χρήσης σε πραγματικό χρόνο: Σε αυτόν τον τύπο λειτουργικού συστήματος, το πρόγραμμα οδήγησης δεν είναι βαθιά ενσωματωμένο στον πυρήνα, αλλά υλοποιείται πάνω από τον πυρήνα και περιέχει μόνο μερικά απαραίτητα προγράμματα οδήγησης και ενδιάμεσο λογισμικό πάνω από το πρόγραμμα οδήγησης , αντί να πρέπει να εφαρμοστεί σε τυπικά API. Οι διαφορές τους φαίνονται στο Σχήμα 12-8.
Υπάρχουν πολλές λειτουργικές ομοιότητες μεταξύ των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο και των λειτουργικών συστημάτων γενικής χρήσης.
1.Βασικά χαρακτηριστικά των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο
Σε σύγκριση με λειτουργικά συστήματα γενικής χρήσης, τα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο έχουν πολλά χαρακτηριστικά λειτουργικότητας. Τα βασικά χαρακτηριστικά που είναι μοναδικά για τα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο που διαφέρουν από τα λειτουργικά συστήματα γενικής χρήσης περιλαμβάνουν:
2.Δείκτες απόδοσης σε πραγματικό χρόνο των ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο Κατά την αξιολόγηση της απόδοσης σχεδίων λειτουργικών συστημάτων σε πραγματικό χρόνο, δείκτες απόδοσης χρόνου
Ο δείκτης είναι ο πιο σημαντικός δείκτης απόδοσης Οι συνήθεις δείκτες απόδοσης χρόνου περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα:
(1) Χρόνος εναλλαγής εργασιών: αναφέρεται στο χρόνο που απαιτείται για τη μεταφορά του ελέγχου της CPU από μια εργασία που εκτελείται σε μια άλλη έτοιμη εργασία, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου που δαπανάται για την αποθήκευση και την επαναφορά του περιβάλλοντος εργασίας και την επιλογή της επόμενης εργασίας που θα εκτελεστεί κατά την εκτέλεση της εναλλαγής εργασιών χρόνο, αυτός ο δείκτης σχετίζεται με τον αριθμό των καταχωρητών και τη δομή του συστήματος του μικροεπεξεργαστή. Το ίδιο λειτουργικό σύστημα μπορεί να χρειάζεται διαφορετικούς χρόνους όταν εκτελείται σε διαφορετικούς μικροεπεξεργαστές. Το διάγραμμα χρονισμού που αντιστοιχεί στον χρόνο εναλλαγής εργασιών φαίνεται στο Σχήμα 12-9.
(2) Χρονικοί δείκτες που σχετίζονται με την επεξεργασία διακοπής, το αντίστοιχο διάγραμμα χρονισμού διακοπής φαίνεται στο Σχήμα 12-10
Ο χρόνος καθυστέρησης διακοπής αναφέρεται στο χρόνο από την εμφάνιση της διακοπής έως την εκμάθηση του συστήματος της διακοπής.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος διακοπής, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η καθυστέρηση διακοπής.
Διακοπή χρόνου εκτέλεσης επεξεργασίας, ο οποίος καθορίζεται από τη συγκεκριμένη εφαρμογή.
Ο χρόνος απόκρισης διακοπής αναφέρεται στο χρόνο από την εμφάνιση μιας διακοπής έως την έναρξη της εκτέλεσης της ρουτίνας υπηρεσίας διακοπής χρήστη.
Ο χρόνος ανάκτησης διακοπής αναφέρεται στο χρόνο μεταξύ της λήξης της ρουτίνας υπηρεσίας διακοπής του χρήστη και της επιστροφής στον κωδικό που έχει διακοπεί.
Ο μέγιστος χρόνος διακοπής περιλαμβάνει δύο πτυχές: η μία είναι ο μέγιστος χρόνος διακοπής του πυρήνα, δηλαδή ο πυρήνας απενεργοποιεί τις διακοπές κατά την εκτέλεση του κώδικα κρίσιμης ενότητας, η άλλη είναι ο χρόνος διακοπής της εφαρμογής και ο μέγιστος χρόνος διακοπής Ο χρόνος είναι ο μέγιστος από αυτούς τους δύο χρόνους διακοπής. Ο χρόνος απόκρισης της εργασίας αναφέρεται στο χρόνο από τη στιγμή που δημιουργείται η διακοπή που αντιστοιχεί στην εργασία έως τη στιγμή που η εργασία ξεκινά πραγματικά.
Για προκαταρκτικό προγραμματισμό, ο χρόνος για την ανάκτηση διακοπής προστίθεται επίσης στον χρόνο για την εναλλαγή εργασιών και την επαναφορά του νέου περιβάλλοντος εργασίας.
μεταξύ.
(3) Χρόνος απόκρισης συστήματος: αναφέρεται στο χρόνο από τη στιγμή που το σύστημα εκδίδει ένα αίτημα επεξεργασίας μέχρι την ανταπόκριση του συστήματος, δηλαδή καθυστέρηση προγραμματισμού Το μέγεθος αυτού του χρόνου καθορίζεται κυρίως από τον αλγόριθμο προγραμματισμού εργασιών του πυρήνα. Συνοπτικά, η τυπική μέθοδος υπολογισμού του δείκτη απόδοσης του προκαταρκτικού πυρήνα σε πραγματικό χρόνο φαίνεται στον Πίνακα 12-3.
Μέχρι στιγμής, σύμφωνα με ελλιπή στατιστικά στοιχεία, ο συνολικός αριθμός των υπαρχόντων ενσωματωμένων λειτουργικών συστημάτων στον κόσμο φτάνει τις εκατοντάδες. Υπάρχουν περισσότερα από δώδεκα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα λειτουργικά συστήματα Αυτά τα λειτουργικά συστήματα έχουν υψηλή δημοτικότητα και μεγάλη βάση χρηστών στα αντίστοιχα πεδία εφαρμογής τους. Ο Πίνακας 12-4 επιλέγει ορισμένα κοινά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα στον κλάδο για σύγκριση.
Το κύριο καθήκον του σχεδιασμού του ενσωματωμένου συστήματος είναι να ορίσει τις λειτουργίες του συστήματος, να καθορίσει την αρχιτεκτονική του συστήματος και να αντιστοιχίσει τις λειτουργίες στην αρχιτεκτονική υλοποίησης του συστήματος. Εδώ, η αρχιτεκτονική συστήματος περιλαμβάνει τόσο την αρχιτεκτονική συστήματος λογισμικού όσο και την αρχιτεκτονική συστήματος υλικού. Μια αρχιτεκτονική μπορεί να αντιστοιχιστεί σε μια ποικιλία διαφορετικών φυσικών υλοποιήσεων, καθεμία από τις οποίες αντιπροσωπεύει διαφορετικούς συμβιβασμούς, ενώ ικανοποιεί ορισμένα κριτήρια σχεδιασμού και βελτιστοποιεί άλλα.
Η μέθοδος σχεδιασμού των ενσωματωμένων συστημάτων είναι διαφορετική από τις γενικές μεθόδους σχεδιασμού υλικού και λογισμικού τομέα, και μάλιστα περιλαμβάνει μηχανήματα, κλπ. πτυχές της γνώσης. Οι σχεδιαστές πρέπει να είναι εξοικειωμένοι και να μπορούν να χρησιμοποιούν ελεύθερα διάφορες τεχνολογίες σε αυτούς τους τομείς προκειμένου να βελτιστοποιήσουν το σχεδιασμένο σύστημα.
Αν και οι σχεδιαστικές λύσεις του λογισμικού εφαρμογών ενσωματωμένου συστήματος ποικίλλουν ανάλογα με τα διαφορετικά πεδία εφαρμογής, οι μέθοδοι ανάλυσης και σχεδίασης των ενσωματωμένων συστημάτων ακολουθούν επίσης τις γενικές αρχές της μηχανικής λογισμικού. Η διαδικασία ανάπτυξης των ενσωματωμένων συστημάτων περιλαμβάνει επίσης πολλά βασικά στάδια: ανάλυση απαιτήσεων, σχεδιασμός συστήματος, υλοποίηση και δοκιμή, και κάθε στάδιο έχει τα δικά του μοναδικά χαρακτηριστικά και εστίαση.
Αυτή η ενότητα εισάγει κυρίως την τεχνολογία και τις μεθόδους ανάπτυξης και σχεδίασης ενσωματωμένων συστημάτων και αναλύει τις μεθόδους σχεδιασμού λογισμικού εφαρμογών και τα κύρια προβλήματα που αντιμετωπίζονται στη διαδικασία σχεδιασμού από την οπτική γωνία των εφαρμογών ενσωματωμένου συστήματος και των υπολογιστικών μοντέλων. Τέλος, συζητούνται θέματα που σχετίζονται με τη μεταμόσχευση λογισμικού στο ενσωματωμένο πεδίο.
Πριν από το σχεδιασμό ενός ενσωματωμένου συστήματος, θα πρέπει να διευκρινιστούν τα χαρακτηριστικά του ίδιου του σχεδιασμού του ενσωματωμένου συστήματος και ορισμένοι από τους κύριους τεχνικούς δείκτες για τη μέτρηση του σχεδιασμού του ενσωματωμένου συστήματος.
1.Χαρακτηριστικά σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος
Σε σύγκριση με τη συνήθη σχεδίαση συστήματος, ο σχεδιασμός του ενσωματωμένου συστήματος έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
2.Τεχνικοί δείκτες ενσωματωμένων συστημάτων
Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι δείκτες για το σχεδιασμό του ενσωματωμένου συστήματος περιλαμβάνουν:
(1) Κόστος NRE (μη επαναλαμβανόμενο κόστος μηχανικής): το εφάπαξ χρηματικό κόστος που πρέπει να καταβληθεί για τον σχεδιασμό του συστήματος, δηλαδή, μόλις ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός, μπορεί να κατασκευαστεί οποιοσδήποτε αριθμός προϊόντων χωρίς να πληρωθούν πρόσθετα τέλη σχεδιασμού .
(2) Κόστος μονάδας: το χρηματικό κόστος που απαιτείται για την παραγωγή ενός μεμονωμένου προϊόντος, εξαιρουμένου του κόστους NRE.
(3) Μέγεθος: αναφέρεται στον χώρο που καταλαμβάνει το σύστημα.
(4) Απόδοση: Ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρώσει το σύστημα καθορισμένες εργασίες είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος δείκτης σχεδίασης το έργο. Το δεύτερο είναι το ποσό ολοκλήρωσης, το οποίο είναι το ποσό των εργασιών που ολοκληρώθηκαν ανά μονάδα χρόνου.
(5) Ισχύς: Η ισχύς που καταναλώνεται από το σύστημα, η οποία καθορίζει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ή τις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας του κυκλώματος.
(6) Ευελιξία: Η δυνατότητα αλλαγής λειτουργιών του συστήματος χωρίς αύξηση του κόστους NRE.
(7) Χρόνος εγκατάστασης πρωτοτύπου: Ο χρόνος που απαιτείται για τη δημιουργία μιας εκτελούμενης έκδοσης του συστήματος Το πρωτότυπο του συστήματος μπορεί να είναι μεγαλύτερο και πιο ακριβό από το τελικό προϊόν, αλλά μπορεί να επαληθεύσει τον σκοπό και την ορθότητα του συστήματος και να βελτιώσει τις λειτουργίες του.
(8) Χρόνος στην αγορά: Ο χρόνος από την ανάπτυξη του συστήματος έως τη στιγμή που μπορεί να πουληθεί στους καταναλωτές Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν περιλαμβάνουν τον χρόνο σχεδιασμού, τον χρόνο κατασκευής και τον χρόνο δοκιμής.
(9) Συντηρησιμότητα: Η ευκολία με την οποία μπορεί να τροποποιηθεί ένα σύστημα μετά την κυκλοφορία ή την εμπορία του, ειδικά από μη πρωτότυπους προγραμματιστές.
(10) Ορθότητα: Εάν η λειτουργία του συστήματος εφαρμόζεται σωστά, η λειτουργία του συστήματος μπορεί να ελεγχθεί κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας σχεδιασμού και μπορεί επίσης να εισαχθεί ένα κύκλωμα δοκιμής για να ελεγχθεί εάν είναι σωστό.
(11) Ασφάλεια: η πιθανότητα ότι το σύστημα δεν θα προκαλέσει βλάβη. Οι διάφοροι δείκτες σχεδίασης γενικά ανταγωνίζονται μεταξύ τους Η βελτίωση ενός δείκτη θα οδηγήσει συχνά σε επιδείνωση άλλων δεικτών, οι σχεδιαστές πρέπει να κατανοούν τις διάφορες τεχνολογίες υλοποίησης του υλικού Η τεχνολογία μεταφέρεται σε άλλον προκειμένου να βρεθεί η καλύτερη λύση κάτω από συγκεκριμένους περιορισμούς.
3.Προκλήσεις σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος
Οι προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο σχεδιασμός του ενσωματωμένου συστήματος περιλαμβάνουν τις ακόλουθες πτυχές.
(1) Πόσο υλικό χρειάζεται: Οι σχεδιαστές έχουν ισχυρό έλεγχο της υπολογιστικής ισχύος που χρησιμοποιείται για την επίλυση προβλημάτων. Μπορούν όχι μόνο να επιλέξουν ποιον επεξεργαστή θα χρησιμοποιήσουν, αλλά και την ποσότητα της μνήμης, των περιφερειακών που χρησιμοποιούνται κ.λπ., επειδή ο σχεδιασμός δεν είναι μόνο. Για την κάλυψη των απαιτήσεων απόδοσης, υπόκειται επίσης στους περιορισμούς του κόστους κατασκευής. Η επιλογή του υλικού είναι πολύ σημαντική.
(2) Τρόπος τήρησης του χρονικού ορίου: Δεν συνιστάται η χρήση της μεθόδου αύξησης της ταχύτητας του επεξεργαστή για την ταχύτερη εκτέλεση του προγράμματος για την επίλυση του χρονικού περιορισμού, γιατί αυτό θα αυξήσει την τιμή του συστήματος. Ταυτόχρονα, η αύξηση της συχνότητας ρολογιού του επεξεργαστή μερικές φορές δεν βελτιώνει την ταχύτητα εκτέλεσης, επειδή η ταχύτητα του προγράμματος μπορεί να περιορίζεται από το σύστημα αποθήκευσης.
(3) Πώς να μειώσετε την κατανάλωση ενέργειας του συστήματος: Για συστήματα που τροφοδοτούνται από μπαταρίες, η κατανάλωση ενέργειας είναι ένα πολύ ευαίσθητο ζήτημα. Για συστήματα που δεν τροφοδοτούνται από μπαταρίες, υψηλή ισχύς σημαίνει υψηλή απαγωγή θερμότητας. Ένας τρόπος για να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας του συστήματος είναι να μειωθεί η υπολογιστική του ταχύτητα, αλλά η απλή μείωση της υπολογιστικής ταχύτητας θα οδηγήσει προφανώς σε μη ικανοποιητική απόδοση, επομένως, πρέπει να γίνει προσεκτικός σχεδιασμός για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ενώ πληρούνται οι περιορισμοί απόδοσης.
(4) Πώς να διασφαλίσετε την επεκτασιμότητα του συστήματος: Η πλατφόρμα υλικού του συστήματος μπορεί να χρησιμοποιεί διάφορες γενιές ή να χρησιμοποιεί διαφορετικά επίπεδα προϊόντων της ίδιας γενιάς. Ο σχεδιαστής πρέπει να αλλάξει τα χαρακτηριστικά του συστήματος με την αλλαγή του λογισμικού Σχεδιάστε ένα μηχάνημα που μπορεί να παρέχει δυνατότητες απόδοσης που δεν είναι ακόμη διαθέσιμες στο λογισμικό.
(5) Πώς να διασφαλίσετε την αξιοπιστία του συστήματος: Η αξιοπιστία είναι ένας σημαντικός δείκτης κατά την πώληση προϊόντων.
(6) Πολυπλοκότητα δοκιμών: Η δοκιμή ενός ενσωματωμένου συστήματος είναι πολύ πιο δύσκολη από την απλή εισαγωγή ορισμένων δεδομένων, επομένως ολόκληρο το μηχάνημα πρέπει να λειτουργεί για τη δημιουργία σωστών δεδομένων Ο χρόνος δημιουργίας των δεδομένων είναι πολύ σημαντικός, δηλαδή δεν μπορεί αφήστε το ενσωματωμένο σύστημα Εργαστείτε με ολόκληρο το περιβάλλον για να δοκιμάσετε τα ενσωματωμένα συστήματα.
(7) Περιορισμένη ορατότητα και δυνατότητα ελέγχου: Τα ενσωματωμένα συστήματα συνήθως δεν διαθέτουν συσκευές οθόνης και πληκτρολόγια, γεγονός που καθιστά δύσκολο για τους προγραμματιστές να κατανοήσουν τι συμβαίνει στο εσωτερικό του συστήματος και μερικές φορές πρέπει να παρατηρήσουν τους μικροελεγκτές σήματα για να καταλάβεις. Σε συστήματα πραγματικού χρόνου, γενικά δεν είναι δυνατό να τερματιστεί η λειτουργία του συστήματος για παρατήρηση.
(8) Περιορισμένο περιβάλλον ανάπτυξης: Το περιβάλλον ανάπτυξης των ενσωματωμένων συστημάτων, όπως το λογισμικό ανάπτυξης και τα εργαλεία υλικού, είναι συνήθως πιο περιορισμένο από το περιβάλλον που είναι διαθέσιμο σε υπολογιστές γενικής χρήσης ή σταθμούς εργασίας επηρεάζει την αναπτυξιακή επιρροή.
Παρόμοια με την ανάπτυξη γενικών συστημάτων, η ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων μπορεί επίσης να υιοθετήσει κοινά μοντέλα ανάπτυξης στη μηχανική λογισμικού, που περιλαμβάνουν κυρίως το μοντέλο καταρράκτη, το σπειροειδές μοντέλο, το μοντέλο σταδιακής βελτίωσης και το ιεραρχικό μοντέλο.
1.Κοινά μοντέλα ανάπτυξης
Μια διαδικασία σχεδιασμού είναι μια σειρά βημάτων που πρέπει να ακολουθούνται κατά τη σχεδίαση ενός συστήματος, μερικά από τα οποία μπορούν να γίνουν με αυτοματοποιημένα εργαλεία, ενώ άλλα μπορούν να γίνουν μόνο χειροκίνητα. Στον τομέα των ενσωματωμένων συστημάτων, υπάρχουν τα ακόλουθα μοντέλα διαδικασιών ανάπτυξης που χρησιμοποιούνται συνήθως.
(1) Μοντέλο καταρράκτη. Το μοντέλο καταρράκτη αποτελείται από πέντε κύρια στάδια: το στάδιο της ανάλυσης απαιτήσεων καθορίζει τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος στόχου. και το τελευταίο Είναι η φάση συντήρησης, η οποία είναι κυρίως υπεύθυνη για την τροποποίηση του κώδικα ώστε να προσαρμοστεί στις αλλαγές στο περιβάλλον, τη διόρθωση σφαλμάτων και την αναβάθμιση. Η εργασία και οι πληροφορίες σε κάθε στάδιο ρέουν πάντα προς μία κατεύθυνση από την αφαίρεση υψηλού επιπέδου έως τα πιο λεπτομερή βήματα σχεδιασμού, που είναι ένα ιδανικό μοντέλο σχεδίασης από πάνω προς τα κάτω.
(2) Σπειροειδές μοντέλο. Το σπειροειδές μοντέλο προϋποθέτει ότι θα κατασκευαστούν πολλαπλές εκδόσεις του συστήματος που δημιουργήθηκε. Σε κάθε επίπεδο σχεδίασης, οι σχεδιαστές θα περάσουν από τρία στάδια: ανάλυση ζήτησης, δομικός σχεδιασμός και δοκιμή. Σε μεταγενέστερα στάδια, όταν κατασκευάζονται πιο σύνθετες εκδόσεις του συστήματος, θα γίνει περισσότερη δουλειά σε κάθε στάδιο και θα πρέπει να επεκταθεί η σχεδίαση αυτή η βήμα προς βήμα προσέγγιση της βελτίωσης επιτρέπει στον σχεδιαστή να εμβαθύνει την κατανόησή του του ανεπτυγμένου συστήματος μέσω μιας σειράς κύκλων σχεδιασμού του συστήματος. Ο πρώτος βρόχος στην κορυφή της σπείρας είναι πολύ μικρός και κοντός, ενώ ο τελευταίος βρόχος στο κάτω μέρος της σπείρας προσθέτει λεπτομέρειες στους πρώιμους βρόχους του σπειροειδούς μοντέλου, κάτι που είναι πιο ρεαλιστικό από το μοντέλο καταρράκτη.
(3) Βήμα προς βήμα βελτίωση του μοντέλου. Το μοντέλο σταδιακής βελτίωσης είναι ένα σύστημα που κατασκευάζεται πολλές φορές. Το πρώτο σύστημα χρησιμοποιείται ως πρωτότυπο και στη συνέχεια το σύστημα τελειοποιείται περαιτέρω ένα προς ένα. Αυτή η προσέγγιση έχει νόημα όταν ο σχεδιαστής δεν είναι πολύ εξοικειωμένος με τον τομέα εφαρμογής του συστήματος που κατασκευάζεται. Η τελειοποίηση του συστήματος με την κατασκευή πολλών συστημάτων αυξανόμενης πολυπλοκότητας επιτρέπει στους σχεδιαστές να δοκιμάσουν την αρχιτεκτονική και τις τεχνικές σχεδιασμού. Επιπλέον, διάφορες επαναληπτικές τεχνικές μπορούν να ολοκληρωθούν μόνο εν μέρει μέχρι να ολοκληρωθεί τελικά το σύστημα.
(4) Ιεραρχικό μοντέλο. Πολλά ενσωματωμένα συστήματα αποτελούνται από πιο μικρά σχέδια και ένα πλήρες σύστημα μπορεί να απαιτεί διάφορα στοιχεία λογισμικού και στοιχεία υλικού. Αυτά τα μέρη μπορεί να αποτελούνται από μικρότερα μέρη που δεν έχουν ακόμη σχεδιαστεί, επομένως η διαδικασία σχεδιασμού αλλάζει με το επίπεδο αφαίρεσης του συστήματος, από τον αρχικό σχεδιασμό του πλήρους συστήματος έως το σχεδιασμό μεμονωμένων εξαρτημάτων, από τον συνολικό σχεδιασμό στο υψηλότερο επίπεδο αφαίρεσης στο ενδιάμεσο Ο λεπτομερής σχεδιασμός σε αφηρημένο επίπεδο και στη συνέχεια ο σχεδιασμός κάθε συγκεκριμένης ενότητας ξεδιπλώνεται επίπεδο προς στρώμα. Κάθε διαδικασία μπορεί να αναληφθεί από έναν μόνο σχεδιαστή ή ομάδα σχεδιασμού , και κάθε ομάδα μαθαίνει από τους ανώτερους. Επιπλέον, κάθε στάδιο υλοποίησης της διαδικασίας είναι μια πλήρης διαδικασία από την προδιαγραφή έως τη δοκιμή.
2.Μέθοδοι σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος
Μια καλή μέθοδος σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος είναι πολύ σημαντική γιατί:
(1) Μια καλή μέθοδος σχεδιασμού επιτρέπει στους σχεδιαστές να κατανοούν ξεκάθαρα την πρόοδο της εργασίας που κάνουν, έτσι ώστε να διασφαλίζεται ότι δεν θα χαθεί κανένα από αυτά.
(2) Επιτρέψτε τη χρήση εργαλείων με τη βοήθεια υπολογιστή για να βοηθήσετε τους σχεδιαστές να εργαστούν και να χωρίσουν ολόκληρη τη διαδικασία σε πολλά ελεγχόμενα βήματα.
(3) Οι καλές μέθοδοι σχεδιασμού διευκολύνουν την επικοινωνία μεταξύ των μελών της ομάδας σχεδιασμού Καθορίζοντας μια ολοκληρωμένη διαδικασία σχεδιασμού, κάθε μέλος της ομάδας μπορεί να κατανοήσει καλά την εργασία που πρέπει να κάνει και τα βήματα που απαιτούνται για την ολοκλήρωση των εργασιών που του έχουν ανατεθεί. επιτευχθέντες στόχοι.
Η διαδικασία ανάπτυξης του ενσωματωμένου λογισμικού συστήματος μπορεί να χωριστεί σε διάφορα στάδια, όπως σχεδιασμός έργου, ανάλυση σκοπιμότητας, ανάλυση απαιτήσεων, σχεδιασμός περιγράμματος, λεπτομερής σχεδιασμός, δημιουργία προγράμματος, λήψη, εντοπισμός σφαλμάτων, στερεοποίηση, δοκιμή και λειτουργία.
Τα στάδια του σχεδιασμού του έργου, της ανάλυσης σκοπιμότητας, της ανάλυσης απαιτήσεων, του σχεδιασμού περιγράμματος και του λεπτομερούς σχεδιασμού είναι βασικά τα ίδια με τη διαδικασία ανάπτυξης γενικού λογισμικού και μπορούν όλα να πραγματοποιηθούν σύμφωνα με μεθόδους μηχανικής λογισμικού, όπως μεθόδους πρωτοτύπων, δομημένες μεθόδους κ.λπ. .
Δεδομένου ότι τα περιβάλλοντα λειτουργίας και ανάπτυξης του ενσωματωμένου λογισμικού είναι διαφορετικά, οι εργασίες ανάπτυξης εκτελούνται διασταυρούμενα, επομένως αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε κάθε βήμα. Οι εργασίες στη φάση κατάρτισης του προγράμματος βασίζονται στα έγγραφα που δημιουργήθηκαν κατά τη φάση του λεπτομερούς σχεδιασμού. Η εργασία σε αυτό το στάδιο περιλαμβάνει κυρίως διάφορες υποδιεργασίες, όπως η εγγραφή πηγαίου κώδικα, η μεταγλώττιση και η σύνδεση. Αυτές οι εργασίες εκτελούνται όλες στον κεντρικό υπολογιστή και δεν απαιτούν τη χρήση του μηχανήματος προορισμού. Μετά τη δημιουργία του εκτελέσιμου αρχείου της εφαρμογής, πρέπει να χρησιμοποιήσετε το περιβάλλον πολλαπλής ανάπτυξης για τον εντοπισμό σφαλμάτων. Μπορείτε να επιλέξετε ανάλογα με την πραγματική κατάσταση.
Κάντε αυτό χρησιμοποιώντας μία από τις πολλές διαθέσιμες μεθόδους εντοπισμού σφαλμάτων ή έναν έγκυρο συνδυασμό αυτών. Ο σχεδιασμός του ενσωματωμένου συστήματος είναι διαφορετικός από τον παραδοσιακό σχεδιασμό λογισμικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-11. Συχνά περιλαμβάνει σχεδιασμό υλικού και σχεδιασμό λογισμικού, όπου οι δραστηριότητες του μπροστινού τμήματος, όπως οι προδιαγραφές και η αρχιτεκτονική του συστήματος, απαιτούν εξέταση τόσο των πτυχών του υλικού όσο και του λογισμικού.
Ομοίως, η σχεδίαση back-end, όπως η ενοποίηση συστήματος και η δοκιμή, εξετάζουν ολόκληρο το σύστημα. Στο ενδιάμεσο στάδιο, τα στοιχεία λογισμικού και υλικού αναπτύσσονται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο και οι περισσότερες εργασίες υλικού και λογισμικού μπορούν να εκτελεστούν σχετικά ανεξάρτητα. Τέλος, το σωστό εκτελέσιμο πρόγραμμα μετά την αποσφαλμάτωση πρέπει να στερεοποιηθεί στο μηχάνημα προορισμού.Ανάλογα με τη διαμόρφωση του ενσωματωμένου υλικού του συστήματος, υπάρχουν διάφορες μέθοδοι σκλήρυνσης σε μνήμες όπως EPROM και FLASH ή σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως DOC και DOM.
υποπλάκα. Συνήθως γίνεται με τη βοήθεια ορισμένων ειδικών προγραμματιστών.
Δεδομένου ότι τα ενσωματωμένα συστήματα έχουν υψηλότερες απαιτήσεις ασφάλειας και αξιοπιστίας από τα συστήματα υπολογιστών γενικής χρήσης, απαιτείται υψηλότερη κάλυψη κώδικα κατά τη διεξαγωγή δοκιμών λευκού κουτιού ενσωματωμένων συστημάτων. Σε κάθε στάδιο της διαδικασίας ανάπτυξης του συστήματος, πρέπει να διενεργείται επιβεβαίωση και αξιολόγηση απόδοσης του συστήματος, αξιολόγηση ασφάλειας και αξιολόγηση κινδύνου, και η εφαρμογή του συστήματος πρέπει να ελεγχθεί και να επαληθευτεί.
Η ανάπτυξη των ενσωματωμένων συστημάτων είναι μια ολοκληρωμένη ανάπτυξη λογισμικού και υλικού, η οποία είναι πολύ διαφορετική από την ανάπτυξη γενικών συστημάτων αναπτύσσεται, Το λογισμικό στερεοποιείται στο προϊόν μαζί με το υλικό και έχει ισχυρή ιδιαιτερότητα. Υπό την επίδραση αυτών των χαρακτηριστικών, πρέπει να υπάρχει μια μεθοδολογία μηχανικής που να είναι διαφορετική από τη γενική διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού για την υποστήριξη της διαδικασίας ανάπτυξης των ενσωματωμένων συστημάτων.
Σε γενικές γραμμές, στον τομέα της ενσωματωμένης ανάπτυξης, υπάρχουν τρεις κύριες βασικές τεχνολογίες: τεχνολογία επεξεργαστή, τεχνολογία IC και τεχνολογία σχεδίασης/επαλήθευσης.
1. Τεχνολογία επεξεργαστή
Η τεχνολογία του επεξεργαστή σχετίζεται με τη δομή του υπολογιστή που υλοποιεί λειτουργίες του συστήματος. Πολλά μη προγραμματιζόμενα ψηφιακά συστήματα μπορούν επίσης να θεωρηθούν ως επεξεργαστές. .
(1) Επεξεργαστής γενικής χρήσης. Αυτός ο τύπος επεξεργαστή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαφορετικούς τύπους εφαρμογών Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η δυνατότητα αποθήκευσης προγραμμάτων Επειδή ο σχεδιαστής δεν γνωρίζει ποιες λειτουργίες θα εκτελέσει ο επεξεργαστής, είναι αδύνατο να δημιουργήσει ένα πρόγραμμα χρησιμοποιώντας ψηφιακά κυκλώματα. Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι η καθολική διαδρομή δεδομένων Για να χειριστείτε διάφορους υπολογισμούς, η διαδρομή δεδομένων είναι γενικά μεγάλος αριθμός καταχωρητών και μία ή περισσότερες αριθμητικές μονάδες γενικής χρήσης. Ο σχεδιαστής χρειάζεται μόνο να προγραμματίσει τη μνήμη του επεξεργαστή για να εκτελέσει τις απαιτούμενες λειτουργίες, δηλαδή το λογισμικό που σχετίζεται με τη σχεδίαση.
Η χρήση επεξεργαστών γενικής χρήσης σε ενσωματωμένα συστήματα έχει αρκετά πλεονεκτήματα όσον αφορά τις μετρήσεις σχεδιασμού. Ο χρόνος για την αγορά και το κόστος NRE είναι χαμηλά επειδή ο σχεδιαστής χρειάζεται μόνο να γράψει το πρόγραμμα χωρίς να κάνει οποιοδήποτε ψηφιακό σχεδιασμό. Είναι εξαιρετικά ευέλικτο και μπορούν να γίνουν λειτουργικές αλλαγές τροποποιώντας το πρόγραμμα. Σε σύγκριση με τον εσωτερικό σχεδιασμό του επεξεργαστή, το κόστος μονάδας είναι χαμηλότερο όταν η ποσότητα είναι μικρή.
Φυσικά, αυτή η μέθοδος έχει και κάποια ελαττώματα στους δείκτες σχεδιασμού Όταν η ποσότητα είναι μεγάλη, το μοναδιαίο κόστος είναι σχετικά υψηλό, επειδή όταν η ποσότητα είναι μεγάλη, το κόστος του αυτοσχεδιασμένου NRE αποσβένεται, γεγονός που μπορεί να μειώσει το κόστος μονάδας. Ταυτόχρονα, για ορισμένες εφαρμογές, η απόδοση μπορεί να είναι κακή. Το μέγεθος του συστήματος και η κατανάλωση ενέργειας ενδέχεται να αυξηθούν λόγω της συμπερίληψης περιττού υλικού επεξεργαστή.
(2) Επεξεργαστής μίας χρήσης. Ένας επεξεργαστής ενός σκοπού είναι ένα ψηφιακό κύκλωμα που έχει σχεδιαστεί για την εκτέλεση ενός συγκεκριμένου προγράμματος. Αναφέρεται επίσης σε συν-επεξεργαστές, επιταχυντές, περιφερειακά κ.λπ. Οι κωδικοποιητές όπως το JPEG εκτελούν μια ενιαία διαδικασία για τη συμπίεση ή την αποσυμπίεση πληροφοριών βίντεο. Οι σχεδιαστές ενσωματωμένων συστημάτων μπορούν να δημιουργήσουν επεξεργαστές μίας χρήσης σχεδιάζοντας συγκεκριμένα ψηφιακά κυκλώματα. Οι σχεδιαστές μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν προσχεδιασμένους εμπορικούς επεξεργαστές μίας χρήσης.
Η χρήση επεξεργαστών ενός σκοπού σε ενσωματωμένα συστήματα έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα όσον αφορά τις μετρήσεις. Αυτά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα είναι βασικά αντίθετα με τους επεξεργαστές γενικής χρήσης. η ευελιξία είναι χαμηλή και το κόστος μονάδας ανά ώρα είναι υψηλότερο, για ορισμένες εφαρμογές, η απόδοση δεν είναι τόσο καλή όσο οι επεξεργαστές γενικής χρήσης.
(3) Αποκλειστικός επεξεργαστής. Ένας επεξεργαστής συνόλου εντολών ειδικού σκοπού είναι ένας προγραμματιζόμενος επεξεργαστής βελτιστοποιημένος για συγκεκριμένο τύπο εφαρμογής. Τέτοιες συγκεκριμένες εφαρμογές έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά, όπως ενσωματωμένος έλεγχος, επεξεργασία ψηφιακού σήματος κ.λπ. Η χρήση αποκλειστικών επεξεργαστών σε ενσωματωμένα συστήματα μπορεί να προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία διασφαλίζοντας παράλληλα καλή απόδοση, ισχύ και μέγεθος, αλλά τέτοιοι επεξεργαστές εξακολουθούν να απαιτούν ακριβό κόστος για την κατασκευή του ίδιου του επεξεργαστή και του μεταγλωττιστή. Οι μικροελεγκτές και οι ψηφιακοί επεξεργαστές σήματος είναι δύο τύποι εξειδικευμένων επεξεργαστών που χρησιμοποιούνται ευρέως.
2. Τεχνολογία IC
Η τεχνολογία υλοποίησης που λαμβάνει τη διαδικασία φυσικής χαρτογράφησης του πραγματικού τσιπ από την περιγραφή σχεδίασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων του συστήματος είναι η τεχνολογία IC (Ολοκληρωμένα κυκλώματα, ολοκληρωμένο κύκλωμα) Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις τύποι τεχνολογιών υλοποίησης στον τομέα των ημιαγωγών , ημι-προσαρμογή και προγραμματιζόμενη τεχνολογία Μπορεί να εφαρμοστεί στη σχεδίαση υλικού ενσωματωμένων συστημάτων.
(1) Πλήρως προσαρμοσμένα/VLSI (ολοκληρωμένα κυκλώματα πολύ μεγάλης κλίμακας, ολοκληρωμένα κυκλώματα πολύ μεγάλης κλίμακας). Στην πλήρως προσαρμοσμένη τεχνολογία IC, οι σχεδιαστές σε κάθε επίπεδο πρέπει να βελτιστοποιήσουν την ψηφιακή υλοποίηση ενός συγκεκριμένου ενσωματωμένου συστήματος Οι σχεδιαστές ξεκινούν από το μέγεθος διάταξης, τη θέση και την καλωδίωση των τρανζίστορ για να επιτύχουν υψηλή χρήση της περιοχής τσιπ, γρήγορη ταχύτητα και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Βελτιστοποιήστε την απόδοση. Χρησιμοποιώντας μάσκες για την παραγωγή πραγματικών τσιπ στο εργοστάσιο παραγωγής, τα πλήρως προσαρμοσμένα σχέδια IC, που συχνά ονομάζονται επίσης VLSI, έχουν υψηλό κόστος NRE, μεγάλους χρόνους κατασκευής και είναι κατάλληλα για εφαρμογές μεγάλου όγκου ή κρίσιμες για την απόδοση εφαρμογές.
(2) Semi-custom/ASIC (Application Specific Integrated Circuit, Application Special Integrated Circuit). Η ημι-προσαρμοσμένη ASIC είναι μια περιορισμένη μέθοδος σχεδίασης, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου σχεδιασμού συστοιχίας πύλης και της τυπικής μεθόδου σχεδίασης κελιών. Είναι ένα ημικατεργασμένο υλικό με μερικά εξαρτήματα γενικής χρήσης και ομάδες στοιχείων κατασκευασμένα στο τσιπ. Ο σχεδιαστής χρειάζεται μόνο να εξετάσει τις λογικές λειτουργίες του κυκλώματος και τις λογικές συνδέσεις μεταξύ των λειτουργικών μονάδων. Αυτή η μέθοδος σχεδίασης είναι ευέλικτη, βολική και οικονομικά αποδοτική, συντομεύει τον κύκλο σχεδιασμού και βελτιώνει την απόδοση.
(3) Προγραμματιζόμενο/ASIC. Όλα τα στρώματα στην προγραμματιζόμενη συσκευή υπάρχουν ήδη Αφού ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός, το σχεδιασμένο τσιπ μπορεί να εκτοξευθεί στο εργαστήριο χωρίς τη συμμετοχή κατασκευαστών IC και ο κύκλος ανάπτυξης μειώνεται σημαντικά. Το προγραμματιζόμενο ASIC έχει χαμηλότερο κόστος NRE, υψηλότερο κόστος μονάδας, υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας και χαμηλότερη ταχύτητα.
3.Τεχνολογία Σχεδιασμού/Επαλήθευσης
Η τεχνολογία σχεδιασμού των ενσωματωμένων συστημάτων περιλαμβάνει κυρίως δύο κατηγορίες: τεχνολογία σχεδιασμού υλικού και τεχνολογία σχεδίασης λογισμικού. Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία στον τομέα του σχεδιασμού υλικού περιλαμβάνει κυρίως τεχνολογία σχεδιασμού σε επίπεδο chip και τεχνολογία σχεδίασης σε επίπεδο πλακέτας κυκλώματος.
Ο πυρήνας της τεχνολογίας σχεδιασμού σε επίπεδο chip είναι η συλλογή/σύνθεση, η βιβλιοθήκη/IP (Πνευματική ιδιοκτησία, πνευματική ιδιοκτησία) και η δοκιμή/επαλήθευση. Η τεχνολογία μεταγλώττισης/σύνθεσης επιτρέπει στους σχεδιαστές να περιγράψουν την απαιτούμενη λειτουργικότητα με αφηρημένο τρόπο και να αναλύουν αυτόματα και να εισάγουν λεπτομέρειες υλοποίησης. Η τεχνολογία βιβλιοθήκης/IP χρησιμοποιεί προσχεδιασμένες υλοποιήσεις αφαίρεσης χαμηλού επιπέδου για αφαιρέσεις υψηλού επιπέδου. Η τεχνολογία δοκιμών/επαλήθευσης διασφαλίζει ότι κάθε επίπεδο λειτουργεί σωστά, μειώνοντας το κόστος του επαναληπτικού σχεδιασμού μεταξύ των επιπέδων.
Ο πυρήνας της τεχνολογίας σχεδιασμού λογισμικού είναι η γλώσσα λογισμικού. Οι γλώσσες λογισμικού έχουν βιώσει τη διαδικασία ανάπτυξης από γλώσσες χαμηλού επιπέδου (γλώσσα μηχανής, γλώσσα συναρμολόγησης) σε γλώσσες υψηλού επιπέδου (για παράδειγμα, γλώσσες δομημένης σχεδίασης, αντικειμενοστρεφείς γλώσσες σχεδίασης). τεχνολογία συναρμολόγησης, τεχνολογία ανάλυσης, τεχνολογία μεταγλώττισης/ερμηνείας, κ.λπ. πολλές σχετικές τεχνολογίες. Τα επίπεδα των γλωσσών λογισμικού μεταβαίνουν επίσης σταδιακά από το επίπεδο υλοποίησης, το επίπεδο σχεδίασης και το λειτουργικό επίπεδο στην ανάπτυξη γλωσσών σε επίπεδο ζήτησης.
Στις πρώτες μέρες, με τη σταδιακή διαμόρφωση της έννοιας των επεξεργαστών γενικής χρήσης, η τεχνολογία λογισμικού αναπτύχθηκε γρήγορα, η πολυπλοκότητα του λογισμικού άρχισε επίσης να αυξάνεται και οι τεχνολογίες και τα πεδία του σχεδιασμού λογισμικού και του σχεδιασμού υλικού διαχωρίστηκαν πλήρως. Οι τεχνικές και τα εργαλεία σχεδίασης έχουν αναπτυχθεί ταυτόχρονα σε αυτά τα δύο πεδία, επιτρέποντας την περιγραφή της συμπεριφοράς να εκτελείται σε όλο και πιο αφηρημένα επίπεδα για να προσαρμοστούν στις αυξανόμενες ανάγκες της πολυπλοκότητας του σχεδιασμού. Αυτή η ταυτόχρονη ανάπτυξη κάνει τώρα και τα δύο πεδία να χρησιμοποιούν το ίδιο μοντέλο χρονισμού για να περιγράψουν τη συμπεριφορά, επομένως είναι πιθανό τα δύο πεδία να ενοποιηθούν ξανά σε ένα πεδίο.
Λόγω του γεγονότος ότι τα περισσότερα ενσωματωμένα συστήματα είναι αντιδραστικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο, τα αντιδραστικά συστήματα έχουν τα χαρακτηριστικά ταυτόχρονης εκτέλεσης πολλαπλών εργασιών, αυστηρούς χρονικούς περιορισμούς και υψηλή αξιοπιστία γλώσσες περιγραφής και μεθοδολογία επικύρωσης. Για παράδειγμα, η διαδοχική λογική χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη φύση των αντιδραστικών συστημάτων και τον λόγο σχετικά με τη συμπεριφορά των αντιδραστικών συστημάτων και η τεχνολογία ελέγχου μοντέλων χρησιμοποιείται για την επαλήθευση της ορθότητας των σχεδίων αντιδραστικών συστημάτων επεξεργάζομαι, διαδικασία. .
Υπάρχουν πολλοί τύποι περιβαλλόντων ανάπτυξης για ενσωματωμένα συστήματα, τα οποία μπορούν γενικά να χωριστούν στις ακόλουθες κατηγορίες:
(1) Περιβάλλοντα ανάπτυξης που υποστηρίζουν ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα Υπάρχουν πολλά περιβάλλοντα ανάπτυξης σε αυτήν την κατηγορία, όπως τα PalmOS, THOS, VxWorks, Windows CE και άλλα εμπορικά ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα που διαθέτουν πλήρως λειτουργικά περιβάλλοντα ανάπτυξης.
(2) Περιβάλλον ανάπτυξης που υποστηρίζει το τσιπ επεξεργαστή. Αυτός ο τύπος περιβάλλοντος ανάπτυξης παρέχεται γενικά από κατασκευαστές επεξεργαστών. Για παράδειγμα, ένα κιτ εργαλείων που κυκλοφόρησε από την EPSON ειδικά για την ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων που βασίζονται στη σειρά τσιπ μικροελεγκτών S1C33 είναι αυτό το είδος περιβάλλοντος ανάπτυξης.
(3) Ένα περιβάλλον ανάπτυξης που ταιριάζει με τη συγκεκριμένη πλατφόρμα εφαρμογής. Αυτός ο τύπος περιβάλλοντος ανάπτυξης είναι ιδιαίτερα στοχευμένος, όπως το Brew SDK της Qualcomm.
(4) Άλλοι τύποι περιβαλλόντων ανάπτυξης. Αυτός ο τύπος περιβάλλοντος ανάπτυξης αναφέρεται κυρίως σε ένα γενικότερο περιβάλλον ανάπτυξης που αναπτύχθηκε ή προσαρμόστηκε από ορισμένους προμηθευτές ενσωματωμένων συστημάτων που βασίζονται σε εργαλεία ανοιχτού κώδικα GNU. Αυτός ο τύπος εργαλείου διατίθεται δωρεάν, υποστηρίζει ένα ευρύ φάσμα τύπων επεξεργαστών και έχει πλήρεις λειτουργίες, αλλά η τεχνική του υποστήριξη είναι ελαφρώς κατώτερη από τα επαγγελματικά εμπορικά εργαλεία.
Καθώς οι λειτουργίες των ενσωματωμένων συστημάτων γίνονται όλο και πιο περίπλοκες, γίνεται όλο και πιο δύσκολο να περιγραφεί η συμπεριφορά αυτών των λειτουργικά πολύπλοκων συστημάτων. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι η περιγραφή και η ανάλυση συστημάτων χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα είναι μια μέθοδος με μηχανική αξία.
Αυτή η ενότητα εισάγει πολλά μοντέλα υπολογιστών που χρησιμοποιούνται συνήθως στο ενσωματωμένο πεδίο και αναλύει και εξηγεί ζητήματα που σχετίζονται με το σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενσωματωμένων εφαρμογών από την οπτική γωνία των υπολογιστικών μοντέλων. Τα υπολογιστικά μοντέλα παρέχουν ένα σύνολο μεθόδων για το συνδυασμό σύνθετων συμπεριφορών με απλά αντικείμενα, που μπορούν να βοηθήσουν τους σχεδιαστές να κατανοήσουν και να περιγράψουν τη συμπεριφορά του συστήματος. Τα μοντέλα υπολογιστών που χρησιμοποιούνται συνήθως σε ενσωματωμένα συστήματα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα: μοντέλο διαδοχικών υπολογιστών, μοντέλο διαδικασίας επικοινωνίας, μοντέλο μηχανής κατάστασης, μοντέλο ροής δεδομένων, αντικειμενοστραφή μοντέλο και μοντέλο ταυτόχρονης διαδικασίας. Αυτά τα μοντέλα χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά πεδία εφαρμογών Για παράδειγμα, το μοντέλο μηχανής κατάστασης είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την περιγραφή συστημάτων προσανατολισμένων στον έλεγχο και το μοντέλο ροής δεδομένων μπορεί να περιγράψει προβλήματα επεξεργασίας και μετατροπής δεδομένων. Επί του παρόντος, το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μοντέλο είναι το μοντέλο ταυτόχρονης διαδικασίας.
1.Μοντέλο κρατικής μηχανής
Η μηχανή πεπερασμένης κατάστασης (FSM) είναι ένα βασικό μοντέλο καταστάσεων που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα σύνολο πιθανών καταστάσεων για να περιγράψει τη συμπεριφορά του συστήματος από την είσοδο, τέλος, μπορεί να περιγράψει τις λειτουργίες που μπορεί να συμβούν σε μια συγκεκριμένη κατάσταση ή κατά τη διάρκεια μιας μετάβασης κατάστασης.
Η μηχανή πεπερασμένης κατάστασης FSM είναι ένα F έξι πλειάδων<S，I，O，F，H，S0> , όπου το S είναι ένα σύνολο καταστάσεων {s0, s1,…,sl}, το I είναι ένα σύνολο εισόδου {I0, I1,…,Im}, το O είναι ένα σύνολο εξόδου {o0, o1,…,on} και το F είναι μια συνάρτηση υποκατάστασης ή συνάρτηση μετάβασης, η οποία αντιστοιχίζει την κατάσταση και την είσοδο στην κατάσταση (S×I→S), H είναι η συνάρτηση εξόδου, η οποία αντιστοιχίζει την κατάσταση στην έξοδο (S→O) και S0 είναι η αρχική κατάσταση. .
Το Σχήμα 12-12 είναι η περιγραφή της κατάστασης μηχανής της μονάδας ελέγχου ανελκυστήρα. Στην αρχική κατάσταση "αδρανής", ρυθμίστε και μειώστε στο 0 και ανοίξτε στο 1. Το μηχάνημα κατάστασης παραμένει στην κατάσταση "αδρανής" έως ότου το ζητούμενο όροφο είναι διαφορετικό από το τρέχον όροφο. Εάν το ζητούμενο όροφο είναι μεγαλύτερο από το τρέχον όροφο, το μηχάνημα κατάστασης μεταβαίνει στην κατάσταση "επάνω" και ρυθμίζει μέχρι το 1. Εάν ο όροφος που ζητήσατε είναι μικρότερος από τον τρέχοντα όροφο, το μηχάνημα κατάστασης μετακινείται στην κατάσταση "κάτω" και το κάτω ρυθμίζεται στο 1. Το μηχάνημα κατάστασης παραμένει στην κατάσταση "κάτω" ή "πάνω" έως ότου ο τρέχων όροφος είναι ίσος με το ζητούμενο όροφο και, στη συνέχεια, η κατάσταση μεταβαίνει στην κατάσταση "ανοιχτή" με ανοιχτό σύνολο σε 1. Συνήθως, το σύστημα διαθέτει χρονοδιακόπτη, επομένως, όταν το μηχάνημα κατάστασης μεταβαίνει στην κατάσταση "ανοιχτής πόρτας", ο χρονοδιακόπτης μένει επίσης σε κατάσταση "ανοιχτής πόρτας" έως ότου λήξει το χρονόμετρο η «αδρανής» κατάσταση.
Όταν το FSM χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό του ενσωματωμένου συστήματος, οι τύποι δεδομένων εισόδου και εξόδου του είναι και οι δύο τύποι Boolean και η συνάρτηση αντιπροσωπεύει μια Boolean συνάρτηση που περιέχει λειτουργίες Boolean . Εάν θέλετε να επεξεργαστείτε δεδομένα, επεκτείνετε το FSM σε μια μηχανή κατάστασης με διαδρομή δεδομένων (FSM με Datapath, FSMD). Επιπλέον, το μοντέλο μηχανής κατάστασης μπορεί να επεκταθεί περαιτέρω για να υποστηρίξει το ιεραρχικό και το ταυτόχρονο μοντέλο.
2.μοντέλο ροής δεδομένων
Το μοντέλο ροής δεδομένων είναι ένα μοντέλο που προέρχεται από το ταυτόχρονο μοντέλο πολλαπλών εργασιών Αυτό το μοντέλο περιγράφει τη συμπεριφορά του συστήματος ως ένα σύνολο κόμβων και ακμών, όπου οι κόμβοι αντιπροσωπεύουν μετασχηματισμούς και οι ακμές αντιπροσωπεύουν τη ροή δεδομένων από έναν κόμβο σε άλλον κόμβο. . Κάθε κόμβος χρησιμοποιεί δεδομένα από τις άκρες εισόδου του, εκτελεί μετασχηματισμούς και παράγει δεδομένα στα άκρα εξόδου του.
Κάθε άκρη μπορεί να έχει δεδομένα Τα δεδομένα που εμφανίζονται στην άκρη ονομάζονται διακριτικό Όταν όλες οι ακμές εισόδου ενός κόμβου έχουν τουλάχιστον ένα διακριτικό, ο κόμβος μπορεί να ενεργοποιηθεί. Αφού ενεργοποιηθεί ο κόμβος, θα χρησιμοποιηθεί ένα διακριτικό από κάθε άκρο εισόδου, ο μετασχηματισμός δεδομένων θα εκτελεστεί σε όλα τα χρησιμοποιημένα διακριτικά και ένα διακριτικό θα δημιουργηθεί στην άκρη εξόδου. Η ενεργοποίηση του κόμβου εξαρτάται μόνο από την εμφάνιση του διακριτικού .
Το σχήμα 12-13 δείχνει το μοντέλο ροής δεδομένων για τον υπολογισμό z=(a+b)×(cd). Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλά εμπορικά εργαλεία που υποστηρίζουν την έκφραση μοντέλων ροής δεδομένων σε γλώσσες γραφικών Αυτά τα εργαλεία μπορούν να μετατρέψουν αυτόματα μοντέλα ροής δεδομένων σε ταυτόχρονα μοντέλα πολλαπλών εργασιών για εφαρμογή σε μικροεπεξεργαστές. Η μέθοδος μετατροπής είναι η μετατροπή κάθε κόμβου σε μια εργασία και κάθε ακμής σε κανάλι Η μέθοδος υλοποίησης του μοντέλου πολλαπλών εργασιών είναι η χρήση ενός λειτουργικού συστήματος σε πραγματικό χρόνο για τη χαρτογράφηση ταυτόχρονων εργασιών.
Το σχήμα 12-14 είναι ένα μοντέλο σύγχρονης ροής δεδομένων Σε αυτό το μοντέλο, κάθε άκρη εισόδου και εξόδου του κόμβου επισημαίνονται με τον αριθμό των διακριτικών που χρησιμοποιούνται και δημιουργούνται για κάθε έναυσμα. Το πλεονέκτημα αυτού του μοντέλου είναι ότι δεν χρειάζεται να μετατραπεί σε ένα ταυτόχρονο μοντέλο πολλαπλών εργασιών κατά την υλοποίηση, Αντίθετα, οι κόμβοι προγραμματίζονται με στατικό τρόπο για να δημιουργήσουν ένα διαδοχικό μοντέλο προγράμματος. Το μοντέλο μπορεί να εκφραστεί χρησιμοποιώντας μια διαδοχική γλώσσα προγραμματισμού (όπως η γλώσσα C) και μπορεί να εκτελεστεί χωρίς λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο, επομένως η απόδοση εκτέλεσής του είναι υψηλότερη.
3. Μοντέλο ταυτόχρονης διαδικασίας
Το μοντέλο παράλληλης διαδικασίας αποτελείται από μια ομάδα διεργασιών. Κάθε διεργασία είναι μια διαδοχική διαδικασία εκτέλεσης και κάθε διεργασία μπορεί να εκτελεστεί ταυτόχρονα. Το μοντέλο ταυτόχρονης διεργασίας παρέχει λειτουργίες για τη δημιουργία, τον τερματισμό, την αναστολή, την επανέναρξη και τη σύνδεση διεργασιών. Οι διεργασίες μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και να ανταλλάσσουν δεδομένα κατά την εκτέλεση. Η επικοινωνία μεταξύ των διεργασιών μπορεί να λάβει δύο μορφές: κοινόχρηστες μεταβλητές και μετάδοση μηνυμάτων. Σηματοφόροι, κρίσιμα τμήματα, σωλήνες, εκφράσεις διαδρομής κ.λπ. χρησιμοποιούνται για τον συγχρονισμό των λειτουργιών ταυτόχρονων διεργασιών.
Γενικά, ένα σύστημα σε πραγματικό χρόνο μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύστημα που αποτελείται από πολλές διεργασίες που εκτελούνται ταυτόχρονα, καθεμία από τις οποίες έχει απαιτήσεις χρόνου. Με αυτόν τον τρόπο, πολλά ενσωματωμένα συστήματα περιγράφονται πιο εύκολα από ένα σύνολο εργασιών που εκτελούνται ταυτόχρονα, επειδή αυτά τα συστήματα είναι συστήματα πολλαπλών εργασιών και το μοντέλο ταυτόχρονης διεργασίας μπορεί φυσικά να εφαρμοστεί με πολλαπλές εργασίες ενός λειτουργικού συστήματος σε πραγματικό χρόνο.
4.αντικειμενοστρεφές μοντέλο
Το παραδοσιακό μοντέλο της διεργασίας έχει σχεδιαστεί γύρω από την έννοια της διαδικασίας. Είναι μια έμμεση προσομοίωση δραστηριοτήτων στον αντικειμενικό κόσμο αντικειμενικός κόσμος Είναι αφύσικο, και κάνει επίσης τα ταυτόχρονα προγράμματα δύσκολο να σχεδιαστούν και να κατανοηθούν.
Το αντικειμενοστραφή μοντέλο περιγράφει δραστηριότητες στον αντικειμενικό κόσμο με πιο άμεσο τρόπο και υπάρχει πιθανή δυνατότητα ταυτόχρονης εκτέλεσης στο μοντέλο. Αφού ένα αντικείμενο στείλει ένα μήνυμα σε άλλο αντικείμενο, εάν το αποτέλεσμα επεξεργασίας του μηνύματος δεν χρειάζεται ή δεν χρειάζεται αμέσως, το πρώτο δεν χρειάζεται να περιμένει για το δεύτερο να επεξεργαστεί το μήνυμα και ο αποστολέας και ο παραλήπτης του μηνύματος μπορούν να εκτελέσουν ταυτόχρονα.Τα αντικείμενα δεν βρίσκονται όλα σε κατάσταση παθητικής παροχής υπηρεσιών Εκτός από την παροχή υπηρεσιών μέσω λήψης μηνυμάτων, ορισμένα από αυτά μπορούν επίσης να έχουν τη δική τους επεξεργασία συναλλαγών.
λόγος. Ένα αντικείμενο μπορεί συχνά να χειρίζεται πολλά μηνύματα ταυτόχρονα.
Ένα αντικείμενο είναι μια ενθυλάκωση δεδομένων και πράξεων Τα δεδομένα αποθηκεύονται στις τοπικές μεταβλητές του αντικειμένου. Σε ένα ταυτόχρονο περιβάλλον, πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η περιγραφή της ταυτόχρονης κατάστασης του αντικειμένου, επειδή ο έλεγχος ταυτόχρονης λειτουργίας του αντικειμένου βασίζεται στην ταυτόχρονη κατάσταση του αντικειμένου. Ο συνδυασμός ταυτόχρονης και αντικειμενοστρεφούς μπορεί να συνοψιστεί σε δύο τρόπους:
(1) Εισαγωγή μηχανισμού ταυτόχρονης χρήσης στο αντικειμενοστρεφές μοντέλο, αξιοποίηση αντικειμενοστρεφούς τεχνολογίας για την περιγραφή της καλής ικανότητας μοντέλων του αντικειμενικού κόσμου και των διαφόρων σημαντικών χαρακτηριστικών του αντικειμενοστρεφούς και ταυτόχρονα περιγραφή των πιθανών δυνατοτήτων ταυτόχρονης καθιστώντας το κατάλληλο για την περιγραφή ταυτόχρονων υπολογιστών.
(2) Εισαγάγετε την αντικειμενοστραφή σκέψη στο παραδοσιακό μοντέλο συγχρονισμού. Τα αντικειμενοστρεφή μοντέλα συγχρονισμού μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: μοντέλα σιωπηρής ταυτότητος και μοντέλα ρητού ταυτότητος.
(1) Μοντέλο σιωπηρής συγχρονισμού. Αυτό το μοντέλο χαρακτηρίζεται από την αναβολή της ταυτόχρονης σχεδίασης και τη χρήση μοντελοποίησης αντικειμένων ως βάση για τη μοντελοποίηση. Πριν εισέλθετε στη φάση εκτέλεσης, αντιμετωπίζετε τα αντικείμενα ως αυτόνομες μονάδες και τις δραστηριότητες διαφόρων αντικειμένων ως συγκεκριμένες εργασίες που ολοκληρώνονται με ιδανικό ταυτόχρονα τρόπο. Όπως κάθε αντικείμενο έχει τον δικό του επεξεργαστή, αυτός ο επεξεργαστής μπορεί να παρέχει ένα νήμα εκτέλεσης για το αντικείμενο. Τα εξωτερικά συμβάντα που εισέρχονται στο σύστημα θεωρούνται ως αίτημα επεξεργασίας και μεταδίδονται σε ορισμένα αντικείμενα. Θεωρητικά, ανάλογα με ένα αίτημα, οποιοσδήποτε αριθμός αντικειμένων μπορεί να εκτελέσει την αντίστοιχη επεξεργασία. Κατά την υλοποίηση, ο χρονοπρογραμματιστής καθορίζει τελικά τη σειρά των λειτουργιών στα αντικείμενά του, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-15.
(2) Μοντέλο ρητού συγχρονισμού. Το χαρακτηριστικό αυτού του μοντέλου είναι ότι πρώτα θα πρέπει να εξεταστεί η ταυτόχρονη και η έννοια της ταυτόχρονης και η έννοια των αντικειμένων πρέπει πρώτα να διαχωριστούν. Μετά την καθιέρωση του αντικειμένου, η έννοια της διεργασίας που υποστηρίζεται από το λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει τη συγχρονικότητα, σχηματίζοντας δύο αφηρημένα επίπεδα αντικειμένου και διεργασίας, δηλαδή πρώτα αποσυνθέτοντας το σύστημα σε σχεδόν ταυτόχρονες διεργασίες ως σημείο εκκίνησης χρησιμοποιώντας αντικειμενοστραφή τεχνολογία μέσα σε κάθε διαδικασία. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αντικειμένων εκφράζονται ως κλήσεις ένθετων συναρτήσεων και προστίθενται σαφείς μηχανισμοί συγχρονισμού όπως κλειδαριές, οθόνες και σηματοφόροι για να διασφαλιστεί η ακεραιότητα των αντικειμένων. Αυτό το μοντέλο τοποθετεί τις διεργασίες πάνω από αντικείμενα και δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη η συγχρονισμός ή η σειριοποίηση αντικειμένων σε αντικείμενα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-16.
Στις πρώτες μέρες, η μέθοδος σχεδίασης συστημάτων σε πραγματικό χρόνο ήταν κυρίως μέθοδος δομημένης σχεδίασης. Η αντικειμενοστραφής μέθοδος σχεδίασης συστήματος σε πραγματικό χρόνο έχει προφανώς προφανή πλεονεκτήματα σε αυτά τα προβλήματα. Η πιο πρακτική αντικειμενοστραφής μέθοδος σχεδίασης είναι η μέθοδος OCTOPUS της Nokia. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στη μέθοδο OMT και Fusion και προτείνει μεθόδους για την επεξεργασία του χρόνου απόκρισης του συστήματος σε πραγματικό χρόνο, του τομέα χρόνου και του συγχρονισμού, και συγκεκριμένα προτείνει μεθόδους για την αντιμετώπιση του πραγματικού χρόνου. Χρόνος απόκρισης συστήματος, τομέας χρόνου και συγχρονισμός Χειρισμός πτυχών συγχρονισμού, συγχρονισμού, επικοινωνιών, διαχείρισης διακοπών, ASIC, διεπαφές υλικού, χρόνους απόκρισης από άκρο σε άκρο κ.λπ. Η προσέγγιση OCTOPUS συνδυάζει καλά τις κύριες φάσεις της ανάπτυξης λογισμικού, παρέχει μια στενή και φυσική μετάβαση από το μοντέλο προδιαγραφών στο μοντέλο λειτουργίας και υποστηρίζει σταδιακή ανάπτυξη. Η μέθοδος OCTOPUS είναι μια τυπική μέθοδος σχεδιασμού που συνδυάζει την τρέχουσα αντικειμενοστραφή τεχνολογία και συστήματα σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον, επίσημες αντικειμενοστρεφείς τεχνικές ανάπτυξης και γλώσσες μοντελοποίησης εφαρμόζονται σταδιακά στο αρχικό στάδιο της μοντελοποίησης συστημάτων σε πραγματικό χρόνο.
Πριν σχεδιάσει, ο σχεδιαστής πρέπει να ξέρει τι να σχεδιάσει. Απαιτήσεις και προδιαγραφές χρησιμοποιούνται συχνά για να περιγράψουν αυτά τα δύο σχετικά αλλά διακριτά βήματα της διαδικασίας σχεδιασμού. Οι απαιτήσεις είναι ανεπίσημες περιγραφές του τι θέλουν οι χρήστες, ενώ οι προδιαγραφές είναι πιο λεπτομερείς, ακριβείς και συνεπείς περιγραφές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μιας αρχιτεκτονικής συστήματος. Φυσικά, οι απαιτήσεις και οι προδιαγραφές είναι εξωτερικές αναπαραστάσεις του συστήματος καθοδήγησης, όχι εσωτερικές αναπαραστάσεις. Υπάρχουν δύο τύποι απαιτήσεων: λειτουργικές απαιτήσεις και μη λειτουργικές απαιτήσεις Οι λειτουργικές απαιτήσεις περιγράφουν τι πρέπει να κάνει το σύστημα, ενώ οι μη λειτουργικές απαιτήσεις περιγράφουν άλλα χαρακτηριστικά του συστήματος, όπως φυσικό μέγεθος, τιμή, κατανάλωση ενέργειας, χρόνος σχεδίασης, αξιοπιστία. Περίμενε.
Η ανάλυση απαιτήσεων για ένα μεγάλο σύστημα είναι μια πολύπλοκη και χρονοβόρα εργασία, αλλά η απόκτηση μικρού όγκου πληροφοριών σε σαφή, απλή μορφή είναι μια καλή αρχή για την κατανόηση των απαιτήσεων του συστήματος. Ο Πίνακας 12-5 είναι μια φόρμα απαιτήσεων που συμπληρώνεται στην αρχή ενός έργου και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίστα ελέγχου κατά την εξέταση των βασικών χαρακτηριστικών του συστήματος.
Το περιεχόμενο αυτού του εντύπου απαίτησης προετοιμάζεται χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα GPS (Global Position System, mobile map system). Το κινητό σύστημα χαρτών είναι μια φορητή συσκευή σχεδιασμένη για χρήστες που οδηγούν σε αυτοκινητόδρομους ή παρόμοιους χρήστες. Αλλάζει ανάλογα με την τοποθεσία του χρήστη και της συσκευής.
Το πιο σημαντικό έγγραφο που προκύπτει κατά τη φάση της ανάλυσης απαιτήσεων είναι οι προδιαγραφές του συστήματος.
Η προδιαγραφή είναι ένα τεχνικό έγγραφο που αντικατοπτρίζει με ακρίβεια τις ανάγκες του πελάτη και χρησιμεύει ως απαιτήσεις που πρέπει να τηρούνται κατά τον σχεδιασμό. Στη διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού, οι προδιαγραφές είναι πολύ σημαντικές. Οι αναλυτές συστήματος αποδέχονται τις απαιτήσεις των χρηστών και δημιουργούν προδιαγραφές για το σύστημα λογισμικού στόχου Οι σχεδιαστές και οι κωδικοποιητές σχεδιάζουν ενότητες σύμφωνα με τις προδιαγραφές και, τέλος, δημιουργούν κώδικες του προγράμματος, επαληθεύουν εάν το τελικό λογισμικό πληροί τις προδιαγραφές. Οι προδιαγραφές θα πρέπει να είναι σαφείς και ξεκάθαρες, διαφορετικά το σύστημα που έχει δημιουργηθεί βάσει των προδιαγραφών ενδέχεται να μην πληροί τις πραγματικές απαιτήσεις.
Επί του παρόντος, η πιο δημοφιλής μέθοδος στον κλάδο είναι η χρήση UML για την περιγραφή των προδιαγραφών. Η UML είναι μια καθολική τυπική γλώσσα μοντελοποίησης που μπορεί να μοντελοποιήσει οποιοδήποτε σύστημα με στατική δομή και δυναμική συμπεριφορά. Το UML είναι κατάλληλο για διαφορετικά στάδια της διαδικασίας ανάπτυξης του συστήματος από την προδιαγραφή απαιτήσεων έως τη δοκιμή μετά την ολοκλήρωση του συστήματος. Το Σχήμα 12-17 είναι ένα παράδειγμα μιας προδιαγραφής μηχανής κατάστασης που δείχνει τις λειτουργίες έναρξης και λήξης είναι ειδικές καταστάσεις και οι καταστάσεις στη μηχανή κατάστασης αντιπροσωπεύουν διαφορετικές εννοιολογικές λειτουργίες.
Στη φάση της ανάλυσης απαιτήσεων, οι απαιτήσεις των χρηστών αποτυπώνονται μέσω περιπτώσεων χρήσης. Μέσω της μοντελοποίησης περίπτωσης χρήσης, περιγράψτε τους εξωτερικούς παράγοντες που ενδιαφέρονται για το σύστημα και τις λειτουργικές τους απαιτήσεις για το σύστημα (use case). Η φάση της ανάλυσης ασχολείται κυρίως με τις κύριες έννοιες (όπως αφαιρέσεις, κλάσεις και αντικείμενα, κ.λπ.) και μηχανισμούς στον τομέα του προβλήματος Είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν αυτές οι κλάσεις και οι σχέσεις τους και να περιγραφούν με διαγράμματα κλάσεων UML. Κατά τη φάση της ανάλυσης, μοντελοποιούνται μόνο τα αντικείμενα του προβληματικού τομέα (έννοιες του πραγματικού κόσμου), χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι κλάσεις που καθορίζουν τις τεχνικές λεπτομέρειες στο σύστημα λογισμικού (όπως κλάσεις που χειρίζονται ζητήματα όπως διεπαφές χρήστη, βάσεις δεδομένων, επικοινωνία, και παραλληλισμός).
Επί του παρόντος, τα εργαλεία σχεδιασμού ενσωματωμένου συστήματος μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: εργαλεία συλλογικής σύνθεσης και εργαλεία συνεργατικής προσομοίωσης.
(1) Εργαλεία συλλογικής σύνθεσης. Επί του παρόντος, τα κύρια εργαλεία συλλογικής σύνθεσης που χρησιμοποιούνται για την ενσωματωμένη ανάπτυξη περιλαμβάνουν το POLIS, το COSYMA και το Chinook.
POLIS: Το POLIS είναι ένα πλαίσιο συν-σχεδιασμού λογισμικού και υλικού για διαδραστικά ενσωματωμένα συστήματα που αναπτύχθηκε από την UC-Berkeley. Δεδομένου ότι τόσο το λογισμικό όσο και το υλικό μπορούν να ληφθούν με διαφάνεια από την ίδια περιγραφή CFSM, η συλλογική προσομοίωση με χρήση του PTOLEMY υποστηρίζεται και στα επίπεδα περιγραφής και υλοποίησης είναι περιορισμένη, δηλαδή, τα CFSM υλικού περιβάλλονται από έναν μόνο επεξεργαστή και δεν υποστηρίζουν κοινόχρηστη μνήμη.
COSYMA: Το COSYMA είναι μια πλατφόρμα που αναπτύχθηκε από τη γερμανική εταιρεία IDA για τη διερεύνηση της διαδικασίας σύνθεσης του συν-σχεδιασμού υλικού και λογισμικού. Έχει μια σχετικά απλή περιγραφή για συστήματα λογισμικού, υποστηρίζει αυτόματη τμηματοποίηση και σύνθεση συν-επεξεργαστή και μπορεί να εξερευνήσει τον χώρο σχεδιασμού. Κατά τη διάρκεια της περιόδου σύνθεσης, η σύνθεση του συστήματος εξαρτάται από περιορισμούς υλικού και δεν υποστηρίζει μονάδες ταυτόχρονης εκτέλεσης, δηλ. μόνο ένα νήμα μπορεί να εκτελεστεί κάθε φορά εξαρτάται από τις τεχνικές κατάτμησης και εκτίμησης κόστους.
Το Chinook έχει σχεδιαστεί για συστήματα ελέγχου Η περιγραφή ολόκληρου του συστήματος παρέχεται στο Chinook ως είσοδος ολόκληρο το σχέδιο Chinook Υποστηρίζει μια ποικιλία αρχιτεκτονικών συστημάτων, ειδικά αρχιτεκτονικές πολλαπλών επεξεργαστών. Υποστηρίζει επίσης την περιγραφή των χρονικών περιορισμών. Μπορεί να συνθέσει μια ποικιλία διεπαφών, συμπεριλαμβανομένων των διεπαφών λογισμικού και υλικού μεταξύ συστημάτων.
(2) Συνεργατικά εργαλεία προσομοίωσης. Η συνεργατική προσομοίωση είναι μια κρίσιμη πτυχή στο σχεδιασμό του ενσωματωμένου συστήματος , το οποίο βοηθά στην πρόταση αλλαγών στα αρχικά στάδια του συστήματος χωρίς να προκαλούνται μεγάλες απώλειες. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύρια συνεργατικά εργαλεία προσομοίωσης:
PTOLEMY: Η βασική ιδέα του PTOLEMY είναι να αναμιγνύει υπολογιστικά μοντέλα με αντικειμενοστρεφείς πυρήνες και χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες εφαρμογές, αλλά δεν είναι κατάλληλο για την προσομοίωση υλικού επίσης μια από τις λειτουργίες του. TSS: Το TSS (Εργαλείο για Προσομοίωση Συστήματος) είναι ένα εργαλείο για την προσομοίωση σύνθετου υλικού Είναι γραμμένο σε γλώσσα C Η εξαγωγή μεμονωμένων μονάδων μπορεί να ελεγχθεί από τον χρήστη και οι μονάδες μπορούν εύκολα να προστεθούν και να διαγραφούν. Ωστόσο, οι ιεραρχικές μονάδες δεν υποστηρίζονται και δεν υπάρχει μηχανισμός για τον συγχρονισμό της πρόσβασης σε κοινόχρηστες δομές δεδομένων από κάθε επεξεργαστή. Η επικοινωνία μεταξύ των μονάδων πραγματοποιείται μέσω θυρών και διαύλων. Επιπλέον, το TSS υποστηρίζει την προσομοίωση πολυπύρηνων συστημάτων.
1.Σχεδιασμός αρχιτεκτονικής συστήματος
Η περιγραφή του τρόπου με τον οποίο το σύστημα υλοποιεί τις λειτουργίες που ορίζονται στην προδιαγραφή είναι ο πρωταρχικός σκοπός του σχεδιασμού της αρχιτεκτονικής συστήματος. Ωστόσο, κατά το σχεδιασμό της δομής του συστήματος ενός ενσωματωμένου συστήματος, είναι δύσκολο να διαχωριστεί πλήρως το λογισμικό και το υλικό. Η συνήθης προσέγγιση είναι να εξετάσουμε πρώτα την αρχιτεκτονική λογισμικού του συστήματος και μετά να εξετάσουμε την εφαρμογή υλικού του. Η περιγραφή της αρχιτεκτονικής του συστήματος πρέπει να πληροί λειτουργικές και μη λειτουργικές απαιτήσεις. Όχι μόνο πρέπει να υλοποιηθεί η απαιτούμενη λειτουργικότητα, αλλά πρέπει να τηρούνται και μη λειτουργικοί περιορισμοί όπως το κόστος, η ταχύτητα, η κατανάλωση ενέργειας κ.λπ. Είναι μια πρακτική μέθοδος για να ληφθούν υπόψη και να τελειοποιηθούν τα λειτουργικά στοιχεία στο αρχικό μπλοκ διάγραμμα του συστήματος ένα προς ένα και να μετατραπεί το αρχικό μπλοκ διάγραμμα σε μια δομή συστήματος λογισμικού και υλικού, ενώ λαμβάνονται υπόψη μη λειτουργικοί περιορισμοί. Τα παρακάτω φέρουν ως παράδειγμα τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό του συστήματος χαρτών κινητής τηλεφωνίας GPS.
(1) Αρχικό μπλοκ διάγραμμα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-18, αυτό το αρχικό μπλοκ διάγραμμα είναι η κύρια λειτουργία και η ροή δεδομένων του συστήματος χαρτών κινητής τηλεφωνίας.
(2) Αρχιτεκτονική συστήματος λογισμικού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-19, το σύστημα λογισμικού αποτελείται κυρίως από μια διεπαφή χρήστη, μια μηχανή αναζήτησης βάσεων δεδομένων και έναν μετατροπέα δεδομένων.
(3) Αρχιτεκτονική του συστήματος υλικού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-20, το σύστημα υλικού αποτελείται από μικροεπεξεργαστή γενικής χρήσης, μνήμη και συσκευές I/O. Αυτό το σύστημα επιλέγει δύο είδη μνήμης: γενικά δεδομένα, μνήμη προγράμματος και μνήμη buffer πλαισίων για εμφάνιση pixel.
2.Σχεδιασμός υποσυστήματος υλικού
Το περιβάλλον ανάπτυξης των ενσωματωμένων συστημάτων αποτελείται από 4 μέρη: πλατφόρμα υλικού στόχου, ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα, γλώσσα προγραμματισμού και εργαλεία ανάπτυξης Μεταξύ αυτών, η επιλογή του επεξεργαστή και του λειτουργικού συστήματος θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη περισσότερους παράγοντες για την αποφυγή λανθασμένων αποφάσεων που επηρεάζουν την πρόοδο του έργου .
(1) Επιλέξτε τεχνολογία επεξεργαστή. Μια σημαντική πρόκληση στον σχεδιασμό του ενσωματωμένου συστήματος είναι πώς να βελτιστοποιηθούν ταυτόχρονα οι ανταγωνιστικές προδιαγραφές σχεδιασμού. Οι σχεδιαστές πρέπει να κάνουν αντισταθμίσεις μεταξύ διαφόρων τεχνολογιών επεξεργαστών και τεχνολογιών IC. Σε γενικές γραμμές, η τεχνολογία επεξεργαστή δεν έχει καμία σχέση με την τεχνολογία IC, δηλαδή, οποιαδήποτε τεχνολογία επεξεργαστή μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε τεχνολογία IC, αλλά η απόδοση, το κόστος NRE, η κατανάλωση ενέργειας, το μέγεθος και άλλοι δείκτες της τελικής συσκευής θα είναι πολύ διαφορετικό, όπως φαίνεται στο Σχήμα 12-21.
Η πιο ευέλικτη προγραμματιζόμενη τεχνολογία παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία, μειώνει το κόστος NRE και επιτρέπει ταχύτερους χρόνους πρωτοτύπων προϊόντος και κυκλοφορίας. Η προσαρμοσμένη τεχνολογία μπορεί να προσφέρει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, καλύτερη απόδοση, μικρότερο μέγεθος και χαμηλότερο κόστος για παραγωγή μεγάλου όγκου.
Συνήθως, όταν μια εταιρεία θέλει να λανσάρει ένα προϊόν, όπως αποκωδικοποιητή, οικιακό δρομολογητή ή επεξεργαστή γενικής χρήσης, μπορεί πρώτα να λανσάρει ένα ημι-προσαρμοσμένο προϊόν για να κατακτήσει την αγορά όσο το δυνατόν γρηγορότερα και στη συνέχεια να κυκλοφορήσει ένα πλήρως προσαρμοσμένο προϊόν. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε πρώτα πιο αξιόπιστη παλιά τεχνολογία για να εφαρμόσετε τον επεξεργαστή και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσετε νέα τεχνολογία διεργασιών για να εφαρμόσετε την επόμενη γενιά. Ομοίως, οι σχεδιαστές ενσωματωμένων συστημάτων μπορούν να χρησιμοποιήσουν προγραμματιζόμενες συσκευές για να δημιουργήσουν πρωτότυπα για να επιταχύνουν το χρόνο στην αγορά και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν προσαρμοσμένες συσκευές για παραγωγή όγκου. Με βάση αυτές τις αρχές, οι σχεδιαστές μπορούν να κάνουν λογικές επιλογές σχετικά με την τεχνολογία και τον επεξεργαστή που χρησιμοποιούνται. Γενικά, το πλήρως προσαρμόσιμο, εμπορικά διαθέσιμο "καθολικό λογισμικό επεξεργαστή" είναι μια κατάλληλη επιλογή για τις περισσότερες περιπτώσεις.
(2) Επιλογή γενικού ενσωματωμένου επεξεργαστή. Επιλέξτε έναν κατάλληλο ενσωματωμένο επεξεργαστή γενικής χρήσης με βάση τις ανάγκες του χρήστη και του έργου Οι ακόλουθοι δείκτες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή.
Ταχύτητα επεξεργαστή. Η απόδοση ενός επεξεργαστή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: συχνότητα ρολογιού, μέγεθος εσωτερικών καταχωρητών, εάν οι εντολές επεξεργάζονται όλους τους καταχωρητές εξίσου, κ.λπ. Για πολλά σχέδια ενσωματωμένων συστημάτων που απαιτούν επεξεργαστή, ο στόχος δεν είναι να επιλέξετε τον ταχύτερο επεξεργαστή, αλλά να επιλέξετε τον επεξεργαστή και το υποσύστημα I/O που μπορούν να ολοκληρώσουν τη δουλειά. Η απόδοση του επεξεργαστή ανταποκρίνεται στις ανάγκες του συστήματος και έχει ένα συγκεκριμένο περιθώριο, αλλά δεν χρειάζεται να τον επιλέξετε πολύ ψηλά. Τεχνικοί δείκτες. Επί του παρόντος, πολλοί ενσωματωμένοι επεξεργαστές ενσωματώνουν τις λειτουργίες των περιφερειακών συσκευών, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των τσιπ και μειώνοντας έτσι το κόστος ανάπτυξης ολόκληρου του συστήματος. Το πρώτο πράγμα που εξετάζουν οι προγραμματιστές είναι εάν μέρος του υλικού που απαιτείται από το σύστημα μπορεί να συνδεθεί στον επεξεργαστή χωρίς υπερβολική συνδυαστική λογική. Δεύτερον, εξετάστε ορισμένα υποστηρικτικά τσιπ του επεξεργαστή, όπως ελεγκτής DMA, διαχείριση μνήμης, ελεγκτής διακοπής, σειριακή συσκευή, ρολόι κ.λπ. Η εξοικείωση του προγραμματιστή με τον επεξεργαστή σημαίνει ότι ο προγραμματιστής του έργου πρέπει να κάνει μια αντιστάθμιση μεταξύ του κόστους του ίδιου του επεξεργαστή και του κόστους ανάπτυξης.
Είτε η λειτουργία I/O του επεξεργαστή ανταποκρίνεται στις ανάγκες του συστήματος, δηλαδή, πολλοί επεξεργαστές παρέχουν ενσωματωμένες εξωτερικές συσκευές για τη μείωση του αριθμού των τσιπ και τη μείωση του κόστους αυτής της λύσης. Σχετικά εργαλεία υποστήριξης λογισμικού για τον επεξεργαστή, δηλαδή εάν ο επεξεργαστής έχει πλήρη υποστήριξη για ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα, γλώσσες προγραμματισμού και εργαλεία ανάπτυξης κ.λπ.
Ο εντοπισμός σφαλμάτων του επεξεργαστή αναφέρεται στο εάν ο επεξεργαστής ενσωματώνει λειτουργίες εντοπισμού σφαλμάτων, όπως αν υποστηρίζει JTAG, BDM και άλλες μεθόδους εντοπισμού σφαλμάτων. Αξιοπιστία υποστήριξης κατασκευαστή επεξεργαστή. Κατά την επιλογή ενός συγκεκριμένου επεξεργαστή κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του προϊόντος, οι σχεδιαστές πρέπει να επιβεβαιώσουν ότι διαθέτει επαρκή παροχή, τεχνική υποστήριξη κ.λπ. και τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας του επεξεργαστή.
Η μεγαλύτερη και ταχύτερα αναπτυσσόμενη αγορά για ενσωματωμένους μικροεπεξεργαστές είναι καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα, όπως φορητές συσκευές, ηλεκτρονικά σημειωματάρια, κινητά τηλέφωνα, πλοηγοί GPS και έξυπνες οικιακές συσκευές. χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Πολλοί κατασκευαστές CPU έχουν ήδη μπει σε αυτό το πεδίο.
(3) Προφυλάξεις για τη σχεδίαση υλικού. Αρχικά, χωρίστε το υλικό σε στοιχεία ή μονάδες και σχεδιάστε ένα μπλοκ διάγραμμα των συνδέσεων του στοιχείου ή της μονάδας. Δεύτερον, βελτιώστε κάθε ενότητα και χωρίστε το σύστημα σε πιο διαχειρίσιμα κομμάτια που μπορούν να εφαρμοστούν ανεξάρτητα. Συνήθως, ορισμένες λειτουργίες του συστήματος μπορούν να υλοποιηθούν τόσο σε λογισμικό όσο και σε υλικό. των περιορισμών. Κατά το σχεδιασμό της διεπαφής μεταξύ λογισμικού και υλικού, οι σχεδιαστές υλικού και οι σχεδιαστές λογισμικού πρέπει να συνεργαστούν για να την ολοκληρώσουν. Τα ακόλουθα σημεία πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό.
Εν ολίγοις, οι σχεδιαστές υλικού θα πρέπει να παρέχουν στους σχεδιαστές λογισμικού περισσότερες και πιο λεπτομερείς πληροφορίες για να διευκολύνουν το σχεδιασμό και την ανάπτυξη λογισμικού.
3.Σχεδιασμός υποσυστήματος λογισμικού
Σύμφωνα με το έγγραφο προδιαγραφών στο στάδιο της ανάλυσης απαιτήσεων, καθορίστε το μοντέλο υπολογισμού του συστήματος και πραγματοποιήστε μια λογική σχεδίαση του τμήματος λογισμικού.
(1) Επιλογή λειτουργικού συστήματος. Όταν επιλέγετε ένα ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα, πρέπει να λάβετε υπόψη πολλές πτυχές:
Λειτουργίες λειτουργικού συστήματος. Επιλέξτε προϊόντα λειτουργικού συστήματος με βάση τις λειτουργίες του λειτουργικού συστήματος που απαιτούνται από το έργο Σκεφτείτε εάν το σύστημα υποστηρίζει όλες ή μέρος των λειτουργιών του λειτουργικού συστήματος, εάν υποστηρίζει συστήματα αρχείων, διεπαφές ανθρώπου-μηχανής, εάν πρόκειται για σύστημα σε πραγματικό χρόνο. ή ένα σύστημα χρονομερισμού και αν το σύστημα μπορεί να κοπεί.
Επιλογή υποστηρικτικών εργαλείων ανάπτυξης. Ορισμένα λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο (rtos) υποστηρίζουν μόνο τα εργαλεία ανάπτυξης του προμηθευτή συστήματος. Με άλλα λόγια, πρέπει επίσης να αποκτήσετε έναν μεταγλωττιστή, έναν εντοπισμό σφαλμάτων κ.λπ. από τον προμηθευτή του λειτουργικού συστήματος. Ορισμένα λειτουργικά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως και είναι διαθέσιμα εργαλεία τρίτων, επομένως η επιλογή είναι ευρύτερη. Πόσο εύκολο είναι να μεταφέρετε το λειτουργικό σύστημα. Η μεταφορά λειτουργικού συστήματος σε υλικό είναι ένα σημαντικό ζήτημα. Είναι ένας βασικός παράγοντας που σχετίζεται με το εάν ολόκληρο το σύστημα μπορεί να ολοκληρωθεί σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα, επομένως, τα λειτουργικά συστήματα με υψηλό βαθμό φορητότητας θα πρέπει να επιλέγονται για να αποφευχθούν διάφορες δυσκολίες που προκαλούνται από τη δυσκολία μεταφοράς του λειτουργικού συστήματος στο υλικό και να επιταχυνθεί η πρόοδος ανάπτυξης. του συστήματος. Ποιες είναι οι απαιτήσεις μνήμης του λειτουργικού συστήματος. Σκεφτείτε εάν απαιτείται πρόσθετη μνήμη ram ή eeprom για να καλύψει τις μεγαλύτερες απαιτήσεις μνήμης του λειτουργικού συστήματος. Ορισμένα λειτουργικά συστήματα έχουν απαιτήσεις μνήμης για συγκεκριμένους στόχους. Όπως το tornado/vxworks, οι προγραμματιστές μπορούν να διαθέσουν τους απαιτούμενους πόρους σύμφωνα με τις ανάγκες της εφαρμογής αντί να διαθέσουν πόρους για το λειτουργικό σύστημα. Οι προγραμματιστές μπορούν να επιλέξουν από έως και 80 διαφορετικές διαμορφώσεις, που κυμαίνονται από ενσωματωμένα σχέδια που απαιτούν πολλά kilobyte μνήμης έως πολύπλοκες εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο υψηλής τεχνολογίας που απαιτούν περισσότερη λειτουργικότητα του λειτουργικού συστήματος.
Πρόσθετα πακέτα λειτουργικού συστήματος. Είτε περιέχει τα απαιτούμενα στοιχεία λογισμικού, όπως στοίβες πρωτοκόλλων δικτύου, συστήματα αρχείων, προγράμματα οδήγησης για διάφορα κοινά χρησιμοποιούμενα περιφερειακά κ.λπ. Πόσο σε πραγματικό χρόνο είναι το λειτουργικό σύστημα; Ο πραγματικός χρόνος χωρίζεται σε μαλακό πραγματικό χρόνο και σκληρό πραγματικό χρόνο. Ορισμένα ενσωματωμένα λειτουργικά συστήματα μπορούν να παρέχουν μόνο μαλακές επιδόσεις σε πραγματικό χρόνο Για παράδειγμα, το Microsoft Windows CE 2.0 είναι ένα λειτουργικό σύστημα 32-bit, συμβατό με Windows, με δυνατότητα κλιμάκωσης σε πραγματικό χρόνο που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες των περισσότερων ενσωματωμένων και μη. εφαρμογές.Ωστόσο, η απόδοση σε πραγματικό χρόνο δεν είναι αρκετά ισχυρή και είναι μια μαλακή ενσωματωμένη λειτουργία σε πραγματικό χρόνο.
λειτουργικό σύστημα. Πόσο ευέλικτο είναι το λειτουργικό σύστημα; Εάν το λειτουργικό σύστημα μπορεί να προσαρμοστεί, δηλαδή, εάν οι λειτουργίες του συστήματος μπορούν να προσαρμοστούν σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες. Ορισμένα λειτουργικά συστήματα έχουν ισχυρή προσαρμοστικότητα, όπως το ενσωματωμένο linux, το tornado/vxworks κ.λπ.
(2) Επιλογή γλώσσας προγραμματισμού. Όταν επιλέγετε μια γλώσσα προγραμματισμού, πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη πολλές πτυχές:
Ευστροφία. Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροεπεξεργαστών, οι λειτουργίες του γίνονται όλο και πιο εξειδικευμένες και υπάρχουν ολοένα και περισσότεροι τύποι μικροεπεξεργαστών, ωστόσο, διαφορετικοί τύποι μικροεπεξεργαστών έχουν τη δική τους ειδική γλώσσα συναρμολόγησης. Αυτό δημιουργεί ένα τεράστιο εμπόδιο για τους προγραμματιστές συστημάτων, καθιστώντας τον προγραμματισμό του συστήματος πιο δύσκολο και αδύνατη την επαναχρησιμοποίηση των γλωσσών υψηλού επιπέδου με τη δομή του υλικού συγκεκριμένων μηχανών Διατίθενται για τους περισσότερους μικροεπεξεργαστές Καλή υποστήριξη και καλή ευελιξία.
φορητότητα. Δεδομένου ότι η γλώσσα συναρμολόγησης σχετίζεται στενά με έναν συγκεκριμένο μικροεπεξεργαστή, ένα πρόγραμμα που έχει σχεδιαστεί για έναν συγκεκριμένο μικροεπεξεργαστή δεν μπορεί να μεταμοσχευθεί απευθείας σε άλλο μικροεπεξεργαστή διαφορετικού τύπου. Οι γλώσσες υψηλού επιπέδου είναι κοινές σε όλους τους μικροεπεξεργαστές, επομένως τα προγράμματα μπορούν να εκτελούνται σε διαφορετικούς μικροεπεξεργαστές και είναι πιο φορητά. Αυτή είναι η βάση για την επαναχρησιμοποίηση λογισμικού. αποτελεσματικότητα. Σε γενικές γραμμές, όσο πιο υψηλού επιπέδου είναι η γλώσσα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο μεταγλωττιστής και η επιβάρυνση, και τόσο μεγαλύτερη και πιο αργή είναι η εφαρμογή. Ωστόσο, το να βασίζεσαι αποκλειστικά σε γλώσσες χαμηλού επιπέδου, όπως η γλώσσα assembly, για την ανάπτυξη εφαρμογών φέρνει προβλήματα όπως πολύπλοκους προγραμματισμούς και μεγάλους κύκλους ανάπτυξης. Επομένως, υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ του χρόνου ανάπτυξης και της απόδοσης χρόνου εκτέλεσης.
Συντηρησιμότητα. Γλώσσες χαμηλού επιπέδου, όπως η γλώσσα assembly, δεν μπορούν να διατηρηθούν. Τα προγράμματα γλώσσας υψηλού επιπέδου είναι συχνά αρθρωτά στη σχεδίαση και οι διεπαφές μεταξύ κάθε ενότητας είναι σταθερές. Επομένως, όταν παρουσιάζεται ένα πρόβλημα στο σύστημα, το πρόβλημα μπορεί να εντοπιστεί γρήγορα σε μια συγκεκριμένη μονάδα και να επιλυθεί το συντομότερο δυνατό. Επιπλέον, ο αρθρωτός σχεδιασμός διευκολύνει επίσης την επέκταση και την αναβάθμιση των λειτουργιών του συστήματος.
Βασική απόδοση. Υπάρχουν πολλοί τύποι γλωσσών που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία ανάπτυξης ενσωματωμένων συστημάτων Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες γλώσσες υψηλού επιπέδου περιλαμβάνουν τις Ada, C/C++, Modula-2 και Java, κ.λπ. Η γλώσσα Ada είναι αυστηρά καθορισμένη, ευανάγνωστη και κατανοητή και έχει πλούσια υποστήριξη προγραμμάτων βιβλιοθήκης Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται ευρέως στην άμυνα, την αεροπορία, την αεροδιαστημική και άλλους συναφείς τομείς και θα εξακολουθεί να καταλαμβάνει σημαντική θέση σε αυτούς τους τομείς στο μέλλον. . Η γλώσσα C έχει εκτεταμένη υποστήριξη προγραμμάτων βιβλιοθήκης και είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη γλώσσα προγραμματισμού σε ενσωματωμένα συστήματα. Η C++ είναι μια αντικειμενοστραφής γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη σχεδίαση ενσωματωμένων συστημάτων, όπως το GNU C++. Το Visual C++ είναι ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης που υποστηρίζει οπτικό προγραμματισμό και χρησιμοποιείται ευρέως στην ανάπτυξη προγραμμάτων GUI. Ωστόσο, σε σύγκριση με τη C++, ο κώδικας στόχος της C++ είναι συχνά μεγαλύτερος και πιο περίπλοκος. Αυτός ο παράγοντας θα πρέπει να λαμβάνεται πλήρως υπόψη σε εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων.
(3) Διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού. Η διαδικασία ανάπτυξης του ενσωματωμένου λογισμικού είναι διαφορετική από τη διαδικασία ανάπτυξης του γενικού λογισμικού. Περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα βήματα:
(4) Έγγραφα ανάπτυξης λογισμικού. Στη διαδικασία ανάπτυξης και σχεδίασης των ενσωματωμένων προϊόντων, το στάδιο ανάπτυξης ολοκληρώνει την υλοποίηση των προϊόντων του συστήματος , έγγραφα τεχνικών εργασιών κ.λπ., εκθέσεις τεχνικού σχεδίου, προδιαγραφές προϊόντων, τεχνικές συνθήκες, οδηγίες σχεδιασμού, εκθέσεις δοκιμών, συνοπτικές εκθέσεις κ.λπ.
Συνήθως η δοκιμή ενσωματωμένου συστήματος περιλαμβάνει κυρίως τρία μέρη: δοκιμή λογισμικού, δοκιμή υλικού και δοκιμή μονάδας. Η γενική δοκιμή υλικού συστήματος περιλαμβάνει δοκιμές αξιοπιστίας και ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα Υπάρχουν επί του παρόντος υποχρεωτικά εγχώρια και διεθνή πρότυπα για την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα.
Οι μέθοδοι δοκιμής και οι αρχές του ενσωματωμένου λογισμικού συστήματος είναι βασικά οι ίδιες με τις δοκιμές του γενικού λογισμικού είναι μια τυπική ακολουθία δοκιμής. Ανεξάρτητα από το είδος του δείγματος δοκιμής, το παράδειγμα απαιτείται για να μπορεί να βρει περισσότερα σφάλματα με μεγάλη πιθανότητα, αλλά υπάρχουν ορισμένες διαφορές στο περιεχόμενο του τεστ:
(1) Το ενσωματωμένο λογισμικό πρέπει να λειτουργεί σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα.
(2) Το ενσωματωμένο λογισμικό γενικά δεν υφίσταται συχνές αναβαθμίσεις έκδοσης.
(3) Το ενσωματωμένο λογισμικό χρησιμοποιείται συνήθως σε κρίσιμες εφαρμογές.
(4) Το ενσωματωμένο λογισμικό πρέπει να είναι υπεύθυνο για την αστοχία και την αξιοπιστία του προϊόντος μαζί με το ενσωματωμένο υλικό.
(5) Οι συνθήκες του πραγματικού κόσμου είναι ασύγχρονες και απρόβλεπτες, καθιστώντας τη δοκιμή προσομοίωσης πολύ δύσκολη.
Λόγω αυτών των διαφορών, η δοκιμή λογισμικού ενσωματωμένου συστήματος επικεντρώνεται κυρίως στις ακόλουθες τέσσερις διαφορετικές πτυχές:
(1) Επειδή ο πραγματικός χρόνος και ο ταυτόχρονος είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα, τα περισσότερα τεστ επικεντρώνονται σε δοκιμές σε πραγματικό χρόνο.
(2) Τα περισσότερα συστήματα σε πραγματικό χρόνο έχουν περιορισμούς πόρων και επομένως απαιτούν περισσότερες δοκιμές απόδοσης και χρηστικότητας.
(3) Η κάλυψη κωδικού μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας ειδικά εργαλεία παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο.
(4) Το επίπεδο δοκιμής για την αξιοπιστία είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του γενικού λογισμικού.
Επιπλέον, οι δοκιμές απόδοσης είναι επίσης μία από τις πιο σημαντικές δραστηριότητες δοκιμών που πρέπει να ολοκληρωθούν στο σχεδιασμό των ενσωματωμένων συστημάτων και έχει καθοριστικό αντίκτυπο στα ενσωματωμένα συστήματα.
Λόγω της ειδικής φύσης των ενσωματωμένων συστημάτων, το σύστημα έχει διάφορες πλατφόρμες υλικού και πλατφόρμες λογισμικού, καθεμία από τις οποίες είναι ειδικά σχεδιασμένη για διαφορετικές εφαρμογές. Ως εκ τούτου, το λογισμικό εφαρμογών σπάνια είναι καθολικό μεταξύ των διαφόρων πλατφορμών, και τα ενσωματωμένα συστήματα Η ταχύτητα ενημέρωσης είναι σχετικά γρήγορη. Προκειμένου να προστατευθούν οι υπάρχουσες επενδύσεις, να αξιοποιηθούν πλήρως οι υπάρχοντες πόροι λογισμικού και να επιταχυνθεί η ανάπτυξη προϊόντων, η μεταμόσχευση λογισμικού έχει γίνει πολύ συχνή στον ενσωματωμένο τομέα.
Έχει αφοσιωθεί στην έρευνα της τεχνολογίας για περισσότερα από 30 χρόνια και είναι ικανός σε διάφορες γλώσσες όπως java, linux, javascript, php, css κ.λπ. Έχει κάνει πολλές συνεισφορές στον τομέα του ανοιχτού κώδικα σταθμός τεκμηρίωσης προγραμματιστή για να μοιραστείτε ορισμένα ζητήματα στην ανάπτυξη τεχνολογίας για μελλοντική αναφορά
Ταχυδρομείο[email protected]