Giải bài tập về hệ thống nhúng ptit

Sân chơi giới trẻ PTITers Youtube com/PoppinKhiem @Twitter @VK@Ok ru @Linklin @Slideshare @Github are available GIẢI NGÂN HÀNG HỆ THỐNG NHÚNG PTIT Allahu akbar! Câu 1 Khái niệm hệ thống nhúng???? Định[.]

Sân chơi giới trẻ PTITers Youtube.com/PoppinKhiem @Twitter @VK @Ok.ru @Linklin @Slideshare @Github are available GIẢI NGÂN HÀNG HỆ THỐNG NHÚNG PTIT Allahu akbar! Câu Khái niệm hệ thống nhúng???? -Định nghĩa tổng quát: hệ thống nhúng thuật ngữ để hệ thống có khả hoạt động tự trị nhúng vào môi trường hay hệ thống khác quy mơ phức tạp Đó hệ thống tích hợp phần cứng(là hệ thống máy tính xây dựng sở sử dụng vi xử lý- microprocessor-based sytem) phần mềm nhúng phần cứng để thực toán chuyên biệt -Định nghĩa theo tổ chức IEEE: hệ thống nhúng hệ thống tính tốn(máy tính số)nằm (hay nhúng vào) sản phẩm khác lớn thông thường ẩn người sử dụng Nói rộng đơn giản hơn, hệ thống tính tốn( PC, IPC, PCL, vi xử lý, vi hệ thống( microcontroller), DSP….) nhúng vào sản phẩm hay hệ thống thực số chức cụ thể hệ thống ta gọi hệ thống tính tốn hệ thống nhúng 1.2 HT hệ thống nhúng (A,B,D,E) A.Các hệ thống y tế B.Các hệ thống điều khiển quy trình cơng nghiệp C Các thiết bị truyền thơng kỹ thuật số D.Các hệ thống có độ tin cậy cao cao 1.3 Nêu tên số lĩnh vực đời sống công nghiệp có sử dụng ưng dụng hệ thống nhúng Kể tên thiết bị nhúng sử dụng: Ơ tơ: Đánh lửa điện tử, điều khiển động cơ, hệ thống phanh, Y tế: Máy thẩm tách, máy pha- lọc, máy trợ tim Mạng thông tin (WAN, LAN, thoại): Bộ định tuyến, gateway, chuyển mạch mạng 1.4 HTN mà máy tính đa hay máy tính chuyên dụng ? A.Hệ thống nhúng máy tính chuyên dụng, dùng cho ứng dụng đặc biệt B.Phần mềm hệ thống nhúng phần mềm hướng ứng dụng C Ví dụ phần mềm hệ thống chạy hệ thống nhúng là: Monitor , RTOS hướng đích 2.1 a Hãy nêu đặc điểm môi trường mà hệ thống nhúng hoạt động b Cho ví dụ hệ thống nhúng nêu đặc điểm mơi trường mà hệ thống nhúng hoạt động Các hệ nhúng thường phải hoạt động môi trường khắc nghiệt cơng nghiệp, qn đội, cần có độ nóng ẩm, nhiệt độ cao, rung, ẩm thấp, độ rung động lớn, nhiễu sóng điện từ Một số ví dụ điển hình hệ thống nhúng hệ thống đường dẫn khơng lưu, hệ thống định vị tồn cầu, vệ tinh Các thiết bị gia dụng : tủ lạnh, lò vi sóng, lị nướng…mơi trường nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, độ rung lớn 2.2 Tại nói hầu hết hệ thống nhúng hoạt động với ràng buộc thời gian ? -Phần lớn hệ thống nhúng hoạt động với ràng buộc thời gian: yêu cầu có thời gian cho (đáp ứng) đầu nhanh, thời điểm, mối tương quan với thời điểm xuất (sự kiện) đầu vào -Hệ thống nhúng có khả đáp ứng với kiện bên (từ tác nhân bị kiểm soát) nhanh nhạy, kịp thời, tức khả theo thời gian thực: +Các tác vụ có đáp ứng ràng buộc thời hạn chót (deadline) +Thời gian phát lỗi phải ngắn (tối thiểu); +Khi chạy chu trình vịng lặp điều khiển phần mềm phải có đáp ứng đầu thời hạn; 2.3 a Nêu kiểu hoạt động hệ thống nhúng: -Hệ thông minh -Hoạt động độc lập: nhận đầu vào từ tác nhân bị điều khiển, xử lý cho đầu Thời gian có đầu (đáp ứng) phải khung thời gian định theo ý đồ thiết kế -Hệ liên kết tự độngHoạt động có liên kết với HTN trung tâm kiểm soát khác -Hệ tự phản ứng với kiện b.Hệ thụ động, nhạy cảm với kiện, với thời gian, tự phản ứng với kiện 2.4: BUS gồm thành phần hợp thành ? a.Bus CPU bao gồm : Bus địa chỉ, Bus liệu, Bus điều khiển -Bus địa : Trong trình hoạt động, CPU điều khiển bus địa tới vị trí chuyển giao từ bên từ CPU Địa vị trí nhớ vị trí vào/ra.xd -Bus liệu: CPU điều khiển suôt chu kỳ ghi liệu thiết bị khác điều khiển suốt chu kỳ đọc, vận chuyển lệnh liệu bên CPU -Bus điều khiển: điều khiển CPU Bus điều khiển định loại chu kỳ diễn liệu đưa lên bus b BUS HT = BUS CPU + mạnh hỗ trợ mở rộng BUS CPU: tách tín hiệu dồn kênh, khuyếch đại, tạo tin hiệu điều khiển riêng biệt 2.5: Hệ thống nhúng tướng tác với mơi trường vật lí nào, phương tiện, cơng cụ ? Nêu số ví dụ ? Hệ thống nhúng tương tác với mơi trường vật lý qua nhiều phương thức : - Qua cảm biến (sensor), ghép nối vào hệ thống nhúng dây dẫn, hay không dây - Thông qua chuyển đổi tín hiệu ADC, DAC -Thơng qua ghép nối, hợp chuẩn liệu b Một số ví dụ : Phương tiện, công cụ :-Phương tiện để tương tác với mơi trường vật lý : chuyển đổi tín hiệu : tương tự-số ADC, số-tương tự DAC - Công cụ để tương tác với môi trường vật lý : ghép nối hợp chuẩn tín hiệu Các mạch ghép nối vào/ra mạch điện tử cho phép CPU trao đổi liệu với thiết bị ngoại vi bàn phím, hình, máy in… 2.6: Cho mơ hình qui trình điều khiển cơng nghệ có ứng dụng hệ thống nhúng hình sau :Khoanh vùng cho biết hệ thống nhúng phần ? Vùng Nửa hình vẽ \ Các thành phần hợp thành hệ thống nhúng : phần cứng, phần mềm, RTOS(Real Time Operating System) 2.7 :Để xây dựng kiến trúc cho hệ thống nhúng, phải tuân thủ bước Các bước bước ? Nêu pha trình thiết kế hệ thống nhúng ? Trả lời : bước để xây dựng kiến trúc cho hệ thống nhúng gồm : -Cần kiến thức tốt phần cứng (thiết kế logic, kiến trúc máy tính, kiến trúc CPU, ngoại vi, hệ điều hành…) -Thị trường: Cần nhận yêu cầu thị trường có tác động vào quy trình thiết kế, bao gồm : kỹ thuật, xu hướng thương mại, ảnh hưởng trị, xã hội -Mẫu hệ thống mẫu mô tả hệ thống, chứa đựng đặc tả khác thành phần phần cứng phần mềm, chức năng, liên kết, giao tiếp -Các cấu trúc: Đây bước tạo kiến trúc HTN Kiến trúc HTN hình thành cách phân định tồn HTN thành thành phần phần cứng, phần mềm, sau thành phần lại phân định đến chi tiết -Phân tích đánh giá kiến trúc: kiến trúc có đạt yêu cầu, kiến trúc khác với yêu cầu có chất lượng nhau, đánh giá xu hướng rủi ro hệ thống, hỏng hóc có thể, hiệu chỉnh -Viết tài liệu: Tài liệu toàn hệ thống theo chuẩn tài liệu, Tài liệu cấu trúc, Tài liệu tổng thể kiến trúc hệ thống -Các pha trình thiết kế HTN : Xác định yêu cầu, phân tích, thử nghiệm đánh giá, sản xuất sản phẩm Pha 2,3 lặp lại 2.8 :Thế phân hoạch phần cứng phần mềm thiết kế hệ thống nhúng ?Thế qui trình đồng thiết kế phần cứng phần mềm đồng kiểm nghiệm ? Trả lời : a.Phân hoạch phần cứng phần mềm thiết kế HTN : Là đặc tả, ấn định chức cho phần cứng phần mềm, sau thiết kế, mơ hợp b.Qui trình đồng thiết kế phần cứng phần mềm đồng kiểm nghiệm : Trong kĩ thuật này, thiết kế phần cứng phần mềm tiến hành song song, phản hồi-hiệu chỉnh thực liên tục, có kết tốt qua đồng kiểm nghiệm Phần cưngs phần mềm chạy máy ảo phần cứng VHDL -> máy ảo, phần mềm máy ảo -> hiệu chỉnh liên tục -> máy đích 2.9:Hãy đặc tả tác vụ thực khởi động hệ thống nguội (cold boot) khởi động nóng (warm boot)?Hãy cho ví dụ cách khởi động với loại CPU tự chọn? Trả lời: Các tác vụ thực khởi động hệ thống: Khởi động nguội (cold boot): Bật nguồn (khởi động phần cứng), đưa vi mạch, phân vùng nhớ, không gian địa chỉ…vào trạng thái ban đầu Sau hết chương trình nạp hệ thống (boot loader) “nhảy” tới địa RESTART hay START phần mềm hệ thống để chuyển điều khiển cho  Khởi động nóng (waerm boot): CTRL + DEL, bỏ qua số test phần cứng Ví dụ cách khởi động với loại CPU tự chọn: Intel CPU 8085: RESET IP = 0x0000 địa EPROM: khởi động chế độ nối với Console (Keyboard), sau nhảy chương trình khởi động hệ: JMP CLDST (khởi động nguội) địa 0x01F1 2.10:Khi thiết kế HTN cần xây dựng mơ hình tắc (formal model) với yêu cầu đặt Vậy u cầu u cầu gì? Trả lời: Xây dựng mơ hình tắc hệ thống với yêu cầu sau đây: -Xác định chức năng: xây dựng tập mối quan hệ tường minh hay không tường minh liên quan tới đầu vào/đầu thông tin trạng thái bên hệ thống -Xây dựng tập thuộc tính mà thiết kế phải thỏa mãn Kết hợp thuộc tính tập quan hệ vào/ra, trạng thái hệ thống, xác định lại chức hệ thống -Xây dựng tập số hiệu để đánh giá thiết kế theo tiêu chí: giá thành, lượng, độ tin cậy, tốc độ xử lý, kích thước… -Xây dựng tập khác biệt coi thách thức thiết kế, đề giải pháp giải -Thực tinh lọc thiết kế để có thiết kế từ ý tưởng đến mơ hình Xây dựng mơ hình hình thức: bước sàng lọc sử dụng cách tổng hợp phần cứng phần mềm để chuyển hóa xác định chức vào mơ hình phần cứng thiết kế thể hình Ko đc bỏ hình vẽ 3.1 Nêu thách thức phải đối mặt thiết kế hệ thống nhúng ? -Khả đáp ứng với kiện bên phải nhanh nhạy, kịp thời, tức khả theo thời gian thực -Các tác vụ có đáp ứng ràng buộc thời hạn chót -Thời gian phát lỗi phải ngắn -Khi chạy chu trình vịng lặp điều khiển phần mềm phải có đáp ứng đầu thời hạn -Khi chạy chu trình vịng lặp điều khiển phần mềm phải có đáp ứng đầu thời hạn -Có khả làm việc mơi trường khắc nghiệt -Có giá thành thấp hay hiệu hoạt động, giá thành hợp lý -Kích thước nhỏ gọn, nhẹ, dễ dàng dễ vận chuyển, lắp đặt -Tiêu thụ lượng thấp, khả sử dụng nguồn pin, ắc quy -Hoạt động tin cậy, chịu lỗi cao -Tin cậy : đáp ứng dịch vụ yêu cầu thời hạn sau thời gian từ t0->t -Độ tin cậy cao đạt ~ 10-9 cố / -Tính sẵn sàng cao : thời gian sửa chữa cố trung bình MTTR, tinh sẵn sàng A=MTTF/(MTTF + MTTR) -An tồn bảo mật -Khả cấp phần mềm dự phịng nâng cấp phần cứng 3.2 :Các tiêu chí phân loại hệ thống nhúng Tại HTN có khác  Hệ thống nhúng hoạt động đâu  Hoạt động độc lập : nhận đầu vào từ tác nhân bi điều khiển, xử lý cho đầu ra.Thời gian có đầu (đáp ứng) phải khung thời gian định theo ý đồ thiết kế  Hoạt động có liên kết với HTN trung tâm kiểm soát khác Loại gọi HTN mạng  Lĩnh vực ứng dụng  Cơng cụ tính tốn máy tính để chạy toán định  Xử lý tín hiệu: thiết bị video thời gian thực, DVD player, thiết bị y tế…  Truyền thông, mạng: thiết bị mạng router, switch  Hệ thống điều khiển thu thập liệu  Kiến trúc quy mô  HTN quy mô nhỏ với xác định sau :  Phần cứng phức tạp, thiết kế với CPU đơn, loại 4, bits  Phần mềm đơn giản, dùng monitor để kiểm soát hoạt động  Công cụ phát triển phần mềm : soạn thảo chương trình, hợp ngữ hợp ngữ chéo, mơi trường phát triển hợp sử dụng với vi điều khiển chọn  Tiêu thụ lượng  HTN quy mô phức tạp  Phần cứng phức tạp : thiết kế với CPU 8, 16 ay 32 bits, hay sử dụng vi điều khiển  Hệ thống có cấu trúc BUS mở rộng để ghép nối thiết bị ngoại vi  Phần mềm nhúng tinh vi, có hệ điều hành để thực nhiệm vụ, thao tác đồng thời  Cơng cụ lập trình: C/C++/Visual C++/Java, RTOS, mã nguồn, công cụ ki thuật: Simulator, Debugger Môi trường phát triển hợp  HTN tinh vi  Phần cứng phần mềm đặc biệt  Nhiều CPU mở rộng, hay CPU cấu hình hay mảng logic lập trình  Phát triển cho lớp ứng dụng ứng dụng loại cần phải có trình thiết kế đồng thời phần cứng phần mềm, hợp linh kiện hệ thống cuối cùng, sử dụng công nghệ ASIC để chế tạo CPU, vi mạch đồng xử lý  HTN phần cứng hay HTN phần mềm  HTN theo an toàn cố, hay tự an toàn  HTN đáp ứng bảo đảm hay đáp ứng với nỗ lực tối đa  HTN với nguồn tài nguyên đầy đủ hay nguồn tài nguyên hạn chế  HTN phản ứng với kiện hay phản ứng với kiện có thời hạn 3.2.2 Tại HTN có khác  Phần cứng đơn giản hay phức tạp ứng dụng định :HTN dành để thực tác vụ riêng biệt Các tác vụ riêng biệt phần lớn liên quan tới xử lý khác chuyên biệt, kiện, trạng thái qui trình cơng nghệ …  Về phần cứng, HTN thiết kế từ nhiều loại CPU nhúng CPU nhúng thân chúng lại có kiến trúc khác  Phần mềm đơn giản hay phức tạp ứng dụng định:Về phần mềm cở sở từ đơn giản tinh xảo, hệ điều hành thời gian thực (RTOS-Real Time Operating System) 3.3: Hãy nêu khác biệt thiết kế hệ thống nhúng kiểu bo mạch : Trả lời (1)Hệ thống nhúng xây dựng từ vi xử lí (2)Hệ thống nhúng xây dựng từ vi điều khiển (1)Có CPU độc lập (2)CPU dạng lõi chuyên biệt (1)Có RAM, ROM, định thời (2)RAM, ROM, định thời, (1)I/O độc lập (2)I/O vi mạch đơn (1)Khả mở rộng RAM, ROM, I/O tùy ý (2)RAM, ROM có dung lượng cố định, I/O đủ cho mục đích sử dụng (1)Đa năng, đắt tiền (2)Khơng đa năng,tiêu hao lượng, giá hợp lí cho ứng dụng nhúng (1)Thiết kế chức (2)Thiết kế chức (1)Cần phải có vi mạch RAM, ROM hợp thành từ bên vi mạch 2)Được thiết kế để có tất Chip (1)Không thể kết nối với ngoại vi ngoại vi, cần có thêm vi mạch hỗ trợ cho chức (2)Năng lực tính tốn thiết kế tối ưu cho ứng dụng xác định (1)Tuy nhiên lực tính tốn mạnh (2)Rất phù hợp để xây dựng HTN 3.4 Cho biết tên gọi kiểu kiến trúc ? Kiểu kiến trúc thích hợp để xây dựng hệ thống nhúng (kiểu hay kiểu 2)? Kiểu 1: kiến trúc Havard Kiểu 2: kiến trúc Von Neumman Điểm khác biệt hai kiến trúc chổ ? Bus kiến trúc Havard tách riêng cho lệnh liệu riêng biệt Bus kiến trúc Von Neumman dùng chung cho lệnh liệu Tại ? -kiến trúc Havard thích hợp Vì : việc dùng tách riêng bus cho lệnh liệu giúp tốc độ xử lí nhanh hơn, việc đọc liệu thực xảy đồng thời 3.5 ADC, DAC A ADC biến đổi tương tự->số, số hóa cho máy tính xử lí số liệu B DAC biến đổi số->tương tự, tín hiệu tác động lại hệ thống tương tự bị điều khiển, ví dụ tí hiệu phản hồi, tí hiệu hiệu chỉnh C Để chọn ADC cần thông số bản:Kiểu ADC cho loại ứng dụng/Thời gian biến đổi /Độ phân giải/Tín hiệu đối thoại với CPU 3.6:Khi nghiên cứu CPU để thiết kế hệ thống vi xử lí hệ thống nhúng, có số khái niệm sau A/Một trạng thái máy : định nghĩa thời gian chu kỳ xung đồng hồ hệ thống (CLK)  Một chu kỳ máy: tập hợp số trạng thái máy để CPU hay vi mạch nắm quyền kiểm soát Bus hệ thống, thực xong thao tác bus hệ thống B/ Một chu kỳ lệnh tập chu kỳ máy cần thiết để hoàn thành lệnh máy C/Tác động: Tính tốn số CLK, qui đổi thời gian, tối ưu lệnh, tính tổng thời gian cho đáp án 3.7:Cho mơ hình kiến trúc hệ thống hình vẽ Hãy giải thích chức khối ‘GIAO DIỆN VỚI CPU’, lí có mặt khối ? Các chức :  Các vi mạch khuyếh đại BUS,  Tách địa chỉ/dữ liệu từ BUS dồn kênh CPU,  Tạo BUS hệ thống mở rộng Lý do: Tín hiệu phát sinh từ CPU thường có cơng suất thấp đủ cho số tải danh định (fan-out), không đủ để mở rộng BUS, bus dài có nhiều thiết bị nối với Chính mà hầu hết BUS nối số vi mạch khuyếch bus (bus driver), vi mạch khuyếch đại tín hiệu số A.Thế BUS đồng ? Có xung đồng hồ hệ thống CLK làm chuẩn cho hoạt động BUS Bus đồng có tín hiệu đường dây BUS clock dạng sóng vng, với tần số ví dụ, khoảng vài MHz ÷ GHz Mọi hoạt động bus xảy qui chiếu vào BUS Clock, số nguyên lần chu kỳ gọi chu kỳ bus B.Thế BUS không đồng ? Bus không đồng không sử dụng xung BUS clock, chu kỳ kéo dài tuỳ ý khác cặp thiết bị khác nhau, gọi đối thoại tín hiệu điều khiển Các tín hiệu điều khiển đồng hoạt động hệ thao tác vi mạch chức CPU BUS, ví dụ để “đối thoại” 3.8:Trình điều khiển thiết bị ? Chức trình điều khiển thiết bị ?  Là phần mềm để khởi động phần cứng phần mềm lớp cao sử dụng để quản trị truy nhập vào phần cứng ghép nối vào máy tính  Phần mềm tương tác trực tiếp điều khiển phần cứng tổ chức dạng thư viện phần mềm  Khi máy tính có hệ điều hành TĐKTB cầu nối phần cứng hệ điều hành A.Chức trình điều khiển thiết Ghép nối mềm phần mềm hệ thống (hay CPU) hệ thống nguồn tài nguyên phần cứng hệ thống Các chức như:Khởi động phần cứng ,Tắt máy ,Cấm phần cứng hoạt ,Cho phép hoạt động (Hardware Enable),Dành lấy phần cứng (Hardware Acquire).Giải phóng phần cứng (Hardware Release) Đọc/ghi liệu (Hardware Read/write)Cài tháo dỡ phần cứng (Hardware Install/Uninstall): B.Nhìn theo kiến trúc phần mềm máy tính, trình thiết bị đặt đâu ? Dưới phần mềm hệ thống phần cứng 3.9.Thế trình điều khiển xác định theo kiến trúc  Đi theo kiến trúc (architecture-specific) HTN  Quản trị phần cứng hợp với CPU  Các kiến trúc kiểu microcontroller, hay kiến trúc Havard với nhớ chip, cổng, vi mạch quản trị nhớ (memory management Unit-MMU), phần cứng dấu phẩy động, ADC/DAC hợp bo mạch, thuộc lớp Thế trình điều khiển tổng quát (hay trình điều khiển bo mạch) Điều khiển thiết bị nằm bo mạch không hợp vào chip với CPU Đa dụng, hổ trợ cho nhiều kiến trúc khác có dùng cung loại thiết bị tương thích Hãy nêu số loại trình điều khiển thiết bị điển hình ? Điều khiển BUS I2C, PCI, cache L2, MMU,mạng, xử lí kí tự i/o, ISR 3.10Nêu thao tác trình điều khiển thiết bị kích hoạt ? A Khởi động HW, tắt HW, Cấm/cho phép ngắt, tranh dành tài nguyên HW, giải phóng HW, truy nhập thiết bị, đọc/ghi liệu, cài/tháo dỡ phần mềm ĐKTB B Thơng tin thiết bị, thuộc tính thiết bị, định danh kiểu thiết bị, cách thiết bị hoạt động, giao diện với máy tính, ghép nối kỉ thuật, C Khởi động thông số cho PIC, cho phép PIC nhận ngắt, ISR: cấm ngắt (nếu cần), bảo vệ ghi, thực thi xử lí, khơi phục ghi, IRET 3.11: Hãy chọn câu trả lời cho nói hệ thời gian thực:  Trả lời : - Chọn B : hệ hoạt động có tính tiền định Tính tiền định : Dự đoán trước thời gian phản ứng tiêu lịch, thời gian phản ứng chậm trình tự đưa đáp ứng Ví dụ : điều khiển phải xử lý đồng thời nhiều nhiệm vụ, ta phải tham gia định trình tự thực công việc đánh giá thời gian xử lý cơng việc ->Người sử dụng có sở đánh giá khả đáp ứng tính thời gian thực hệ thống - Chọn C : hệ có khả cho đáp ứng kịp thời xác Các chức phải thực chuẩn xác Các tính tốn, xử lý phải cho kết chu kì thời gian xác định trước Chính xác thời gian cho phép hệ đưa đáp ứng cách kịp thời Tuy tính xác thời gian đặc điểm tiêu lịch, hệ thống có tính thời gian thực khơng thiết phải có đáp ứng thật nhanh mà quan trọng phải có phản ứng kịp thời yêu cầu, tác động bên     3.12 Cho biểu đồ liên quan tới tác thời điểm thực tác vụ thời gian thực Thông số ai, ri, si Thời gian xuất (arrival time): Khi kiện xảy tác vụ tƣơng ứng kích hoạt Thời điểm bắt đầu thực thi ri(release time): Thời điểm sớm việc xử lý sẵn sàng bắt đầu Thời điểm bắt đầu thực si (starting time): Là thời điểm mà tác vụ bắt đầu việc thực Thời gian tính toán/thực thi ci (Computation time): Là khoảng thời gian cần thiết để xử lý thực xong nhiệm vụ mà khơng bị ngắt Thời điểm hồn thành fi (finishing time): Là thời điểm mà tác vụ hồn thành việc thực  Thời gian rủi ro/ xấu wi(worst case time): khoảng thời gian thực lâu xảy ra, dung sai mềm = wi-di Thời điểm kết thúc di (due time-deadline): Thời điểm mà tác vụ phải hoàn thành  B/Hệ thời gian thực cứng: hệ mà dung sai tới hạn chót xấp xỉ khơng Nói cách khác phải thời điểm không thảm họa Các tiêu chí hệ thống sau: - Phải đảm bảo khơng để kiện tới hạn (critical event) bị cố hồn cảnh hệ thống; - Độ trễ đáp ứng cho kiện nhỏ (xét theo lớp ứng dụng) - Các kiện có tính chu kì phải đảm bảo thực chu kì Khi thiết kế hệ cần tính để kết tính tốn có trước hạn chót trước hệ phát đáp ứng C/Hệ thời gian thực mềm: hệ phải hợp thời gian hạn chót có tính mềm dẻo Như hạn chót có nhiều mức, hạn chót với thời gian T ước tính với trị trung bình, xác xuất đáp ứng đưa nằm mức độ khác với độ trễ trung bình chấp nhận Tuy không gây thảm họa hệ thống phải trả giá độ trể hệ thống tăng tỷ lệ thuận tùy thuộc vào ứng dụng Cần có chế bù trừ để loại trừ độ trễ 4.1: A.Hãy đặc tả kiến trúc CPU kiểu Von Neumman kiến trúc CPU kiểu Harvard  Kiến trúc CPU kiểu Von Neumann -Kiến trúc von-Neumann nhà toán học John von-Neumann đưa vào năm 1945 báo cáo máy tính EDVAC -Hệ thống BUS địa BUS liệu, BUS điều khiển chung cho toàn hệ thống, nhớ chia sẻ chung cho toàn hệ thống với vùng mã lệnh (code) liệu (data) không gian địa nhớ BUS liệu truyền đồng thời mã lệnh liệu thời điểm -Các đặc điểm kiến trúc máy tính von-Neumann: +Một nhớ dùng để lưu trữ liệu (data) lệnh (instructions) +Dữ liệu lệnh lưu trữ phần riêng nhớ +Bộ nhớ đánh địa theo vùng, không phụ thuộc vào loại liệu mà lưu trữ +Q trình thực lệnh diễn -Quá trình thực lệnh máy : 1)Đọc mã lệnh từ ROM/RAM qua BUS liệu vào CPU, giả mã để xác định làm tiếp theo; 2) Đọc liệu phần lệnh (operands) có qua BUS liệu; 3) Thực lệnh đọc hết operands lệnh; 4) Lưu kết RAM qua Data BUS Như BUS liệu kênh để trao đổi liệu, ta nói BUS liệu bị “bão hịa”, hiệu tính toán bị hạn chế Với CPU đại BUS liệu cải tiến nhiều, đặc biệt giao thức BUS đồng hồ BUS nâng cao để cải thiện hạn chế nói  Kiến trúc Harvard -Howard Aiken (1900-1973) xây dựng máy tính với relé tách nhớ liệu (RAM) nhớ chương trình với bus riêng rẽ để truy cập vào nhớ liệu (RAM) nhớ chương trình (NVM Non Volatile Memory: ROM, FLASH) chứa phần mềm nhúng (hệ điều hành, Device drivers, ứng dụng nhúng ) -Các bus điều hành độc lập, dẫn chương trình liệu đưa lúc, cải thiện tốc độ so với thiết kế với bus -Phân biệt rõ ràng nhớ liệu nhớ chương trình, CPU vừa đọc lệnh, vừa truy cập liệu từ nhớ lúc -Do bus độc lập, CPU có khả tìm trước, nên với kiến trúc Harvard chương trình chạy nhanh hơn, thực lệnh vừa kết thúc lệnh trước -Tuy nhiên kiến trúc có phần phức tạp phần cứng, cho hiệu cho ứng dụng nhúng B.Hai kiến trúc khác điểm ? Kiến trúc thích hợp chọn để thiết kế hệ thống nhúng ? (1)Hệ thống bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển chung cho toàn hệ thống (2)Các nhớ liệu nhớ chương trình tách riêng với bus riêng rẽ để truy cập vào nhớ liệu nhớ chương trình chứa phần mềm nhúng (1)Bus liệu truyền đồng thời mã lệnh liệu thời điểm (2)Các bus điều hành độc lập, dẫn chương trình liệu đưa lúc (1)Có nhớ dùng để lưu trữ liệu lệnh (2)Phân biệt rõ ràng nhớ liệu nhớ chương trình, CPU vừa đọc lệnh, vừa truy cập liệu từ nhớ lúc (1)Đơn giản (2)Phức tạp (1)Chạy chậm (2)Chạy nhanh bus độc lập (CPU giao tiếp đồng thời với nhớ chương trình liệu) Với ưu điểm kiến trúc Harvard, kiến trúc Harvard thích hợp để thiết kế hệ thống nhúng Với ưu điểm kiến trúc Harvard, kiến trúc Harvard thích hợp để thiết kế hệ thống nhúng 4.2 :Nêu (vẽ ) mơ hình tổng qt phần cứng hệ thống nhúng ? B.Nêu chức khối mơ hình ? Các khối chức năng: -Mơi trường hoạt động: nơi sử dụng HTN -Chấp hành: thiết bị công nghệ -Cảm biến: thiết bị đặc biệt ghi nhận thơng tin cơng nghệ (vị trí, vịng quay, tốc độ, nhiệt độ, áp suất, kích thước (cao, dài, sâu) …) -Ghép nối: thiết bị phối hợp, chuyển hóa thơng tin từ cảm biến thành tín hiệu điện để số hóa -Các số hóa (A/D) tương tự hóa (D/A) -Ghép nối với hệ thống khác: liên kết HTN khác, mạng liệu, Trung tâm điều khiển SCADA, … -Ghép nối BUS hệ thống -CPU, RAM, ROM (FLASH) 4.3 Nói Hệ thống nhúng hệ thống đáng tin cậy (dependable), đặc tính sau : -Tin cậy (Reliability): lý tưởng khơng có cố hỏng hóc HTN kiểu máy tính có u cầu chất lượng độ tin cậy cao, hoạt động môi trường khắc nghiệt nhiệt độ (cao, hay thấp), độ ẩm cao, độ rung động lớn, nhiễu sóng điện từ v.v -Khả trì (Maintainability): thời gian bảo trì nhanh chóng, Phần lớn hệ thống nhúng hoạt động với ràng buộc thời gian: yêu cầu có thời gian cho (đáp ứng) đầu nhanh, thời điểm, mối tương quan với thời điểm xuất (sự kiện) đầu vào -Tính sẳn sàng (Availability): kết tin cậy bảo trì -Chắc chắn (Safety): có cố xảy ra, HTN khơng gây tác hại khác tồn hệ thống -An ninh (Security): liệu HTN bảo mật, truy nhập phải có xác nhận (ví dụ, HTN thiết bị) 4.4 A.Từ cách xác định địa cho dịch vụ xử lí ngắt (Interrupt Service Routine-ISR) sau : -Địa ISR định sẳn bên CPU ; -Địa ISR định chổ nhớ, phải thực lệnh nhảy (JMP addr) tới địa ISR ; -Thiết bị ngoại vi phải cung cấp cho CPU địa ISR thông qua số hiệu ngắt Hãy chọn khả định địa phù hợp với kiểu tổ chức ngắt sau: A.Ngắt cố định : ? hay ? hay ? B.Ngắt vector : ? hay ? hay ? a Ngắt cố định - b Ngắt vector - B Ngắt cứng Là yêu cầu ngắt CPU tín hiệu đưa đến từ chân INTR NMI Khác với ngắt mềm, ngắt cứng khơng khởi động chương trình mà thành phần có phần cứng hệ vi xử lý (các thiết bị ngoại vi bên bên ngoài) Loại ngắt cấu đơn giản hiệu để vi xử lý phản ứng kịp thời với kiện không đồng xảy hệ vi xử lý Ví dụ minh hoạ đơn giản hoạt động ngắt bàn phím Mỗi ấn hay nhả phím ngắt bàn phím kích hoạt Chương trình xử lý ngắt bàn phím khởi động cách chuyển ký tự ấn vào vùng đệm bàn phím, xếp sau ký tự ấn lần trước Cũng ngắt khác, việc thực chương trình khơi phục sau chương trình xử lý ngắt bàn phím kết thúc C Ngắt mềm Ngắt mềm ngắt gọi lệnh chương trình ngơn ngữ máy Lệnh INT mn (trong INT mã lệnh, mn số hiệu ngắt) Các ngắt mềm cho phép gọi trực tiếp chương trình phục vụ ngắt chứa thư viện chương trình Nói cách khác, lệnh ngắt mềm chất lệnh gọi chương trình đặc biệt, gọi cách chủ động chương trình người lập trình 4.5A Ngắt có che Ngắt che tất yêu cầu ngắt đưa tới chân INTR CPU CPU cấm (che)/phục vụ ngắt phụ thuộc vào giá trị cờ ngắt IF (IF = - cấm, IF = - cho phép) Các lệnh Assembly CLI (xoá cờ ngắt) STI (thiết lập cờ ngắt) tác động đến cờ Khi ngắt bị che, gọi, chương trình phục vụ ngắt tương ứng không thực B Ngắt không che Ngắt không che tất yêu cầu ngắt đưa tới chân NMI CPU Các ngắt phục vụ bất chấp giá trị cờ IF Chương trình phục vụ ngắt loại thường chương trình có chức thông báo kiện quan trọng hệ thống cố nguồn nuôi, cố thời gian thực, C Hãy đặc tả bước mà CPU thực chấp nhận xử lí ngắt ? CPU xử lý ngắt (cứng mềm) thông qua bước sau: Cất ghi cờ (FR) vào ngăn xếp giảm SP đơn vị (vì ghi cờ ghi byte) Xoá hai cờ cho phép ngắt IF cờ bẫy TF Khi che yêu cầu ngắt khác đưa đến chân INTR huỷ bỏ chế độ chạy lệnh CPU thực CTCPVN Tuỳ thuộc vào chế độ ngắt mà người lập trình huỷ bỏ việc che chân INTR lệnh STI 3 Cất CS hành vào ngăn xếp giảm SP đơn vị Cất IP hành vào ngăn xếp giảm SP đơn vị Thực truy cập vào bảng vector ngắt cách xác định địa vật lý vector ngắt thơng qua số hiệu ngắt tương ứng, qua cập nhật giá trị CS IP CTCPVN Với cặp CS:IP mới, CPU bắt đầu nhận thực lệnh CTCPVN Lệnh cuối CTCPVN lệnh IRET Lệnh thông báo để CPU tải lại giá trị IP, CS ghi cờ từ ngăn xếp nhờ vậy, CPU thực tiếp chương trình nơi bị ngắt D Khi viết mã cho dịch vụ xử lí ngắt (Interrupt Service Routine-ISR), cần đặc biệt quan tâm đến ? Tại ?  Đẩy ghi CPU vào stack  Thực việc cấm ngắt để tránh đệ qui ngắt cần cấm ngắt khác  Mã xử lí ISR  Khơi phục ghi CPU  Khôi phục lại khả chấp nhận ngắt cho ngắt tạm cấm  Quay chương trình 4.6Hãy chọn tiêu chí cho với chế trao đổi liệu kiểu truy nhập trực tiếp nhớ (DMA) : A.Cần có vi mạch (DMAC) điều khiển qui trình DMA B.CPU kiểm soát BUS hệ thống C.CPU trao cho vi mạch DMAC quyền kiểm soát BUS hệ thống D.CPU thực chạy chương trình chương trình khơng có địi hỏi truy nhập BUS hệ thống E.Trong xẩy chế độ DMA, loại CPU tìm lệnh thực lệnh nhớ lệnh (code) không truy nhập tới nhớ liệu ? Tại ? (DMA: Direct Memory Access) Có phương pháp điều khiển hệ thống vào ra: -Vào chương trình -Vào ngắt -Truy cập nhớ trực tiếp DMA Nhược điểm phương pháp đầu CPU tham gia trực tiếp vào trao đổi liệu việc trao đổi lượng liệu nhỏ Để khắc phục hai phương pháp phương pháp có tên DMA sử dụng thêm Module phần cứng có DMAC (DMA Controller) Vì trao đổi liệu khơng cần CPU ->Tiêu chí A Hình sau cho thấy có liên hệ trực tiếp nhớ ngoại vi qua chip DMAC mà không qua CPU ->Tiêu chí C -> Tiêu chí B sai Theo hình trên, chương trình yêu cầu truy nhập bus hệ thống giao tiếp thơng qua DMAC Cịn thiết bị khơng có u cầu truy nhập bus hệ thống CPU thực chạy chương trình -> Tiêu chí D E mà e đek biết giải thích, thầy bảo : E  4.7: A.Thế lập lịch hướng vào/ra (hướng I/O) ? B.Thế lập lịch hướng CPU ? C.Thế lập lịch tĩnh (static/offline) ? Thế lập lịch động (online) ? D.Thế lập lịch chen ngang (preemptive algorithms) lập lịch chen ngang (non-preemptive algorithms) ? Bài làm: A.Lập lịch hướng vào/ra(I/O bound) có nghĩa tiến trình sử dụng nhiều thao tác I/O sử dụng nhiều thời gian để đợi kết I/O B.Lập lịch hướng CPU(CPU bound) lớp tiến trình sử dụng phần lớn thời gian CPU để thực xử lý C.Lập lịch tĩnh động -Lập lịch tĩnh(offline): Việc lập lịch thực dựa hiểu biết dự báo kiện tác vụ thực hệ thống(thời điểm xuất hiện, thời gian thực hiện, hạn chót ước tính) định thời điểm thiết kế áp dụng cố định suốt trình hoạt động hệ thống, phân phối xử lý chuẩn theo thời gian, giám sát timer gọi time trigged(TT system) -Lập lịch động(online): Bộ xử lý thực việc lập lịch trình thực thi(run time) dựa sở thông tin hoạt động hành hệ thống Sơ đồ lập lịch không xác định trước thay đổi động theo trình thực hiện, linh hoạt theo kiện D.Lập lịch chen ngang chen ngang Lập lịch chen ngang(preemptive): Giải thuật sử dụng có tác vụ có thời gian thực thi lâu, bị tác vụ khác ngắt hay kiện bên cần thời gian đáp ứng ngắn, kiện ngắt kiện khác Hay nói cách khác ... tính chuyên dụng ? A .Hệ thống nhúng máy tính chuyên dụng, dùng cho ứng dụng đặc biệt B.Phần mềm hệ thống nhúng phần mềm hướng ứng dụng C Ví dụ phần mềm hệ thống chạy hệ thống nhúng là: Monitor ,... đích 2.1 a Hãy nêu đặc điểm môi trường mà hệ thống nhúng hoạt động b Cho ví dụ hệ thống nhúng nêu đặc điểm mơi trường mà hệ thống nhúng hoạt động Các hệ nhúng thường phải hoạt động môi trường khắc... qui trình điều khiển cơng nghệ có ứng dụng hệ thống nhúng hình sau :Khoanh vùng cho biết hệ thống nhúng phần ? Vùng Nửa hình vẽ \ Các thành phần hợp thành hệ thống nhúng : phần cứng, phần mềm,