tiểu luận tìm hiểu về hệ thông nhúng

Tìm hiểu hệ thống nhúng ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TIỂU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ HỆ THÔNG NHÚNG Giáo viên hướng dẫn: Nhóm học viên thực hiện: TS Võ Đình Hiếu Nguyễn Thị Thu Hằng Vũ Thị Quyên Nguyễn Văn Tuân Hà Nội, 4-2013 K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng MỤC LỤC Contents K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng LỜI NÓI ĐẦU Các hệ thống nhúng ngày phát triển với ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực công nghiệp đời sống, ta bắt gặp ứng dụng hệ thống nhúng, từ thiết bị nhỏ điện thoại, máy nghe nhạc đến hệ thống phức tạp ô tô, máy móc công nghiệp Có thể nói đánh dấu đời phát triển hệ nhúng trước tiên phải kể đến đời vi xử lý, vi điều khiển Thập kỷ 80 coi khởi điểm bắt đầu kỷ nguyên bùng nổ phát triển hệ nhúng Từ khởi nguồn cho sóng đời hàng loạt chủng loại vi xử lý gắn liền hệ nhúng để thâm nhập rộng khắp ứng dụng hàng ngày sống ví dụ như, thiết bị điện tử sử dụng cho sinh hoạt hàng ngày (lò vi sóng, TV, tủ lạnh, máy giặt, điều hoà ) văn phòng làm việc (máy fax, máy in, máy điện thoại ) Các vi xử lý phần mềm cứng ngày sử dụng rộng rãi nhiều hệ thống nhỏ Các loại vi xử lý sử dụng hệ thống nhúng vượt xa so với PC số lượng chủng loại tiếp tục phát triển để nhằm đáp ứng thoả mãn nhiều ứng dụng đa dạng Trong tiểu luận này, tập trung tìm hiểu khái niệm, thiết kế phần mềm nhúng, vai trò phần mềm nhúng, lĩnh vực ứng dụng xu phát triển hệ thống nhúng Chúng xin chân thành cảm ơn TS Võ Đình Hiếu giúp đỡ hoàn thành tiểu luận K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng NỘI DUNG PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG NHÚNG 1.1 Hệ thống nhúng gì? Trong giới thực thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả xử lý thông tin điều khiển tiềm ẩn thiết bị hay hệ nhúng, ví dụ thiết bị truyền thông, thiết bị đo lường điều khiển, thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày lò vi sóng, máy giặt, camera Rất dễ dàng kể hàng loạt thiết bị hay hệ thống tồn quanh ta, chúng hệ nhúng Vậy hệ nhúng phần hệ thống xử lý thông tin nhúng hệ thống lớn, phức hợp độc lập Ví dụ ôtô, thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông thiết bị thông minh nói chung Chúng tổ hợp phần cứng phần mềm để thực một nhóm chức chuyên biệt 1.2 Hệ thời gian thực Trong toán điều khiển ứng dụng, hay gặp thuật ngữ “thời gian thực” Thời gian thực hiểu yêu cầu hệ thống phải đảm bảo thỏa mãn tính tiền định hoạt động hệ thống Tính tiền định nói lên hành vi hệ thống thực khung thời gian cho trước hoàn toàn xác định Khung thời gian định đặc điểm yêu cầu hệ thống, vài giây vài nano giây nhỏ Người ta phân làm hai loại khái niệm thời gian thực cứng (hard real time) mềm (soft real time) Thời gian thực cứng hệ thống hoạt động với yêu cầu thoả mãn ràng buộc khung thời gian cứng tức vi phạm dẫn dến hoạt động toàn hệ thống bị sai bị phá huỷ Ví dụ hoạt động điều khiển cho lò phản ứng hạt nhân, chậm định dẫn đến thảm họa gây phản ứng phân hạch dẫn đến bùng nổ hệ thống Thời gian thực mềm hệ thống hoạt động với yêu cầu thoả mãn ràng buộc khung thời gian mềm, vi phạm sai lệch nằm khoảng cho phép hệ thống hoạt động chấp nhận Ví dụ hệ thống phát truyền hình, thông tin truyền từ trạm phát tới người nghe/nhìn chậm vài giây không ảnh hưởng đáng kể đến tính thời tin truyền hoàn toàn chấp nhận người theo dõi K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng 1.3 Lĩnh vực ứng dụng hệ thống nhúng Chúng ta kể nhiều ứng dụng hệ thống nhúng sử dụng nay, xu tiếp tục tăng nhanh Một số lĩnh vực sản phẩm thị trường rộng lớn hệ nhúng nhóm sau: • • • • • • • • • Các thiết bị điều khiển Ôtô, tàu điện Truyền thông Thiết bị y tế Hệ thống đo lường thẩm dịnh Toà nhà thông minh Thiết bị dây truyền sản xuất Rôbốt 1.4 Đặc điểm công nghệ xu phát triển hệ thống nhúng 1.4.1 Đặc điểm công nghệ Các hệ thống có chung số đặc điểm yêu cầu khả thời gian thực, độ tin cậy, tính độc lập hiệu Một câu hỏi đặt hệ thống nhúng lại phát triển phổ cập cách nhanh chóng nay? Câu trả lời thực nằm yêu cầu tăng lên không ngừng ứng dụng công nghệ Một yêu cầu là: Khả độc lập thông minh hóa: Thể rõ qua thuộc tính, yêu cầu cụ thể như: o Độ tin cậy o Khả bảo trì nâng cấp o Sự phổ cập tiện dụng o Độ an toàn o Tính bảo mật • Hiệu quả: Thể qua số đặc điểm hệ thống sau: o Năng lực tiêu thụ o Kích thước phần cứng phần mềm o Hiệu thời gian thực o Kích thước khối lượng o Giá thành • Phân hoạch tác vụ chức hóa: Các vi xử lý hệ nhúng thường sử dụng để đảm nhiệm thực một nhóm chức độc • K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng lập đặc thù cho phần chức hệ thống lớn mà nhúng vào • Khả thời gian thực: Các hệ thống gắn liền với việc đảm nhiệm chức phải thực theo khung thời gian quy định Tuy nhiên, thực tế hệ nhúng thỏa mãn tất yêu cầu nêu 1.4.2 Xu phát triển hệ nhúng Vì phát triển hệ nhúng kết hợp nhuần nhuyễn phần cứng phần mềm nên công nghệ gắn liền với công nghệ kết hợp giải pháp cho phần cứng mềm • Lớp hệ nhúng ưu tiên phát triển the tiêu chí kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ lượng mà giá thành thấp • Lớp hệ nhúng ưu tiên thực thi khả xử lý tính toán với tốc độ thực nhanh • Lớp hệ thống ưu tiên hai tiêu chí phát triển hai lớp trên, tức kích thước nhỏ gọn, mức tiêu thụ lượng thấp, tốc độ tính toán nhanh • Với phần cứng nhúng thường có đặc thù riêng kèm theo giải pháp phát triển phần mềm tối ưu tương ứng Không có giải pháp chung chuẩn tắc cho tất hệ nhúng Chính thông thường nhà phát triển cung cấp phần cứng lại nhà cung cấp giải pháp phần mềm công cụ phát triển phần mềm kèm theo 1.5 Mô hình hệ thống nhúng Hình 1.1: Mô hình hệ thống nhúng K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng Hình tất hệ thống nhúng có chung thành phần giống tầng cao nhất, chúng có lớp (phần cứng) nhiều lớp (phần cứng, phần mềm ứng dụng) chứa tất components Phần cứng bao gồm tất thành phần vật lý có mạch nhúng, phần mềm ứng dụng bao gồm tất thành phần logic có hệ thống nhúng PHẦN 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG 2.1 Các giai đoạn thiết kế • • • • • Các yêu cầu: Các yêu cầu chức yêu cầu không chức (kích thước, khối lượng, tiêu thụ công suất giá) Đặc tả người dùng: Các chi tiết giao tiếp người dùng với tác vụ thỏa yêu cầu người dùng Kiến trúc: Các thành phần phần cứng (bộ xử lý, ngoại vi, logic khả lập trình ASSP[Application Specific Standard Product]), thành phần phần mềm (các chương trình tác vụ chúng) Thiết kế thành phần: Các thành phần thiết kế trước, sửa đổi thành phần Tích hợp hệ thống (phần cứng phần mềm): Sắp xếp kiểm chứng có hệ thống để tìm lỗi nhanh chóng Thiết kế Hệ thống Nhúng đòi hỏi phải có hiểu biết đa ngành điện tử, xử lý tín hiệu, vi xử lý, kĩ thuật điều khiển lập trình thời gian thực Việc định công nghệ cho thiết kế số phần kiến trúc phụ thuộc vào số ràng buộc sau: o o o o o o o o Tốc độ cập nhật thời gian thật Công suất Giá thành Giải pháp đơn chip Dễ lập trình Tính khả chuyển mã (Portability of code) Các thư viện mã tái sử dụng Các công cụ lập trình K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng 2.2 Thiết kế hệ thống nhúng Ta sử dụng số mô hình sau để mô tả chu kỳ thiết kế hệ thống nhúng Một số mô hình sở, mô hình khác hình thành dựa mô hình sở này: Mô hình big-bang: mô hình thiết kế này, ta khái niệm kế hoạch hay trình trình phát triển hệ thống • Mô hình code-and-fix: yêu cầu sản phẩm làm rõ, sau việc thực mã lệnh tiến hành dựa mô tả yêu cầu này, mã lệnh thực thi có lỗi lại trở bước trước đó, nghĩa thực lại mã lệnh • Mô hình Waterfall: Quá trình phát triển sản phẩm chia thành bước, kết bước trước liệu bước sau • Mô hình Spiral:cũng dựa việc phân chia thành bước waterfall, nhiên trình, phản hồi người dùng người phát triển khác tiếp thu tích hợp lại vào trình phát triển • Ta xét mô hình Embebded Design and Development Lifecycle Model sau: K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng Hình 2.2: Mô hình Embebded Design and Development Lifecycle K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng PHẦN 3: MÔ HÌNH KIẾN TRÚC Ba mô hình kiến trúc thời gian thực thường sử dụng hệ thống nhúng là: Mô hình Theo dõi phản ứng lại: Mô hình sử dụng cảm biến hiển thị theo dõi thường xuyên Khi cảm biến cho biết kiện xảy gọi đến điện thoại di động hệ thống phản ứng lại tiến trình xử lý kiện • Mô hình Kiểm soát môi trường: Mô hình sử dụng hệ thống gồm có nhiều cảm biến cung cấp thông tin môi trường khởi động mà thông tin thay đổi môi trường Khi cảm biến phát thay đổi môi trường, tín hiệu điều khiển gửi tới khởi động hệ thống • Mô hình Đường ống xử lý: Mô hình sử dụng liệu truyền từ điểm tới điểm trước xử lý Sự biến đổi thực thông qua chuỗi bước xử lý, thực đồng thời Điều cho phép xử lý liệu nhanh xử lý riêng biệt thực thay đổi • Thông thường người dùng nhìn thấy mô hình kết hợp kết hợp với hệ thống đơn lẻ 3.1 Mô hình Theo dõi phản ứng lại Hệ thống giám sát phần quan trọng hệ thống nhúng thời gian thực Hệ thống giám sát kiểm tra môi trường thông qua cảm biến thường hiển thị trạng thái môi trường theo cách Có thể hình tích hợp, hình thiết bị chuyên dùng hiển thị từ xa Nếu hệ thống phát kiện hệ thống giám sát đưa hành động cụ thể Thông thường điều liên quan đến việc gia tăng cảnh báo để gây ý tới người điều hành hệ thống Đôi hệ thống đưa hành động để ngăn chặn việc tắt hệ thống để bảo vệ hệ thống không bị phá hủy Tên Mô tả Mô hình Theo dõi phản ứng lại Giá trị đầu vào cảm biến giống thu thập phân tích Các giá trị hiển thị theo cách cụ thể K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 10 Tìm hiểu hệ thống nhúng Đầu vào Giá trị đầu vào nhận từ cảm biến gắn vào hệ thống Đầu Giá trị đầu dùng để hiển thị, kích hoạt báo động, gửi tín hiệu đến hệ thống phản ứng lại Xử lý Quan sát, phân tích, hiển thị, báo động, phản ứng lại Sử dụng Hệ thống giám sát, hệ thống báo động Hình 3.1: Mô hình Theo dõi phản ứng lại Mô hình Theo dõi phản ứng lại hình mô hình thường sử dụng hệ thống giám sát Các giá trị cảm biến theo dõi phát giá trị đặc biệt hệ thống phản ứng lại theo cách Các hệ thống giám sát bao gồm số mô tả mô hình Theo dõi phản ứng lại cho loại cảm biến hệ thống Tùy thuộc vào yêu cầu hệ thống, người dùng tối ưu hóa thiết kế quy trình kết hợp Ví dụ người dùng sử dụng trình hiển thị để hiển thị thông tin cho tất cảm biến khác Hình 3.2: Quy trình xử lý mô hình Theo dõi phản ứng lại 3.3 Mô hình Kiểm soát môi trường Trong phần mềm nhúng hệ thống điều khiển sử dụng rộng rãi Trong hệ thống này, phần mềm điều khiển hoạt động thiết bị, dựa tác động từ môi trường thiết bị K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 11 Tìm hiểu hệ thống nhúng Tên Mô hình Kiểm soát môi trường Mô tả Hệ thống phân tích thông tin từ liệu mà cảm biến thu thập môi trường hệ thống Thông tin chi tiết thu thập tình trạng khởi động kết nối tới hệ thống Dựa liệu thu thập từ cảm biến khởi động, tín hiệu điều khiển gửi tới khởi động sau thay đổi môi trường hệ thống Thông tin giá trị bộ cảm biến trạng thái khởi động hiển thị Đầu vào Giá trị đầu vào thông tin từ cảm biến gắn vào hệ thống trạng thái khởi động hệ thống Đầu Tín hiệu điều khiển tới khởi động, thông tin hiển thị Xử lý Giám sát, điều khiển, hiển thị, driver khởi động, giám sát khởi động Sử dụng Các hệ thống điều khiển Hình 3.3: Mô hình Điều khiển môi trường Hệ thống điều khiển sử dụng mô hình Kiểm soát môi trường Mô hình mô tả hình 3.3, với quy trình xử lý biểu diễn hình 3.4 Mô hình sở cho việc thiết kế hệ thống điều khiển với mô tả mô hình Kiểm soát môi trường cho khởi động điều khiển Người dùng tối ưu hóa thiết kế cách giảm số lượng tiến trình Ví dụ: Người dùng kết hợp tiến trình giám sát khởi động điều khiển khởi động, kết hợp tiến trình điều khiển tiến trình giám sát đơn cho nhiều khởi động khác Việc tối ưu hóa mà người dùng chọn phụ thuộc vào yêu cầu thời gian K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 12 Tìm hiểu hệ thống nhúng Hình 3.4: Quy trình xử lý mô hình Kiểm soát môi trường 3.3 Mô hình Đường ống xử lý Nhiều hệ thống thời gian thực liên quan đến việc thu thập liệu từ môi trường hệ thống, sau truyền liệu từ nơi thu thập tới nơi phân tích xử lý nhanh Hệ thống chuyển đổi liệu số sang liệu tương tự sau gửi môi trường Ví dụ: Phần mềm radio chấp nhận gói tin số từ đài phát truyền hình biến đối chúng thành tín hiệu âm mà người dùng nghe Quá trình xử lý liệu liên quan tới nhiều hệ thống thực nhanh Nếu không liệu đến bị tín hiệu gửi chia nhỏ thông tin cần thiết bị Mô hình Đường ống xử lý xử lý nhanh chóng vấn đề cách đưa liệu cần tìm vào chuỗi biến đổi riêng biệt, với chuyển đổi thực trình độc lập Đây kiến trúc phù hợp với hệ thống sử dụng nhiều xử ý xử lý đa lõi Mỗi tiến trình đường ống kết hợp với xử lý riêng biệt để bước xử lý thực song song Tên Mô tả Mô hình Đường ống xử lý Mô hình xử lý đường ống thiết lập với liệu di chuyển theo K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 13 Tìm hiểu hệ thống nhúng trình tự từ điểm cuối đường ống tới đường ống khác Quy trình xử lý thường liên kết đệm đồng cho phép trình xử chạy nhiều tốc độ khác Đỉnh điểm trình xử lý đường ống hiển thị, lưu trữ liệu đường ống chấm dứt khởi động Đầu vào Giá trị đầu vào nhận từ môi trường tiến trình khác Đầu Giá trị đầu tới môi trường đệm chia sẻ Xử lý Producer, Buffer, Consumer Sử dụng Hệ thống thu thập liệu, hệ thống đa phương tiện Hình 3.5: Mô hình đường ống xử lý Một ví dụ hệ thống sử dụng đường ống xử lý hệ thống thu thập liệu tốc độ cao Các hệ thống thu thập liệu thu thập liệu từ cảm biến để phân tích xử lý Các hệ thống sử dụng trường hợp cảm biến thu thập nhiều liệu từ môi trường hệ thống không cần phải xử lý liệu thời gian thực Thay vào đó, hệ thống lựa chọn lưu trữ liệu để phân tích sau Các hệ thống thu thập liệu thường sử dụng thí nghiệm khoa học hệ thống điều khiển trình xử lý vật lý phản ứng hóa học Trong hệ thống này, cảm biến tạo liệu nhanh hệ thống thu thập liệu phải đảm bảo cảm biến thu thập liệu trước giá trị thay đổi Hình 3.7 mô hình đơn giản hệ thống thu thập liệu phần phần mềm điều khiển lò phản ứng hạt nhân Đây hệ thống thu thập liệu từ cảm biến theo dõi mật độ neutron Hình 3.6: Quy trình xử lý mô hình Đường ống xử lý K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 14 Tìm hiểu hệ thống nhúng Hình 3.7: Mô hình thu thập liệu mật độ Neutron PHẦN 4: PHÂN TÍCH THỜI GIAN Tính xác hệ thống thời gian thực không phụ thuộc vào tính xác kết đầu mà phụ thuộc vào thời gian mà thời điểm kết đưa Điều có nghĩa việc quan trọng hệ thống nhúng phân tích thời gian Trong phân tích này, người dùng tính toán tiến trình hệ thống phải thực thi để đảm bảo tất yếu tố đầu vào xử lý tất hồi đáp hệ thống phải đưa kịp thời Kết phân tích thời gian sử dụng để định tiến trình nên thực thi thường xuyên hệ điều hành thời gian thực nên xếp tiến trình Phân tích thời gian cho hệ thống thời gian thực đặc biệt khó hệ thống phải đối phó với trường hợp đầu vào đầu không tuân theo chu kỳ cụ thể Bởi bạn đoán trước đầu vào không theo chu kỳ nên bạn phải đưa giả định khả xảy yêu cầu ứng dụng thời điểm cụ thể Khi bạn phân tích yêu cầu thời gian hệ thống nhúng thời gian thực hệ thống thiết kế để đáp ứng yêu cầu này, có yếu tố bạn cần phải xem xét: Deadline: Thời gian mà đầu vào phải xử lý hệ thống phải đưa tín hiệu đầu Nếu hệ thống không đáp ứng thời hạn đó, hệ thống thời gian thực phần cứng lỗi hệ thống, hệ thống thời gian thực phần mềm hệ thống chất lượng Tần số: Số lần giây mà tiến trình phải thực để bạn tin hệ thống luôn đáp ứng deadline K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 15 Tìm hiểu hệ thống nhúng Thời gian thực thi: Thời gian yêu cầu để xử lý đầu vào đưa kết Thời gian thực luôn giống điều kiện thực thi đoạn mã, độ trễ chờ tiến trình khác,… Chúng ta có tìm hiểu ví dụ lỗi nguồn điện cung cấp cho hệ thống nhúng thời gian thực, giả định sau lỗi nguồn điện xảy ra, bạn có 50ms để điện áp cung cấp không rơi xuống tình trạng phá hủy hệ thống Chính thế, tiến trình ngắt thiết bị phải thiết kế vòng 50ms lỗi nguồn điện Trong trường hợp này, trình xử lý phải thiết lập thời gian ngắn 40ms khác biệt vật lý thiết bị Điều có nghĩa lệnh tắt máy cho tất thiết bị nguy gây lỗi phải xử lý vòng 40ms, giả định thiết bị phụ thuộc vào nguồn điện cung cấp Nếu bạn phát lỗi nguồn điện cách theo dõi mức điện áp, bạn có nhiều thông tin phát điện áp cung cấp giảm Nếu bạn thực 250 tiến trình giây, điều có nghĩa 4ms bạn yêu cầu dò tìm suy giảm điện Vì vậy, phải đến 8ms để phát lỗi Do trường hợp xấu thời gian thực trình ngắt hệ thống không vượt 16ms, để đảm bảo thời hạn 40ms đảm bảo Điểm trình phân tích hệ thống thời gian thực yêu cầu thời gian cho deadline yêu cầu hồi đáp hệ thống Khi bạn hoàn thành trình phân tích thời gian, bạn nên thích mô hình xử lý với thông tin tần số thời gian thực dự kiến Hình 4.1 ví dụ minh họa quy trình xử lý thời gian K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 16 Tìm hiểu hệ thống nhúng Hình 4.1: Quy trình xử lý thời gian Bước cuối trình thiết kế thiết kế hệ thống lên lịch để đảm bảo tiến trình xử lý luôn hoạch định trước deadline Người lập kế hoạch hệ điều hành thời gian thực phân bổ tiến trình để xử lý khoảng thời gian Thời gian cố định thay đổi tùy thuộc vào mức độ ưu tiên tiến trình PHẦN 5: HỆ THỐNG THỜI GIAN THỰC 5.1 Giới thiệu hệ thống thời gian thực Trong năm gần đây, hệ thống điều khiển theo thời gian thực lĩnh vực thu hút nhiều ý giới khoa học nghiên cứu khoa học máy tính Trong đó, vấn đề điều hành thời gian thực vấn đề lập lịch đặc biệt quan trọng Một số ứng dụng quan trọng hệ thống thời gian thực (RTS) ứng dụng rộng rãi dây chuyền sản xuất tự động, robot, điều khiển không lưu, điều khiển thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiển quan Thế hệ ứng dụng hệ thống điều khiển robot có hoạt động giống người, hệ thống kiểm soát thông minh nhà máy công nghiệp, điều khiển trạm không gian, thăm dò đáy đại dương K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 17 Tìm hiểu hệ thống nhúng 5.2 Khái niệm hệ thống thời gian thực Một hệ thống thời gian thực (RTS – Realtime Systems) hiểu mô hình xử lý mà tính đắn hệ thống không phụ thuộc vào kết tính toán logic mà phụ thuộc vào thời gian mà kết phát sinh Hệ thống thời gian thực thiết kế nhằm cho phép trả lời (response) lại yếu tố kích thích phát sinh từ thiết bị phần cứng ràng buộc thời gian xác định Ở ta hiểu RTS cách hiểu tiến trình, công việc thời gian thực Nhìn chung, RTS có số công việc gọi công việc thời gian thực, công việc có mức độ khẩn cấp riêng phải hoàn tất, ví dụ tiến trình cố gắng điều khiển giám sát kiện xảy giới thực Bởi kiện xuất giới thực nên tiến trình giám sát kiện phải xử lý theo kịp với thay đổi kiện Sự thay đổi kiện giới thực xảy nhanh, tiến trình giám sát kiện phải thực việc xử lý khoản thời gian ràng buộc gọi deadline, khoản thời gian ràng buộc xác định thời gian bắt đầu thời gian hoàn tất công việc Trong thực tế, yếu tố kích thích xảy thời gian ngắn vào khoảng vài mili giây, thời gian mà hệ thống trả lời lại yếu tố kích thích tốt vào khoảng giây, thường vào khoảng vài chục mili giây, khoảng thời gian bao gồm thời gian tiếp nhận kích thích, xử lý thông tin trả lời lại kích thích Một yếu tố khác cần quan tâm RTS công việc thời gian thực có tuần hoàn hay không? Công việc tuần hoàn ràng buộc thời gian ấn định theo chu kỳ xác định Công việc không tuần hoàn xảy với ràng buộc thời gian vào lúc bắt đầu kết thúc công việc, ràng buộc xác định vào lúc bắt đầu công việc Các biến cố kích hoạt công việc không tuần hoàn thường dựa kỹ thuật xử lý ngắt hệ thống phần cứng Về mặt cấu tạo, RTS thường cấu thành từ thành tố sau: - Đồng hồ thời gian thực Bộ điều khiển ngắt Bộ định biểu Bộ quản lý tài nguyên Bộ điều khiển thực Các thành tố phân định thành phần cứng hay mềm tùy thuộc vào hệ thống ý nghĩa sử dụng Thông thường, RTS kết hợp vào phần cứng có K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 18 Tìm hiểu hệ thống nhúng khả tốt so với hệ thống phần mềm có chức tương ứng tránh chi phí đắt cho việc tối ưu hóa phần mềm Ngày nay, chi phí phần cứng ngày rẻ, chọn lượng ưu tiên phần cứng xu hướng chung KẾT LUẬN Trên nhóm trình cách sơ lược hệ thống nhúng quy trình thiết kế, mô hình sử dụng để thiết kế hệ thống nhúng Chúng xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Đình Hiếu giúp hoàn thành tiểu luận TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ian Sommerville - Software Engineering 9th editor (Pearson 2011) [2] TS Lưu Hồng Việt – Trường ĐH Bách khoa HN - Tài liệu tóm tắt giảng “Hệ thống điều khiển nhúng” K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 19 [...]... và hệ thống phải đưa ra tín hiệu đầu ra Nếu hệ thống không đáp ứng thời hạn đó, và nếu đây là một hệ thống thời gian thực phần cứng thì đây là một lỗi của hệ thống, còn nếu đây là một hệ thống thời gian thực phần mềm thì đây là hệ thống kém chất lượng 2 Tần số: Số lần trên giây mà tiến trình phải thực hiện để bạn tin rằng hệ thống luôn luôn đáp ứng được deadline K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 15 Tìm hiểu về hệ. .. khiển robot có hoạt động giống con người, hệ thống kiểm soát thông minh trong các nhà máy công nghiệp, điều khiển các trạm không gian, thăm dò đáy đại dương K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 17 Tìm hiểu về hệ thống nhúng 5.2 Khái niệm hệ thống thời gian thực Một hệ thống thời gian thực (RTS – Realtime Systems) có thể được hiểu như là một mô hình xử lý mà tính đúng đắn của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào kết quả... quá trình phân tích trong hệ thống thời gian thực là yêu cầu thời gian cho mỗi deadline của các yêu cầu và hồi đáp trong hệ thống Khi bạn hoàn thành quá trình phân tích thời gian, bạn nên chú thích các mô hình xử lý với thông tin về tần số và thời gian thực hiện dự kiến Hình 4.1 là một ví dụ minh họa về quy trình xử lý thời gian K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 16 Tìm hiểu về hệ thống nhúng Hình 4.1: Quy trình.. .Tìm hiểu về hệ thống nhúng Đầu vào Giá trị đầu vào nhận được từ các bộ cảm biến được gắn vào hệ thống Đầu ra Giá trị đầu ra được dùng để hiển thị, kích hoạt báo động, gửi tín hiệu đến các hệ thống phản ứng lại Xử lý Quan sát, phân tích, hiển thị, báo động, phản ứng lại Sử dụng trong Hệ thống giám sát, hệ thống báo động Hình 3.1: Mô hình Theo dõi và phản... nhất để hiển thị thông tin cho tất cả các bộ cảm biến khác nhau Hình 3.2: Quy trình xử lý của mô hình Theo dõi và phản ứng lại 3.3 Mô hình Kiểm soát môi trường Trong phần mềm nhúng các hệ thống điều khiển được sử dụng rộng rãi nhất Trong các hệ thống này, phần mềm điều khiển hoạt động của thiết bị, dựa trên tác động từ môi trường thiết bị K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 11 Tìm hiểu về hệ thống nhúng Tên Mô hình... Kiểm soát môi trường Mô tả Hệ thống phân tích thông tin từ dữ liệu mà bộ cảm biến thu thập trong môi trường hệ thống Thông tin chi tiết có thể được thu thập về tình trạng của các bộ khởi động được kết nối tới hệ thống Dựa trên dữ liệu thu thập được từ các bộ cảm biến và các bộ khởi động, tín hiệu điều khiển gửi tới bộ khởi động và sau đó thay đổi môi trường hệ thống Thông tin về các giá trị của bộ bộ... ngắt của hệ thống phần cứng Về mặt cấu tạo, RTS thường được cấu thành từ các thành tố sau: - Đồng hồ thời gian thực Bộ điều khiển ngắt Bộ định biểu Bộ quản lý tài nguyên Bộ điều khiển thực hiện Các thành tố trên có thể được phân định là thành phần cứng hay mềm tùy thuộc vào hệ thống và ý nghĩa sử dụng Thông thường, các RTS được kết hợp vào phần cứng có K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 18 Tìm hiểu về hệ thống nhúng. .. Consumer Sử dụng trong Hệ thống thu thập dữ liệu, hệ thống đa phương tiện Hình 3.5: Mô hình đường ống xử lý Một ví dụ về hệ thống sử dụng đường ống xử lý là một hệ thống thu thập dữ liệu tốc độ cao Các hệ thống thu thập dữ liệu thu thập dữ liệu từ các bộ cảm biến để phân tích và xử lý Các hệ thống này được sử dụng trong các trường hợp các bộ cảm biến thu thập nhiều dữ liệu từ môi trường hệ thống và không... đơn giản của hệ thống thu thập dữ liệu có thể là một phần của phần mềm điều khiển trong lò phản ứng hạt nhân Đây là một hệ thống thu thập dữ liệu từ các bộ cảm biến theo dõi mật độ neutron Hình 3.6: Quy trình xử lý của mô hình Đường ống xử lý K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 14 Tìm hiểu về hệ thống nhúng Hình 3.7: Mô hình thu thập dữ liệu mật độ Neutron PHẦN 4: PHÂN TÍCH THỜI GIAN Tính chính xác của hệ thống thời... thuộc vào yêu cầu thời gian K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN 12 Tìm hiểu về hệ thống nhúng Hình 3.4: Quy trình xử lý của mô hình Kiểm soát môi trường 3.3 Mô hình Đường ống xử lý Nhiều hệ thống thời gian thực liên quan đến việc thu thập dữ liệu từ môi trường hệ thống, sau đó truyền dữ liệu từ nơi thu thập được tới nơi có thể được phân tích và xử lý nhanh hơn Hệ thống này cũng có thể chuyển đổi dữ liệu số sang dữ ... K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng NỘI DUNG PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG NHÚNG 1.1 Hệ thống nhúng gì? Trong giới thực thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả xử lý thông tin điều khiển.. .Tìm hiểu hệ thống nhúng MỤC LỤC Contents K19-HTTT-ĐHCN-ĐHQGHN Tìm hiểu hệ thống nhúng LỜI NÓI ĐẦU Các hệ thống nhúng ngày phát triển với ứng dụng rộng... tồn quanh ta, chúng hệ nhúng Vậy hệ nhúng phần hệ thống xử lý thông tin nhúng hệ thống lớn, phức hợp độc lập Ví dụ ôtô, thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông thiết bị thông minh nói chung