Phân loại HTN có thể theo nhiều tiêu chí khác nhau và có thể không hoàn toàn giống nhau (giống như khi nêu định nghĩa về HTN). Tuy nhiên có thể nêu ra đây một số tiêu chí để phân loại HTN.
§ HTN hoạt động ở đâu:
ü Hoạt động độc lập: nhận đầu vào từ các tác nhân bị điều khiển, xử lý và cho đầu ra. Thời gian có đầu ra (đáp ứng) phải trong một khung thời gian nhất định theo ý đồ khi thiết kế.
ü Hoạt động có liên kết với nhau giữa các HTN và các trung tâm kiểm soát khác. Loại này gọi là HTN mạng. Ví dụ các HTN cục bộ tại các thiết bị chấp hành đầu cuối của một qui trình công nghệ phức tạp liên kết qua mạng cục bộ của nhà máy hay của một cổ máy phức tạp. Hệ thống mạng điện thoại di động là một ví dụ kiểu HTN mạng: máy người dùng <−> các trạm BTS <−> tổng đài <−> tổng đài <−> BTS <−> máy người dùng. Tên chung của HNT lại này là HTN di động.
§ Lĩnh vực ứng dụng:
ü Công cụ tính toán như các máy tính nhưng chỉ để chạy các bài toán nhất định. ü Xử lý tín hiệu: các thiết bị video thời gian thực, DVD player, thiết bị y tế… ü Truyền thông, mạng: thiết bị mạng như router, chuyển mạch (switch), firewall…. ü Hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu.
§ Kiến trúc và qui mô:
ü HTN qui mô nhỏ (Small Scale Embedded Systems) với các xác định như sau: - Phần cứng ít phức tạp, thiết kế với CPU đơn, loại 4, 8 bits;
37
- Công cụ phát triển phần mềm: soạn thảo chương trình, hợp ngữ và hợp ngữ chéo (asembler, cross asembler), môi trường phát triển hợp nhất (integrated developememt enviroment) sử dụng với vi điều khiển hay CPU đã chọn. Ngôn ngữ phát triển là C, mã C được dịch ra nhị phân tối ưu, định vị mã thực thi trong bộ nhớ ROM, dung lượng bộ nhớ giới hạn.
- Tiêu thụ năng lượng rất ít.
Ví dụ : HTN đơn giản, chỉ có một vài phím bấm để đưa thông tin vào, một vài đèn LED hiện đầu ra (trạng thái nào đó). Ví dụ: HTN máy điều hòa nhiệt độ, lò nhiệt v.v. ü HTN qui mô phức tạp:
- Phần cứng phức tạp: Thiết kế với CPU 8,16 hay32 bits, hay sử dụng vi điều khiển; - Hệ thống có cấu trúc với BUS mở rộng để ghép nối với các thiết bị ngoại vi;
- Phần mềm nhúng tinh vi, có hệ điều hành để thực hiện các nhiệm vụ, thao tác đồng thời. Có thể là loại RTOS.
- Công cụ lập trình: C/C++/Visual C++/Java, RTOS, mã nguồn, công cụ ki thuật: Simulator, Debugger. Môi trương phát triển hợp nhât (Integrated Development Envirinment-IDE. Công cụ soft để xây dựng phần cứng phức hợp.
Ví dụ: các HTN trên các máy gia công (kim loại, khuôn nhựa v.v). ü HTN tinh vi (Sophisticated Embedded Systems)
- Phần cứng và phần mềm rất đặc biệt;
- Nhiều CPU và có thể mở rộng, hay các CPU có thể cấu hình được (configurable CPUs), hay mảng logic lập trình được (programable logic array-PLA);
- Phát triển cho các lớp ứng dụng mới nhất khi các ứng dụng loại này cần phải 8ểcó quá trình thiết kế đồng thời giữa phần cứng và phần mềm, hợp nhất các linh kiện ở hệ thống cuối cùng, sử dụng công nghệ ASIC để chế tạo CPU, vi mạch đồng xử lý (còn gọi là ChipSet hay Co-processor).
Ví dụ các hệ thống hàng không quân sự mới nhất trên các máy bay (military/civil avionic), các thiết bị mạng cao cấp…. Các HTN kiểu này bị chế ngự bởi tốc độ xử lý của phần cứng (CPUs), Các chức năng phần mềm như các giải thuật mã hóa/giải mã, giải thuật chuyển đổi tín hiệu số (Fourrier/Z transformation), giao thức TCP/IP stack, các hàm chức năng mạng nhúng trong phần cứng để tăng tốc xử lý; Một số chức năng phần mềm được cứng hóa (như DSP). Công cụ phát triển thường không có sẳn vì đắt tiền, do đó phải phát triển riêng khi dự án được chấp nhận.
ü HTN phần cứng hay HTN phần mềm;
ü HTN theo An toàn sự cố (fail-safe), hay tự an toàn (fail-safe operational); ü HTN đáp ứng được bảo đảm hay đáp ứng với nỗ lực tối đa;
38
ü HTN phản ứng ngay với sự kiện hay phản ứng với sự kiện có thời hạn.
§ Tại sao các HTN lại có sự khác nhau?
Có thể trả lời đơn giản đó là do các ứng dụng khác nhau và hệ thống phải hoạt động hiệu quả. Ví dụ:
1. HTN là dành để thực hiện các tác vụ riêng biệt. Các tác vụ riêng biệt ở đây phần lớn liên quan tới các xử lý khác nhau chuyên biệt, các sự kiện, các trạng thái của một qui trình công nghệ, ví dụ qui trình điều khiển máy công cụ, robot … Khi thay đổi qui trình, thường dẫn tới thay đổi hay thiết kế lại cả hệ thống. Như vậy có thể thấy cần có một loại bộ xử lý thích hợp cho lại tác vụ đã nêu. Bộ xử lý như vậy gọi là bộ xử lý chuyên biệt (dedicated microprocessor), nó không mạnh như bộ xử lý đa năng ta sử dụng trong máy tính, như máy tính PC chẳng hạn. Ví dụ điển hình là bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) dòng TMS320 (TMS320C6000™ Multicore DSPs, TMS320DM6446 DaVinci™ Video Processor …) của Texas Instruments, hay các bộ xử lý MP3 (xử lý dữ liệu âm thanh đã nén và giải mã đưa vào khuyếch đại âm thanh rồi ra loa).
Ví dụ sơ đồ khối chức năng của CPU DSP:
39
Hình 1.11 Bộ MP3 với CPU BlackFin của ANALOG DEVICES
2. Như điểm 1. nêu trên, về phần cứng, các HTN được thiết kế từ rất nhiều loại CPU nhúng và các CPU nhúng bản thân chúng lại có kiến trúc khác nhau. Hiện trên thị trường có thể liệt kê các kiểu CPU nhúng như: CPU vạn năng rút gọn phù hợp cho ứng dụng nhúng, các vi điều khiển (microcontroller, PIC), các kiến trúc kiểu hệ thống trên một vi mạch (PSoC-Programmable System on Chip)…
3. Về phần mềm cở sở có thể từ đơn giản cho tới tinh xảo, hệ điều hành thời gian thực (RTOS-Real Time Operating System).
4. Ví dụ một số HTN
§ Phần cứng thương mại là các sản phẩm như bo mạch HTN (Microprocessor-based) đầy đủ, thiết kế hoàn chỉnh và đi cùng đã có phần mềm hệ thống (hệ điều hành, hay monitor) cài đặt trong EEPROM, flash, có RAM hay còn có đĩa cứng bán dẫn (DiskOnChip dung lượng 32MB hay lớn hơn), ví dụ như dòng PC 104 dưới đây:
40
Hình 1.12 Một số HTN thương mại
§ Các loại vi điều khiển dạng bo mạch.
§ Các loại vi xử lý rời để thiết kế THN theo yêu cầu ứng dụng:
CPU : Intel 80X51, PIC 12F 675, Amtel 8051, PSoC (Programmable System on Chip) : CY8C29466… Đặc điểm chung của các loại này là có kiến trúc đầy đủ chỉ trong một vi mạch có mức độ tích hợp cỡ lớn và rất lớn (VLSI: Very Large Scale Integration).
Bảng dưới đây liệt kê số loại CPU cho HTN từ các hãng khác nhau (chưa đầy đủ): TMZ104
PC/104 Computer with Transmeta Crusoe TM5500 CPU TMZ104 Photo Features:
Low power fanless x86 compatible Embedded BIOS
Linux OS Watchdog timers
Dual EIDE & floppy support USB, parallel port,
PS2 keyboard & Mouse Dual RS-232 serial
41