Wykład 1:
Systemy wbudowane
Mariusz Chilmon
m.chilmon@amw.gdynia.pl
uc.vmario.org
System oceniania
Wykład
- 1 pkt za uczestnictwo w wykładzie
- dodatkowe punkty za aktywność
- sumarycznie 5 pkt. + punkty dodatkowe
Laboratorium
- 1 pkt za implementację zadania podstawowego
- 1 pkt za uzupełnienie podstawowego arkusza zadań
- 1 pkt za implementację zadania rozszerzonego
- 1 pkt za uzupełnienie rozszerzonego arkusza zadań
- dodatkowe punkty za aktywność
- sumarycznie 40 pkt. + punkty dodatkowe
Nieobecności
- nieobecność usprawiedliwiona zmienia proporcjonalnie skalę ocen
- jeżeli pozwalają na to warunki, nieobecność można odrobić w innej lub w swojej podgrupie
- w czasie jednych zajęć można wykonać maksymalnie jedno ćwiczenie zaległe
Ocena końcowa
| Próg | Punkty | Ocena |
|---|---|---|
| 0% | 0 | 2,0 |
| 30% | 14 | 3,0 |
| 45% | 21 | 3,5 |
| 60% | 27 | 4,0 |
| 75% | 34 | 4,5 |
| 90% | 41 | 5,0 |
Co to jest system wbudowany?
Definicja
System mikroprocesorowy (urządzenie elektroniczne z procesorem, pamięcią i peryferiałami I/O),niebędący komputerem ogólnego przeznaczenia.
Cechy charakterystyczne
- zaprojektowany do realizacji określonego zadania
- wysoka niezawodność
- ograniczone zasoby (pamięć, moc obliczeniowa, zasilanie)
- praca w czasie rzeczywistym
- specyficzne sensory i efektory
- nieprzerwana praca przez długi czas
- brak systemu operacyjnego (bare-metal) lub RTOS
- uproszczony interfejs użytkownika
Przykłady systemów wbudowanych
Apollo Guidance Computer
Kalkulator Unicom 141P (Procesor Intel 4004)
MAN B&W 6S70MC
Karta płatnicza i terminal
Simex SPI-94
Amazfit T-Rex 2
SAMSUNG WW8NK52E0VX
Ford Mustang Mach-E
Oprogramowanie systemów wbudowanych
(firmware)
Cechy oprogramowania
- poprawność
- przewidywalność
- odporność na awarie
- brak przerw w pracy
- reżim czasu rzeczywistego
Źródła awarii
- błędy oprogramowania
- problemy z zasilaniem
- wadliwe styki
- procesor uszkodzony przez meteoryt
- udary mechaniczne
- zalanie
- zakłócenia elektromagnetyczne
- promieniowanie jonizujące
Co robić? Jak żyć?
- zapobieganie wyciekom zasobów
- redundancja
- autotesty
- modularna budowa
- zabezpieczenia sprzętowe
- pamięć ECC
- watchdog
- lockstep
Języki programowania
- asembler
- C
- C++ (lub podzbiór C++)
- ¯\_(ツ)_/¯
- Java
- Python (lub MicroPython)
- Rust
- Ada
- HTML5 + CSS + JavaScript⁕
Rynek pracy
Budowa systemów embedded
Schemat blokowy
Zasilanie
- sieciowe, bateryjne
- PoE (Power over Ethernet), energy harvesting
- kontrolery zasilania
- pomiar prądu własnego
- oszczędzanie energii
PCB
(Printed Circuit Board)
- łączy elektrycznie elementy systemu
- odprowadza ciepło
- jest kluczowa dla poprawnej propagacji sygnałów
Obudowa
- ochrona przed warunkami środowiskowymi
- ochrona EMC
- izolacja kryptograficzna
- odprowadzanie ciepła
- czujniki otwarcia
Interfejsy użytkownika
(HMI)
- LED
- buzzer
- przycisk
- pole dotykowe
- dedykowany wyświetlacz LED, LCD, VFD
- haptic feedback
- interfejsy samochodowe
Sensory
- termometr
- akcelerometr
- żyroskop
- magnetometr
- czujnik natężenia oświetlenia, koloru
- czujnik dymu, gazu
- czujnik odległości
- czujniki biomedyczne
- mikrofon
- MEMS (Microelectromechanical System)
Efektory
- silnik
- LED
- wyświetlacz
- laser
- głośnik
- grzałka
- kompresor
- zapalnik
- przekaźnik
- SSR (Solid State Relay)
µC
- mikrokontrolery 8-bitowe
- mikrokontrolery 32-bitowe
- DSP (Digital Signal Processor)
- mikrokontrolery heterogeniczne
- NDP (Neural Decision Processor)
Układy pomocnicze
- multipleksery
- kondycjonery sygnałów
- sterowniki zasilania
- zegary
- pamięci
- kontrolery interfejsów komunikacyjnych
- FPGA (Field-Programmable Gate Array)
-
ASIC (Application Specific Integrated Circuit)
(koparki 🤑)
Trendy
- automotive
- Arduino
- IoT
- wearable
- tinyML