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Embedded Systems verstehen - die Grundlagen

Embedded Systems verstehen - die Grundlagen

Mit dem Fortschritt der Computertechnologie wird ihre Technologie in immer mehr elektronische Produkte eingebettet.

Die von eingebetteten Systemen bereitgestellten Funktionen ermöglichen es elektronischen Geräten, weitaus größere Funktionen zu haben, als dies möglich wäre, wenn nur Hardwaretechniken verwendet würden.

Infolgedessen sind eingebettete Systeme in allen Arten von elektronischen Geräten und Geräten zu finden. Von kleinen Verarbeitungsmengen in Elementen wie elektronischen Zeitschaltuhren bis hin zu weitaus komplizierteren eingebetteten Systemen wie Spielekonsolen und sogar großen Fabrik- und anderen industriellen Systemen.

Die Technik hat ihren Namen von der Tatsache, dass die Software für eine bestimmte Anwendung in sie eingebettet ist. Das eingebettete System ist nicht wie ein PC oder ein anderer Computer, der eine Vielzahl von Programmen ausführen und eine ganze Reihe von Aufgaben erfüllen kann, sondern das Element, das eingebettete Software verwendet, konzentriert sich auf eine bestimmte Aufgabe oder Anwendung.

Um diesen Bedarf zu decken, ist für das Element, das eingebettete Techniken verwendet, die Software vorinstalliert, obwohl von Zeit zu Zeit Aktualisierungen vorgenommen werden können.

Grundlagen eingebetteter Systeme

Es kann gefragt werden, was ein eingebettetes System ist. Bei vielen prozessorbasierten Systemen und Computern ist es hilfreich zu definieren, was ein eingebettetes System ist. Eine bequeme Definition für ein eingebettetes System lautet: Ein eingebettetes System ist ein Computersystem, das in einem Produkt enthalten ist, das nicht als Computer beschrieben wird.

Mit dieser eingebetteten Systemdefinition ist es möglich, die verschiedenen grundlegenden Merkmale zu verstehen. Typischerweise sind sie:

  • Eingebettete Systeme sind für eine bestimmte Aufgabe konzipiert. Obwohl sie Computertechniken verwenden, können sie nicht als Allzweckcomputer verwendet werden, der eine Vielzahl unterschiedlicher Programme für unterschiedliche Aufgaben verwendet. Auf diese Weise kann ihre Funktion auf das konzentriert werden, was sie tun müssen, und sie können dementsprechend billiger und effizienter gemacht werden.
  • Die Software für eingebettete Systeme wird normalerweise als Firmware bezeichnet. Anstatt auf einer Disc gespeichert zu werden, auf der viele Programme gespeichert werden können, wird das einzelne Programm für ein eingebettetes System normalerweise auf dem Chip gespeichert und als Firmware bezeichnet.

Eingebettete Systeme enthalten zwei Hauptelemente:

  • Eingebettete Systemhardware: Wie bei jedem elektronischen System erfordert ein eingebettetes System eine Hardwareplattform, auf der es ausgeführt werden kann. Die Hardware basiert auf einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller. Die Hardware des eingebetteten Systems enthält auch andere Elemente, einschließlich Speicher, E / A-Schnittstellen (Input Output) sowie die Benutzeroberfläche und die Anzeige.
  • Eingebettete Systemsoftware: Die eingebettete Systemsoftware wurde geschrieben, um eine bestimmte Funktion auszuführen. Es wird normalerweise in einem High-Level-Format geschrieben und dann kompiliert, um Code bereitzustellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher innerhalb der Hardware gespeichert werden kann.

Hardware für eingebettete Systeme

Bei Verwendung eines eingebetteten Systems kann zwischen einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor gewählt werden.

  • Mikrocontroller-basierte Systeme: Ein Mikrocontroller ist im Wesentlichen eine CPU, eine Zentralprozessoreinheit oder ein Prozessor mit integriertem Speicher oder Peripheriegeräten. Da weniger externe Komponenten benötigt werden, werden eingebettete Systeme mit Mikrocontrollern in der Regel häufiger verwendet
  • Mikroprozessorbasierte Systeme: Mikroprozessoren enthalten eine CPU, verwenden jedoch externe Chips für Speicher- und Peripherieschnittstellen. Da sie mehr Geräte auf der Platine benötigen, aber eine größere Erweiterung und Auswahl exakter Peripheriegeräte usw. ermöglichen, wird dieser Ansatz in der Regel für größere eingebettete Systeme verwendet.

Unabhängig davon, welcher Prozessortyp im eingebetteten System verwendet wird, kann es sich um einen sehr allgemeinen Typ eines der vielen hochspezialisierten Prozessoren handeln, die für eine bestimmte Anwendung vorgesehen sind. In einigen Fällen können kundenspezifische Chips für eine bestimmte Anwendung geeignet sein, wenn die Mengen ausreichend hoch sind. Ein gängiges Beispiel für eine Standardklasse dedizierter Prozessoren ist der digitale Signalprozessor DSP. Dieser Prozessortyp wird insbesondere zur Verarbeitung von Audio- und Bilddateien verwendet. Die Verarbeitung ist sehr schnell erforderlich, da sie in Anwendungen wie Mobiltelefonen und dergleichen verwendet werden können.

Software für eingebettete Systeme

Eines der Schlüsselelemente eines eingebetteten Systems ist die Software, mit der der Mikrocontroller ausgeführt wird.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie dies geschrieben werden kann:

  • Maschinensprache: Maschinencode ist der grundlegendste Code, der für die Prozessoreinheit verwendet wird. Der Code ist normalerweise in Hex-Code und enthält die grundlegenden Anweisungen für jede Operation des Prozessors. Diese Codeform wird heutzutage selten für eingebettete Systeme verwendet.
  • Programmiersprache: Das Schreiben von Maschinencode ist sehr mühsam und zeitaufwändig. Es ist schwer zu verstehen und zu debuggen. Um dies zu überwinden, werden häufig Programmiersprachen auf hoher Ebene verwendet. Sprachen wie C, C ++ usw. werden häufig verwendet.

Der Code für das eingebettete System wird normalerweise in einer Form eines nichtflüchtigen Speichers gespeichert, der auf der Prozessorkarte gespeichert ist. Der Code heißt Firmware - die Idee ist, dass er nicht auf die gleiche Weise aktualisiert wird wie Software, sich im eingebetteten System befindet und vom Benutzer nicht geändert werden kann. Oft ist es möglich, die Software zu aktualisieren. Dies kann jedoch bedeuten, dass die Speicherkarte, auf der sich die Firmware befindet, geändert oder auf andere Weise aktualisiert wird.

Oft können zusätzliche Tools verwendet werden, um bei der Entwicklung der Firmware zu helfen. Oft können Programme kompliziert werden und es muss sichergestellt werden, dass die Firmware für das eingebettete System ordnungsgemäß funktioniert.

Entwurfswerkzeuge für eingebettete Systeme

Viele eingebettete Systeme sind kompliziert und erfordern eine große Menge an Software, damit sie funktionieren.

Die Entwicklung dieser Software kann zeitaufwändig sein und muss sehr genau sein, damit das eingebettete System ordnungsgemäß funktioniert. Die Codierung in eingebetteten Systemen ist einer der Hauptbereiche, in denen Fehler auftreten.

Um den Prozess zu vereinfachen, werden normalerweise Softwareentwicklungstools verwendet. Diese helfen dem Softwareentwickler, schneller und auch genauer zu programmieren.

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