Sistema
Un sistema è una disposizione in cui tutte le sue unità lavorano insieme secondo un insieme di regole. Può anche essere definito come un modo di lavorare, organizzare o fare uno o più compiti secondo un piano fisso. Per esempio, un orologio è un sistema di visualizzazione del tempo. I suoi componenti seguono una serie di regole per mostrare il tempo. Se una delle sue parti si guasta, l’orologio smette di funzionare. Quindi possiamo dire che in un sistema, tutti i suoi sottocomponenti dipendono l’uno dall’altro.
Sistema incorporato
Come suggerisce il nome, incorporato significa qualcosa che è attaccato ad un’altra cosa. Un sistema embedded può essere pensato come un sistema hardware di computer con software incorporato. Un sistema incorporato può essere un sistema indipendente o può essere una parte di un grande sistema. Un sistema incorporato è un sistema basato su microcontrollore o microprocessore che è progettato per eseguire un compito specifico. Per esempio, un allarme antincendio è un sistema embedded; rileverà solo il fumo.
Un sistema embedded ha tre componenti –
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Ha l’hardware.
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Ha il software applicativo.
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Ha il sistema operativo in tempo reale (RTOS) che supervisiona il software applicativo e fornisce il meccanismo per permettere al processore di eseguire un processo secondo lo scheduling seguendo un piano per controllare le latenze. RTOS definisce il modo in cui funziona il sistema. Stabilisce le regole durante l’esecuzione del programma applicativo. Un sistema embedded su piccola scala può non avere RTOS.
Così possiamo definire un sistema embedded come un sistema di controllo basato su microcontrollore, guidato da software, affidabile e in tempo reale.
Caratteristiche di un sistema embedded
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Singola funzione – Un sistema embedded di solito esegue un’operazione specializzata e fa lo stesso ripetutamente. Per esempio: Un cercapersone funziona sempre come un cercapersone.
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Sempre vincolato – Tutti i sistemi informatici hanno vincoli sulle metriche di progettazione, ma quelli su un sistema embedded possono essere particolarmente stretti. La metrica di progettazione è una misura delle caratteristiche di un’implementazione come il suo costo, la dimensione, la potenza e le prestazioni. Deve essere di dimensioni tali da poter stare su un singolo chip, deve essere abbastanza veloce da elaborare i dati in tempo reale e consumare una potenza minima per estendere la durata della batteria.
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Reattivo e in tempo reale – Molti sistemi embedded devono reagire continuamente ai cambiamenti nell’ambiente del sistema e devono calcolare certi risultati in tempo reale senza alcun ritardo. Consideriamo l’esempio di un controller di crociera per auto; esso monitora e reagisce continuamente ai sensori di velocità e di freno. Deve calcolare l’accelerazione o la decelerazione ripetutamente entro un tempo limitato; un calcolo ritardato può portare al fallimento del controllo dell’auto.
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Basato su microprocessori – Deve essere basato su microprocessore o microcontrollore.
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Memoria – Deve avere una memoria, poiché il suo software di solito è incorporato nella ROM. Non ha bisogno di memorie secondarie nel computer.
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Connesso – Deve avere periferiche collegate per connettere dispositivi di input e output.
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Sistemi HW-SW – Il software è usato per maggiori caratteristiche e flessibilità. L’hardware è usato per le prestazioni e la sicurezza.
Avantaggi
- Facilmente personalizzabile
- Basso consumo energetico
- Basso costo
- Prestazioni avanzate
Svantaggi
- Alto sforzo di sviluppo
- Maggiore tempo di commercializzazione
Struttura base di un sistema
La seguente illustrazione mostra la struttura di base di un sistema embedded –
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Sensore – Misura la quantità fisica e la converte in un segnale elettrico che può essere letto da un osservatore o da qualsiasi strumento elettronico come un convertitore A2D. Un sensore memorizza la quantità misurata nella memoria.
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Convertitore A-D – Un convertitore analogico-digitale converte il segnale analogico inviato dal sensore in un segnale digitale.
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Processore & ASIC – I processori elaborano i dati per misurare l’output e lo memorizzano.
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Convertitore D-A – Un convertitore digitale-analogico converte i dati digitali forniti dal processore in dati analogici
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Attuatore – Un attuatore confronta l’uscita data dal convertitore D-A con l’uscita effettiva (prevista) memorizzata e memorizza l’uscita approvata.