1 ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ (1)

1. ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования Белорусский
государственный университет
информатики и радиоэлектроники
ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ
старший преподаватель кафедры ИРТ Дворникова Татьяна Николаевна
Минск 2025
.

2.

3.

4. Литература

•1 Алямкин, Д.И. Встраиваемые высокопроизводительные цифровые системы
управления: Учеб.пособие / Алямкин Д.И., Анучин А.С., Дроздов А.В. – Томск.: Издво Том. политехн. Ун-т, 2004. – 168 с.
•2 Алиев, М.М. Цифровая вычислительная техника и микропроцессоры / М.М.
Алиев. – Томск.: Изд-во ИОА ТНЦ СО РАН, 2009. – 250 с.
•3 Бильдюк, Д. М. Встраиваемые системы [Электронный ресурс] : учебнометодическое пособие / Д. М. Бильдюк. – Мн.: БГУИР, 2016.
•4 Джозеф, Ю. Ядро Cortex-МЗ компании ARM. Полное руководство / Ю. Джозеф. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 540 с.
•5 Шпак, Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров /
Ю.А. Шпак. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 322 с.
•6 Редькин, П.П. 32/16-битные микроконтроллеры ARM7 семейства АТ91SAM7
фирмы Atmel / П.П. Редькин. – М.: «Инкомбук», 2009. – 540 с.
•7 Редькин, П.П. 32-битные микроконтроллеры NXP с ядром Cortex-M3 Семейства
LPC17xx / П.П. Редькин. – М.: Академический проект; Фонд «Мир», 2011. – 640 с.
•8 Червинский, М.П. Операционные системы реального времени / М.П. Червинский.
– М.: Горячая линия - Телеком, 2008. – 452 с.

5.

6. Введение в теорию встраиваемых систем

Основные понятия и определения.
Вопросы:
• Концепция разработки ВС.
• Особенности, требования и стандарты для ВС.
• Область применения ВС.
• Безопасность ВС.

7.

Перечень компетенций для
создания системы «Умный дом»

8.

Встраиваемые
системы
Встроенные вычислительные системы (ВсС)
(embedded system) - специализированные
(заказные) вычислительные системы (ВС),
непосредственно взаимодействующие с объектом
контроля или управления и объединенные с ним
единой конструкцией

9. Примеры встроенных систем

- Бортовые управляющие системы (автомобили,
самолёты, поезда и т.п.).
- Системы управления технологическими процессами на
производстве.
- Медицинское оборудование.
- Приборы связи, сетевое оборудование.
- Системы управления коммунальным хозяйством:
энергоучет, управление энергоподстанциями, управление
наружным освещением.
- Управление городской транспортной системой.
- Системы управления оружием.

10.

11. Особенности встроенных систем

систем
- Работа ВсС и КФС связана с управлением
реальными объектами.
- ВсС или КФС должна работать в реальном
масштабе времени.
- Работа в реальном масштабе времени
предполагает повышенные требования к
надежности ВсС и КФС.

12. Классификация встроенных систем

(САУ)
- Системы автоматического
управления
- Измерительные системы и системы сбора
информации с датчиков
Системы
передачи
данных
(коммуникационные системы)
- Системы управления подвижными объектами
- Подсистемы вычислительных систем общего
назначения

13.

14.

15.

16. Понятие реального времени

Система реального времени – вычислительная система с
гарантированным временем реакции на события.
Система реального времени (СРВ): любая вычислительная
система, в которой время формирования выходного
воздействия
является
существенным.
Примеры
СРВ:
управление
технологическими
процессами,
встроенные
вычислительные системы, кассовые торговые системы и т.д.

17.

18. Целевая функция

Целевая функция (или задача) системы –
это функция, ради которой построена
система управления.
Примеры
1. управление двигателем автомобиля
2. управление квадрокоптером
3. управление стиральной машиной

19. Виды систем реального времени

- Система мягкого реального
времени
- Система жесткого реального
времени

20. Мягкое реальное время

Невыполнение условий мягкого
реального времени не приводит к
катастрофическим последствиям для
целевой функции системы
Поддерживается
количеством систем.
большим

21. Жесткое реальное время

Невыполнение требований жесткого
реального времени приводит к
катастрофическим
для
целевой
функции системы последствиям.
Очень трудно достижимо!

22.

23. Надежность и безопасность

Надёжность - свойство объекта выполнять
заданные функции, сохраняя во времени значения
установленных эксплуатационных показателей в
заданных пределах, соответствующим заданным
режимам и условиям использования, технического
обслуживания,
ремонта,
хранения
и
транспортирования.
Слова "во времени" означают естественный ход
времени, в течение которого имеет место
применение, техническое обслуживание, хранение и
транспортирование объекта, а не какой-либо
конкретный интервал времени.

24.

Надёжность является комплексным свойством,
которое в зависимости от назначения объекта и
условий его эксплуатации может включать в себя
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и
сохраняемость в отдельности или определённое
сочетание этих свойств как для объекта (здесь под
объектом
понимается
определённое
средство
измерения), так и для его частей.
ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике (ССНТ).
Термины и определения.

25.

Безопасность - состояние, при котором риск вреда
(людям) или ущерб ограничен допустимым уровнем.
Другими словами встроенная система не
оказывать вредное воздействие на свое окружение.
должна
– Некорректные действия пользователя (защита от дурака)
– Воздействие некорректно работающих внешних устройств
– Воздействие некорректного поведения внутренних
устройств
– Воздействие окружающей среды

26. Почему важна надежность ВсС и КФС?

- От работы системы часто зависит жизнь
людей.
- ВсС и КФС управляют дорогостоящим
оборудованием. Аварии и простоя могут
привести к катастрофическим последствиям.
- Различные проблемы не должны приводить
к выходу из строя ВсС и КФС.

27. Как сделать встроенную систему надежной?

Для того чтобы встроенная система стала надежной необходимо:
- Использовать жизненный цикл, удовлетворяющий вашим критериям
надежности.
- Разработать архитектуру с заданными свойствами надежности.
- Использовать надежные комплектующие для аппаратного обеспечения.
- Реализовать в системе механизмы надежности.
-
Использовать
при
программировании
надежные
программирования, библиотеки и фреймворки.
- Провести полноценное тестирование.
- Производить мониторинг системы в процессе ее эксплуатации.
средства

28. Особенности конструкции и разработки ПО встроенных и киберфизических систем

Особенности конструкции проистекают из условий
эксплуатации.
Как правило необходимы следующие виды защиты:
Защита от влаги
Защита от пыли
Защита от вибрации
Защита от резких перепадов температур
Защита от холода и жары
Защита от вакуума
Защита от электромагнитных помех
Защита от космических излучений

29.

30. Отличия от систем общего назначения

- Нет интерфейса пользователя или он сильно
упрощен
- Мало вычислительных ресурсов
- Повышенные требования к энергопотреблению
- Повышенные требования по защите от
окружающей среды
- Повышенные требования к габаритным
размерам и весу

31. Специфика системы ввода/вывода

Основная задача ВсС и КФС - управление.
Если компьютер общего назначения или
ноутбук
предназначен
для
решения
широкого спектра задач, то ВсС и КФС
должны управлять какими либо устройствами
и снимать показания каких либо датчиков.

32. Специфика ВсС с позиции программиста

- Мало ресурсов (мало ОЗУ и низкая производительность CPU).
- Нужно очень сильно заботиться о надежности работы программы.
- Окружающая среда и аппаратура сильно влияют на вашу программу.
- Нужно писать программы, которые связаны с временными
ограничениями.
- Для того чтобы написать хорошую программу мало изучить язык,
библиотеки и компилятор, нужно досконально разбираться в железе и
объекте управления.
- Параллелизм, потоки, прерывания, критические секции, семафоры - без
этого никак.
- Программы должны работать полностью предсказуемо, не должны виснуть
и зацикливаться.
- Программируем и запускаем программы на разных машинах. Отладка это
непросто.
- Основные языки программирования (на момент записи этой лекции) С/С++.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

• Спасибо за внимание
Дворникова Т.Н.