bg he thong nhung chuong 1

57
Hthng nhúng www.ptit.edu.vn Trang 1 HC VIN CÔNG NGH BƯU CHÍNH VIN THÔNG BÀI GING MÔN HTHNG NHÚNG Ging vi ên: TS. Nguyn Ngc Minh  Đin thoi/E-mail: 84-4- 3351 9391 Bmôn: KT  ĐT-Khoa KT  ĐT Hc k /Năm biên son: K1/2011

Upload: do-toan

Post on 09-Jan-2016

33 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

zxcxb

TRANSCRIPT

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 1/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG MÔN

HỆ THỐNG NHÚNG

Giảng viên: TS. Nguyễn Ngọc Minh

 Điện thoại/E-mail: 84-4- 3351 9391

Bộ môn: KT ĐT-Khoa KT ĐT

Học kỳ /Năm biên soạn: Kỳ 1/2011

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 2/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 2

Giới thiệu môn học

• Tên môn học: HỆ THỐNG NHÚNG• Số đvht: 4

• Phân bố thời gian:

 – Giảng lý thuyết : 54 tiết

 – Kiểm tra : 1 tiết – Thực hành, thực tập : 4 tiết+ 2 tiết BT lớn

 – Tự học : 80 giờ

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 3/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 3

Kiến thức môn học

• Các khái niệm về hệ thống nhúng

• Các thành phần cùa hệ thống nhúng

• Hệ điều hành thời gian thực

• Các bước thiết kế, phát triển, cài đặt hệ

thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 4/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 4

Kỹ năng

• Sử dụng được một số công cụ trong việc

phát triển hệ thống nhúng.

• Thiết lập cấu hình, cài đặt điều hành thờigian thực v à hệ thống nhúng

• Phát triển được một số phần mềm nhúngcăn bản.

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 5/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 5

Các công cụ

• Keil C (cho VXL ARM)

• ARM development kit.

• Linux

• GNU gcc

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 6/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 6

Tr ọng số các loại  đ i ểm ki ểm tra:

• Chuyên cần: 10%

• Kiểm tra: 10%

• Thí nghiệm: 20%

• Thi kết thúc :60%

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 7/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 7

Tóm tắt nội dung

• Chương 1 - Giới thiệu chung về hệ thốngnhúng

• Chương 2– Các thành phần hệ thốngnhúng

• Chương 3 - Hệ điều hành thời gian thực

dùng cho các hệ thống nhúng• Chương 4: Thiết kế và cài   đặt các hệ

thống nhúng• Chương 5 – Phát triển hệ thống nhúng

dựa trên các hệ vi xử lý nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 8/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 8

Tài liệu tham khảo

• [1]. Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide forEngineers and Programmers, Tammy Noergaard, Newnes, 2005.

• [2]. Embedded Systems Design, Steve Heath,,Second Edition,Newnes, 2002 .

• [3]. Embedded Systems- Architecture, Programming and Design,Raj Kamal, McGraw Hill, 2003

• [4]. Embedded Microcomputer Systems: Real Time Interfacing, 2ndEdition, ISBN 0534551629, Thomson 2006, by J. W. Valvano.

• [5]. Embedded System Design: A unified Hardware/Software

Introduction, Vahid/Givargis, John Wiley & Sons INC, 2002.• [6].Co-Synthesis of Hardware and Software for Digital Embedded

Systems, G.D. Micheli, Illinois University at Urbana Champaign,2000

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 9/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 9

Chương 1

• Chương 1 - Giới thiệu chung về hệthống nhúng

 – Khái niệm về hệ thống nhúng – Lịch sử phát triển của hệ thống nhúng

 – Đặc điểm của hệ thống nhúng

 – Kiến trúc điển hình của hệ thống nhúng – Phân loại các hệ thống nhúng

 – Phạm vi ứng dụng của hệ thống nhúng

 – Những yêu cầu cho việc phát triển một hệthống nhúng

ề ố

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 10/57Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 10

Khái niệm về hệ thống nhúng

• Hệ thống nhúng (Embedded system) làmột thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khảnăng tự tr ị được nhúng vào trong một môitr ường hay một hệ thống mẹ.

• Các hệ thống tích hợp cả phần cứng và

phần mềm phục vụ các bài toán chuyêndụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp:điện tử, viễn thông, công nghệ thông tin,

tự động hoá điều khiển, quan tr ắc vàtruyền tin

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 11/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 11

• Hệ thống nhúng thường được thiết kế đểthực hiện một chức năng chuyên biệt nào

đó.• Một hệ thống nhúng chỉ thực hiện một

hoặc một vài chức năng nhất định

• Thường đi kèm với những yêu cầu cụ thểvà bao gồm một số thiết bị máy móc và

phần cứng chuyên dụng.

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 12/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 12

• Thường được tối ưu hóa nó nhằm giảmthiểu kích thước và chi phí sản xuất.

• Các hệ thống nhúng thường được sảnxuất hàng loạt với số lượng lớn.

• Rất đa dạng, phong phú về chủng loại.

• Về độ phức tạp:

 – có thể r ất đơn giản với một vi điều khiển

 – Có thể r ất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiếtbị ngoại vi và mạng lưới được nằm gọn trongmột lớp vỏ máy lớn

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 13/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 13

• Chú ý:

 – Các thiết bị PDA hoặc máy tính cầm tay cũng

có một số đặc điểm tương tự với hệ thốngnhúng như các hệ điều hành hoặc vi xử lý

điều khiển

 – chúng là các thiết bị đa năng, cho phép sửdụng nhiều ứng dụng và kết nối đến nhiều

thiết bị ngoại vi

 – Chúng không phải l à hệ thống nhúng.

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 14/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 14

• Có nhiều khái niệm khác nhau

• Khái niệm ngắn gọn:

 – là hệ thống thực hiện một số chức năng đặcbiệt c ó sử dụng vi xử lý

• Không có hệ thống nhúng nào chỉ có phầnmềm.

Cá í d

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 15/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 15

Các ví dụ

• Các hệ thống điều khiển

• Các thiết bị thông tin liên lạc

• Các hệ thống cảnh báo

• Các hệ thống multimedia

• Các thiết bị gia dụng

Các ứng dụng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 16/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 16

Các ứng dụng

• Customer electronics: – Cameras

 – Camcorders

• Customer products:

 – Dish washers – Microwave ovens

• Cars:

 – Anti-lock braking 

 – Engine control – Drive-by-wire

• Planes:

 – Stability 

 – Jet engine – Fly-by-wire

• Military:

 – Weapons

 – Satellites• Industrial process controllers

• Computer/Communication products: – Peripherals

 – Fax machines

• Protection & security systems :

 – Intruder Alarm

 – Smoke/Gas detection

• Robotics

Other car embedded systems

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 17/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 17

Other car embedded systems

Robot Vacuum cleaner

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 18/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 18

Robot Vacuum cleaner 

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 19/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 19

Auto-washing machines

 The user will select the required washing program.

 A set of sensor will monitor the washing process variables such as water level,

temperature, and the rotation speed. Where the embedded controller will keep these

 values agree with the selected washing program. through out the washing time.

Lịch sử phát triển của hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 20/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 20

Lịch sử phát triển của hệ thống nhúng

• Hệ thống nhúng đầu tiên là ApolloGuidance Computer, được phát triển bởi

Charles Stark Draper tại phòng thí nghiệmcủa tr ường đại học MIT.

• 1961: máy hướng dẫn cho tên lửa quân

sự Autonetics D-17, dựng sử dụng những

bóng bán dẫn v à một đĩ a cứng để duy trì

bộ nhớ

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 21/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 21

• Từ những năm 1970, VXL phát triển mạnhmẽ, giá thành giảm.

• Cuối 1970, VXL 8 bits bắt đầu được pháttriển.

• Từ những năm 1980, VXL được tích hợp

nhiều thành phần, xuất hiện các bộ V ĐK.• Nhiều hệ thống chuyên dụng được phát

triển trên V ĐK• Từ cuối 1980, các hệ thống nhúng tr ở nên

phổ biến trong hầu hết các thiết bị điện tử

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 22/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 22

•   Đến nay: – Các VXL, V ĐK càng được tích hợp nhiều

thành phần. – Có thể xây dựng cả một hệ thống trên chip

(SOC).

Đặc điểm của hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 23/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 23

 Đặc điểm của hệ thống nhúng

• Các hệ thống nhúng được thiết kế để thựchiện một số nhiệm vụ chuyên dụng.

• Không đóng vai trò là các hệ thống máytính đa chức năng.

• Có thể đòi hỏi ràng buộc về tính hoạt độngthời gian thực để đảm bảo độ an toàn và

tính ứng dụng.

• Một số hệ thống không đòi hỏi hoặc ràng

buộc chặt chẽ

Đặc điểm của hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 24/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 24

 Đặc điểm của hệ thống nhúng

• Một hệ thống nhúng thường không phải là mộtkhối riêng biệt mà là một hệ thống phức tạp nằmtrong thiết bị mà nó điều khiển.

• Phần mềm được viết cho các hệ thống nhúngđược gọi là firmware và được lưu tr ữ trong cácchip bộ nhớ chỉ đọc (read-only memory) hoặc bộ

nhớ flash.• Phần mềm thường chạy với số tài nguyên phần

cứng hạn chế:

 – không có bàn phím, màn hình hoặc có nhưng với kíchthước nhỏ

 – bộ nhớ hạn chế.

Giao diện

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 25/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 25

Giao diện

• Các hệ thống nhúng có thể không có giaodiện

• hoặc có đầy đủ giao diện giao tiếp vớingười dùng tương tự như các hệ điều

hành trong các thiết bị để bàn.

•   Đối với các hệ thống đơn giản:

 – sử dụng nút bấm,

 –   đèn LED

 – hiển thị chữ cỡ nhỏ hoặc chỉ hiển thị số

Giao diện

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 26/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 26

Giao diện

• trong một hệ thống phức tạp hơn: – một màn hình đồ họa, cảm ứng hoặc có các

nút bấm ở lề màn hình – cho phép thực hiện các thao tác phức tạp mà

tối thiểu hóa được khoảng không gian cần sử

dụng – ý nghĩa của các nút bấm có thể thay đổi theo

màn hình và các lựa chọn

Giao diện

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 27/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 27

Giao diện

• Trong các hệ thống mới: – Có thể thông qua kết nối mạng

 – Có thể dùng giao diện web. – tránh được chi phí cho những màn hình phức

tạp

 – vẫn cung cấp khả năng hiển thị và nhập liệu

phức tạp khi cần đến, thông qua một máy tính

khác• VD: Các routers, các hệ thống điều khiển.

Kiến trúc CPU

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 28/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 28

Kiến trúc CPU

• Chia thành hai loại: – vi xử lý

 – vi điều khiển

• vi điều khiển thường có các thiết bị ngoại vi

được tích hợp trên chip

 – giảm kích thước của hệ thống• nhiều loại kiến trúc CPU được sử dụng trong

thiết kế hệ nhúng :

 – ARM, MIPS, Coldfire/68k, PowerPC, x86, PIC, 8051, Atmel AVR, Renesas H8, SH, V850, FR-V, M32R,

Z80, Z8

Kiến trúc CPU

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 29/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 29

Kiến trúc CPU

• Các hệ thống nhúng có kích thước nhỏ vàđược thiết kế để hoạt động trong môi

tr ường công nghiệp thường lựa chọnPC/104 và PC/104++

• thường sử dụng DOS, Linux, NetBSD

hoặc các hệ điều hành nhúng thời gian

thực như QNX hay VxWorks

Kiến trúc CPU

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 30/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 30

Kiến trúc CPU

• các hệ thống nhúng có kích thước r ất lớnthường sử dụng một cấu hình thông dụng

 – hệ thống on chip (System on a chip – SoC) – một bảng mạch tích hợp cho một ứng dụng

cụ thể (an application-specific integrated

circuit – ASIC).

• Sau đó nhân CPU được mua và thêm vào

như một phần của thiết kế chip

Kiến trúc CPU

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 31/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 31

ế t úc C U

• Hoặc sử dụng FPGA (field-programmablegate array) và lập trình cho nó với những

thành phần nguyên lý thiết kế bao gồm cảCPU.

Thiết bị ngoại vi

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 32/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 32

ị g ạ

• •Serial Communication Interfaces (SCI): RS-232,RS-422, RS-485...

• Synchronous Serial Communication Interface:

I2C, JTAG, SPI, SSC và ESSI

• Universal Serial Bus (USB)

• Networks: Controller Area Network, LonWorks...• Bộ định thời: PLL(s), Capture/Compare và Time

Processing Units

• Discrete IO: General Purpose Input/Output

(GPIO)

Công cụ phát triển

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 33/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 33

g ụ p

• sử dụng các trình biên dịch (compilers)

• chương trình dịch hợp ngữ (assembler)

• các công cụ gỡ r ối (debuggers).

Công cụ phát triển

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 34/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 34

g ụ p

• Bộ gỡ r ối mạch hoặc các chương trình môphỏng (emulator)

• Tiện ích để thêm các giá tr ị checksumhoặc CRC vào chương trình

 – giúp hệ thống nhúng có thể kiểm tra tính hợp

lệ của chương trình đó.

• Các trình biên dịch và trình liên kết (linker)

chuyên dụng được sử dụng để tối ưu hóamột thiết bị phần cứng.

Công cụ phát triển

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 35/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 35

g ụ p

• Một hệ thống nhúng có thể có ngôn ngữlập trình và công cụ thiết kế riêng của nó

hoặc sử dụng và cải tiến từ một ngôn ngữđã có sẵn.

• Các công cụ phần mềm có thể được tạo

ra bởi các công ty phần mềm chuyên dụng

• hoặc chuyển đổi từ các công cụ phát triển

phần mềm GNU

 Độ tin cậy

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 36/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 36

ộ ậy

• Thường được kỳ vọng là sẽ chạy hàngnăm tr ời liên tục mà không bị lỗi hoặc cóthể khôi phục hệ thống khi gặp lỗi.

• các phần mềm hệ thống nhúng được pháttriển và kiểm thử một cách cẩn thận hơn.

• các thiết bị r ời không đáng tin cậy như ổđĩa, thường bị hạn chế sử dụng

• khôi phục hệ thống khi gặp lỗi có thể đượcthực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuậtnhư watchdog timer

Một số vấn đề cụ thể về độ tin cậy

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 37/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 37

ộ ụ ộ ậy

• Hệ thống không thể ngừng để sửa chữa mộtcách an toàn

 – các hệ thống không gian, hệ thống dây cáp dưới đáy

biển, các đèn hiệu dẫn đường

 – Giải pháp là chuyển sang sử dụng các hệ thống con

dự tr ữ hoặc các phần mềm cung cấp một phần chức

năng.

• Hệ thống phải được chạy liên tục vì tính an toàn

 – các thiết bị dẫn đường máy bay, thiết bị kiểm soát độan toàn trong các nhà máy hóa chất

 – Giải pháp đưa r a l à lựa chọn backup hệ thống.

Một số vấn đề cụ thể về độ tin cậy

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 38/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 38

• Nếu hệ thống ngừng hoạt động sẽ gây tổnthất r ất nhiều tiền của

 – VD: các dịch vụ buôn bán tự động, hệ thốngchuyển tiền, hệ thống kiểm soát trong các nhà

máy

Kiến trúc điển hình của hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 39/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 39

• Kiến trúc của một hệ thống nhúng là mộtsự tr ừu tượng hóa thiết bị nhúng

 – một sự tổng quát hóa của một hệ thống – không chỉ rõ các thông tin thực thi chi tiết của

hệ thống như mã nguồn hoặc thiết kế mạch

phần cứng

• Các thành phần phần cứng và phần mềm

ở mức kiến trúc trong một hệ thống nhúngđược đại diện bởi các phần tử có tác động

lẫn nhau

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 40/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 40

• Các phần tử là đai diện của phần cứng hoặcphần mềm nhưng chi tiết đã được tr ừu tượnghóa

• chỉ có thông tin về các mối quan hệ qua lại vàcác hoạt động của chúng

• Các phần tử này có thể được tích hợp bên trongthiết bị nhúng hoặc tồn tài bên ngoài hệ thốngnhúng và tương tác với các phần tử bên trong

•   một ki ến trúc hệ thống nhúng bao g ồm các phầnt ử  c ủa hệ thống nhúng, các phần t ử  t ươ ng tác 

v ớ i một hệ thống nhúng, các tính chất c ủa mỗi  phần t ử  riêng bi ệt và mối quan hệ t ươ ng tác gi ữ a các thành phần

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 41/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 41

• Các thông tin ở mức kiến trúc được mô tảtheo dạng cấu trúc

• Một cấu trúc sẽ bao gồm tập hợp của cácphần tử, các tính chất và thông tin về các

mối quan hệ qua lại

• Một cấu trúc sẽ bao gồm tập hợp của các

phần tử, các tính chất và thông tin về các

mối quan hệ qua lại

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 42/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 42

• một kiến trúc thường là sự kết hợp củanhiều cấu trúc khác nhau

• Tất cả các cấu trúc trong một kiến trúc cómối quan hệ thừa kế qua lại với nhau.

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 43/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 43

• Một số kiểu cấu trúc như sau: – Cấu trúc theo dạng module: Theo dạng này,

các phần tử là các thành phần có chức năng

khác nhau của hệ thống

 – Cấu trúc này thường được trình bày theo

dạng• lớp (layers),

• theo các phần mềm dịch vụ cho nhân (kernel

services)

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 44/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 44

• Cấu trúc theo dạng thành phần v à kết nối: – Cấu trúc này là sự kết hợp của các thành

phần (VD phần cứng, phần mềm, CPU, ) và

các kết nối như bus phần cứng, các bản tin

của phần mềm, các process trong hệ thống

Mô hình hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 45/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 45

• mô hình hệ thống nhúngthường được trình bàynhư hình bên

• có thể thấy r ằng tất cả hệthống nhúng đều cóchung sự tương tự ởmức cao nhất

• Cụ thể, chúng đều có cáclớp:

 – phần cứng

 – phần mềm hệ thống – phần mềm ứng dụng

Kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 46/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 46

• Vòng lặp kiểm soát đơn giản – phần mềm được tổ chức thành một vòng lặp đơn

giản.

 – Vòng lặp gọi đến các chương trình con

 – mỗi chương trình con quản l ý một phần của hệ thốngphần cứng hoặc phần mềm.

• Hệ thống ngắt điều khiển

 – Các hệ thống nhúng được điểu khiển bằng các ngắt – các tác vụ của hệ thống nhúng được kích hoạt bởi

các loại sự kiện khác nhau

 – thường được sử dụng trong các hệ thống có bộ quảnlý sự kiện đơn giản, ngắn gọn v à cần độ tr ễ thấp

 – Hệ thống này thường thực hiện một tác vụ đơn giảntrong một vòng lặp chính

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 47/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 47

•   Đa nhiệm tương tác – gần giống với kỹ thuật vòng lặp kiểm soát đơn giản

 – ngoại tr ừ việc vòng lặp này được ẩn giấu thông qua

một giao diện lập trình API. –  định nghĩa một loạt các nhiệm vụ, mỗi nhiệm vụ chạy

trong một môi tr  ường riêng của nó.

 – Khi không cần thực hiện nhiệm vụ đó thì nó gọi đếncác tiến trình con tạm nghỉ . –  Ưu điểm và nhược điểm của loại kiến trúc này cũng

giống với kiểm vòng lặp kiểm soát đơn giản.

 – thêm một phần mềm mới được thực hiện dễ dànghơn bằng cách lập trình một tác vụ mới hoặc thêmvào hàng đợi thông dịch

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 48/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 48

•   Đa nhiệm ưu tiên – thường có một đoạn mã ở mức thấp thực

hiện việc chuyển đổi giữa các tác vụ khác

nhau thông qua một bộ định thời.

 – Đoạn mã này thường nằm ở mức m à hệ

thống được coi là có một hệ điều hành và vìthế cũng gặp phải tất cả những phức tạp

trong việc quản lý đa nhiệm

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 49/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 49

• Vi nhân (Microkernel) – Nhân hệ điều hành thực hiện việc cấp phát bộ

nhớ và chuyển CPU cho các luồng thực thi.

 – Còn các tiến trình người dùng sử dụng các

chức năng chính như hệ thống file, giao diện

mạng lưới• Nhân ngoại (Exokernel)

 – tiến hành giao tiếp bằng cách sử dụng các lờigọi chương trình con thông thường

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 50/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 50

• Nhân khối (monolithic kernels) – một nhân đầy đủ với các khả năng phức tạp được

chuyển đổi để phù hợp với môi tr  ường nhúng.

 –  Điều này giúp các nhà lập trình có được một môitr ường giống với hệ điều hành trong các máy để bàn

như Linux hay Microsoft Windows và vì thế r ất thuận

lợi cho việc phát triển –  đòi hỏi đáng kể các tài nguyên phần cứng làm tăng

chi phí của hệ thống.

 – Một số loại nhân khối thông dụng là Embedded Linuxvà Windows CE

1.5 Phân loại các hệ thống nhúng

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 51/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 51

• Hệ thống phân phối v à hệ thống không phânphối: – Các hệ thống không phân phối thường hoạt động

riêng biệt. – Hệ thống phân phối phối kết các thiết bị được kết nối

với nhau

• Hệ thống dữ liệu v à hệ thống điều khiển – Các hệ thống dữ liệu dùng để xử lý dữ liệu, xử lýhoặc cung cấp các dữ liệu thông tin cần thiết khi cóyêu cầu

 – Các hệ thống điều khiển dùng để điều khiển hệthống, điều khiển các quy trình trong sản xuất hoặctrong các thiết bị

1.7 Các yêu cầu về k ĩ năng thiết kế

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 52/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 52

• Tổng quan về thiết kế các hệ nhúng – Mô hình hoá hệ thống: Mô tả các khối chức

năng với các đặc tính và thuật toán xử lý.

 – Chi tiết hoá các khối chức năng

 – Phân bố chức năng cho phần cứng và mềm

(HW-SW) – Đồng bộ hoạt động của hệ thống

 – Cài đặt các chức năng thiết kế vào phần cứng(hardware) và phần mềm (software) hoặc

firm-ware.

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 53/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 53

• Cách thiết kế cổ điển: – các chức năng phần mềm (SW) và phần cứng (HW)

được xác định tr ước.

 – các bước thiết kế chi tiết được tiến hành một cáchđộc lập ở hai khối

• Hiện nay

 – Các hệ thống nhúng sử dụng đồng thời nhiều côngnghệ như vi xử lý, DSP, mạng và các chuẩn phốighép, các giao thức

 – nay đòi hỏi có khả năng thay đổi mềm dẻo hơn trong

quá trình thiết kế 2 phần HW và SW

 – quá trình thiết kế SW và HW phải phối hợp với nhauchặt chẽ

  ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG VIỆC THIẾT KẾ

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 54/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 54

Phần cứng

Phần mềm

hệ thống

Phần mềmứng dụng

Thiết bị điện tử

Linh kiện,phụ kiện điện tử

Thiết kế vi điện tử: linh kiện,IC, IP, phụ kiện

Thiết kế mạch, PCB

Thiết kế firmware:(Device Driver, OS, Middleware)

Thiết kế, phát triểnphần mềm ứng dụng

Quản lý, tích hợp,và thiết kế hệ thống

  NĂNG

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 55/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 55

Thiết kế điện tử

Thiết kế vi điện tử: linh kiện,IP, IC, phụ kiện

Thiết kế mạch, PCB

Thiết kế firmware:

(Device Driver, OS, Mirdleware)

Thiết kế, phát triểnphần mềm ứng dụng

Quản lý, tích hợp,và thiết kế hệ thống

 Yêu cầu kỹ năng

• Hiểu biết về vật lý bán dẫn, nguyên lý mạch tích hợp

tương tự, số, mạch RF và cao tần, điện tử ứng dụng …

• Thành thạo thiết kế layout, ASIC, VLSI sử dụng các công

cụ back-end EDA như:MentorGraphic, Cadence, ADS …

• Hiểu biết về mạch điện tử, phần cứng vi xử lý, vi điều khiển,

IC chức năng, FPGA, linh kiện điện tử, footprint,SMD, SMT..

• Thành thạo các công cụ thiết kế Front-end EDA như:

 Altium, ISE, Proteus, …

• Hiểu biết về hệ điều hành thời gian thực, lập trình hệ thống,

kiến trúc máy tính, hệ thống nhúng, VXL, bảo mật, network…

• Thành thạo về sử dụng các công cụ IDE, lập trình C/C++,Linux, Assembler, Embedded C, HDL (VHDL, Verilog), …

• Hiểu biết về cấu trúc dữ liệu, giải thuật, CSDL, KTLT cấu

trúc, hướng đối tượng, đồ họa, mutimedia, xử lý tín hiệu,…

• Thành thạo kỹ thuật lập trình, ngôn ngữ lập trình: C/C++,

VC++, VB, Delphi, ASP, PHP, JAVA, …

• Có kiến thức về quản lý dự án thiết kế, kiến trúc hệ thống

• Có kỹ năng làm việc theo nhóm, khả năng sáng tạo

• Kỹ thuật phân tách, tích hợp hệ thống, kiểm tra hệ thống …

KHẢ NĂNG VÀ THỜI GIAN ĐÀO TẠO

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 56/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 56

Khả năng và thời gian đào tạo

• Độ phức tạp cao nhất

• Thời gian đào tạo dài, thực hành nhiều

• Yêu cầu công nghệ cao, giá thành

công cụ thiết kế đắt

• Độ phức tạp cao

• Thơi gian đào tạo trung bình,

• Yêu cầu công nghệ trung bình, giá

thành công cụ thiết kế trung bình

• Độ chi tiết không cao, nhưng cần hiểu

kiến thức r ộng, mức độ tr ừu tượng cao

• Thời gian đào tạo nhanh• Công cụ thiết kế r ẻ, có thể miễn phí,

• Mức độ tr ừu tượng cao, độ phức tạpthấp hơn, cần sự sáng tạo.

• Thời gian đào tạo nhanh

• Công cụ thiết kế r ẻ, có thể miễn phí

• Cần kiến thức r ộng, khả năng tư duy,

sáng tạo cao.

• Hình thành qua quá trình đào tạo lâu dài

Thiết kế điện tử

Thiết kế vi điện tử: linh kiện,IP, IC, phụ kiện

Thiết kế mạch, PCB

Thiết kế firmware:

(Device Driver, OS, Mirdleware)

Thiết kế, phát triểnphần mềm ứng dụng

Quản lý, tích hợp,và thiết kế hệ thống

   M

       ứ  c       đ       ộ

   t  r       ừ  u   t     ư     ợ  n  g   t       ă

  n  g

   M

       ứ  c       đ       ộ

  p   h       ứ

  c   t     ạ  p   t       ă  n  g

7/17/2019 BG He Thong Nhung Chuong 1

http://slidepdf.com/reader/full/bg-he-thong-nhung-chuong-1 57/57

Hệ thống nhúngwww.ptit.edu.vn Trang 57

The end