Giáo trình Hệ thống nhúng

Hiện nay hệ thống nhúng đã và đang từng bước phát triển ở Việt nam, nó thay cho các hệ thống vi xử lý trước đây. Hệ thống nhúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử, máy tính và viễn thông như các hệ thống điện thoại, các máy đo, các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, thương mại và ngân hàng. Tuy nhiên vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể về hệ thống nhúng....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hệ thống nhúng PHẦN 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 Hệ thống nhúng ( Embedded System) - Hiện nay hệ thống nhúng đã và đang từng bước phát triển ở Việt nam, nó thay cho các hệ thống vi xử lý trước đây. Hệ thống nhúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử, máy tính và viễn thông như các hệ thống điện thoại, các máy đo, các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, thương mại và ngân hàng. Tuy nhiên vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể về hệ thống nhúng. Thông qua quá trình vận hành, xây dựng và phát triển hệ thống nhúng chúng ta có thể hiểu hệ thống nhúng như sau: o Hệ thống nhúng là một ứng dụng bao gồm ít nhất một thiết bị lập trình được như vi xử lý, vi điều khiển hay các vi mạch xử lý sô. Nó là một hệ thống dựa trên vi xử lý để thực hiện một chức năng hay một dãy chức năng cụ thể nào đó. o Hệ thống nhúng là một ứng dụng được tích hợp cả phần cứng và phần mềm nhằm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong lĩnh vực công nghiệp, y tế, quân sự.. o Một máy tính PC là một thiết bị có nhiều chức năng và người sử dụng có thể thay đổi các chức năng thông qua việc thêm, xóa phần mềm ứng ụng, trong khi đó hệ thống nhúng được thiết kế để phục vụ một số chức năng cụ thể, xác định. Chính vì thế hệ thống nhúng được các nhà phát triển tối ưu hóa nó nhằm giảm thiểu kích thướt và chi phí sàn xuất. o Các thiết bị cầm tay PDA cũng có đặc điểm giống hệ thống nhúng nhưng chúng không phải là hệ thống nhúng vì chúng có nhiều chức năng. o Để thay đổi chức năng của hệ thống nhúng thông thường người ta dựa và các công cụ phát triển và công việc này do các chuyên gia phát triển hệ thống nhúng thực thiện. Quá trình xây dựng lại chức năng hệ thống nhúng giống như quá trình thay đổi chức năng hệ điều hành, thông thường người ta thay đổi, sữa chửa, thêm, xóa các trình điều khiển, hoạt động của hệ thống sau đó tiến hành biên dịch lại cho hệ thống nhúng. o o o Một hệ thống nhúng thông thường có các thành phần sau  Vi xử lý: thông thường là các vi xử lý 32 bit, các vi xử lý đóng vai trò bộ xử lý trung tâm trong hệ thống nhúng, ngày nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử, nhiều hảng sản xuất vi xử lý cho ra đời các chip vi xử lý 32 bit với nhiều tính năng tích hợp phục vụ trong hệ thống nhúng như Renesas với các chip họ SH, AMCC với PowerPC, Cirrus Logic với ARM7, ARM9, Atmel, …..  Bộ nhớ : bao gồm bộ nhớ RAM, EEPROM hay Flash  Các ngoại vi bao gồm các giao tiếp IO như USB, Ethernet, PCI… o Phần mềm trong hệ thống nhúng:  Phần mềm là chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống nhúng, trong một số hệ thống nhúng phần mềm còn được gọi là hệ điều hành nhúng. Nó giống như một hệ điều hành chạy trên máy tính nhưng chúng được các nhà phát triển tối ưu sao cho có thể vận hành hiệu quả trên hệ thống có bộ nhớ và tốc độ xử lý giới hạn.  Một số hệ điều hành chạy trên hệ thống nhúng là Linux, QNX, Windows CE…  Phần mềm hệ thống nhúng cơ bản gồm các phần sau • Bootloader, uboot, redboot • Kernel • File system 2 Hệ thống thời gian thực (Real-time operating system_ RTOS). Trong các bài toán điều khiển chúng ta hay bắt gặp các thuật ngữ “ Thời gian thực “ Thời gian thực không phải là thời gian phản ánh một cách trung thực chính xác thời gian hay đòi hỏi thời gian hệ thống phải trùng với thời gian thực tế. Hệ thống thời gian thực được hiểu là các họat động của hệ thống phải thỏa mãn về tính tiền định. Tính tiền định là hành vi của hệ thống phải được thực hiện đúng trong một khung thời gian cho trước hoàn toàn xác định, khung thời gian này được quyết định bởi đặc điểm và yêu cầu của hệ thống. Thực tế thấy rằng hầu hết các hệ thống nhúng là các hệ thống thời gian thực và ngược lại hầu hết các hệ thống thời gian thực là các hệ thống nhúng. 3 Đặc điểm của hệ thống nhúng Hệ thống nhúng có một số đặc điểm sao: - Độ tin cậy cao - Khả năng bảo trì và nâng cấp - Hiệu quả về thời gian thực hiện - Kích thướt, khối lượng nhỏ 4 Các khái niệm sử dụng trong hệ thống nhúng 4.1 Quá trình khởi động hệ thống - Image thực thi chương trình được biên dịch cho hệ thống nhúng có thể được truyền từ công cụ phát triển hệ thống nhúng (Host) vào hệ thống nhúng ( Target ) quá trình này được gọi là “ Loading the Image” - Image có thể được load và hệ thống nhúng thông qua các cách như sau: o Load Image vào bộ nhơ EEPROM hay Flash o Download Image trực tiếp lên bộ nhơ SRAM của hệ thống nhúng thông qua cổng nối tiếp RS232 hay cổng mạng ( ethernet ) quá trình này đòi hỏi một số trình ứng dụng chạy trên Host và Target như Embedded Monitor, Embedded Loader, Target debug.. o Download Image thông qua JTAG Hệ thống nhúng cơ bản - Embedded Loader: là một chương trình được nạp vào hệ thống nhúng đầu tiên, Embedded loader được hiểu giống như BIOS của máy tính. Embedded loader chiếm dung lượng nhỏ nên thông thường được nạp vào ROM, trên các hệ thống vi xử lý nhỏ, Loader được nạp vào một vùng riêng trên vi xử lý. Chương trình Embedded loader có nhiệm vụ kết nối với Host trong quá trình truyền file ảnh (Image ) xuống hệ thống nhún ...