Indledning I dag på kurset om Introduktion til Embedded Systems vil du lære at definere, hvad et mikrosystem er, og de regler, der definerer det. Sommaire masquer 1 Indledning 1.1 Hvad er et indlejret system? 2 De 7 principper for et mikrosystem 3 Udførelsen af et hjerte Hvad er et indlejret system? Dette er et grundlæggende spørgsmål at stille dig selv for at komme til sagens kerne. Et indlejret system er defineret som et selvstændigt elektronisk og computersystem, der er specialiseret i en specifik opgave. Dette er hele forskellen med en computer, der ikke er dedikeret til en specifik opgave, men er temmelig multifunktionel for at være nyttig for de fleste mennesker. En computer er derfor ikke et indlejret system. I embedded systems kurser taler vi ofte om “System on Chip” eller SOC, som betyder system på en chip på engelsk.Der er mange engelske termer i indlejrede systemer, men en fransk oversættelse vil blive givet for hvert udtryk. På dette kursus vil vi bruge termen mikrosystem til at tale om System On Chip. Et mikrosystem er sammensat af en processor, hukommelse og en perifer enhed. De 7 principper for et mikrosystem Her er de 7 principper for karakterisering af et mikrosystem:1. Et indlejret mikrosystem betyder, at det er skjult. Faktisk har alle almindelige elektroniske genstande indbygget elektronik: brødristere, elektriske varmeovne, mikrobølger, og alligevel i ingen af disse genstande vil du se det elektroniske kort udefra.2. Han kan kun udføre én opgave. For eksempel kan en brødrister kun lave kaffe.3. Det skal være nødvendigt og tilstrækkeligt. Det betyder, at dens elektroniske chip ikke må være overdimensioneret for ikke at øge omkostningerne. Det bedste mikrosystem er et, der virker og ikke koster meget.4. Et mikrosystem skal forbruge lidt. Vi ønsker faktisk ikke, at elektronik skal være det primære energiforbrug, som for eksempel i en fjernbetjening.5. Det skal være meget lille. Vi ønsker ikke, at det elektroniske kort skal fordoble størrelsen af vores brødrister, for eksempel.6. Det skal være robust over for et krævende miljø. Faktisk kan det elektroniske kort nogle gange bruges sommer og vinter og skal derfor tåle meget høje eller meget lave temperaturer. Derudover skal disse mikrosystemer respektere temperaturerne for det marked, de vil blive solgt til: Kommerciel markedstemperatur: [0°C; 85°C]Industrielt markedstemperatur: [-20°C; 125°C]Rummarkedstemperatur: [-40°C; 150°C] 7. Endelig skal et indlejret system være autonomt, det vil sige, at det skal fungere uden brugerindblanding på selve det elektroniske kort. Udførelsen af et hjerte Hvis du laver et projekt, vil du helt sikkert have valget mellem flere mikrosystemer. Så du bliver nødt til at sammenligne dem for at vide, hvilken der passer bedst til det, du ønsker. Det er derfor, vi vil give dig præstationssammenligningskriterier:Databussens størrelseDer er flere størrelser: 8; 16 eller 32 bit. Jo større størrelse, jo hurtigere kan dataene kommunikeres.Processor arkitekturLigesom databusser kan processorer være 8, 16 og 32 bit. En 32-bit processor vil være i stand til at lave flere beregninger end en 8-bit på samme tid.Indlejrede coprocessorerSom tidligere set er et mikrosystem dedikeret til en specifik opgave. Nå, det er det samme som processoren, det vil kun være i stand til at lave tilføjelser for eksempel. Endelig kan vi få processoren til at lave en additions- eller subtraktionsløkke for at efterligne multiplikation eller division. For større multiplikationer kan processoren dog tage tid at beregne. Det er derfor, vi tilføjer en coprocessor, som vil blive brugt til en specifik opgave, især multiplikation, hvis vi har brug for det. Inden vi giver dig de næste kriterier, vil vi se på et vigtigt koncept for mikrosystemer: en instruktion. Dette er, hvad mikrosystemet bliver bedt om at gøre. For eksempel kan en tilføjelse svare til en instruktion. For de næste kriterier vil vi beregne antallet af clock-ticks, som mikrosystemet tager for at udføre den anmodede instruktion. En instruktion beregnes i MIPS/MHz, hvilket betyder antallet af instruktioner, der udføres pr. clock-tick og Mega Hertz.UdbyttetEffektiviteten af en processor er processorens evne til at udføre en række beregninger på en reduceret tid for et urtick.Denne ydeevne er givet af producenterne af disse processorer. Så vi tager et eksempel, så du bedre kan forstå: Microchip:8 bit0,25 MIPS/MhzMaksimal frekvens: 40 MHz Her kan vi se 8-bit Microchip-chippen på 0,25 MIPS/Mhz. Det betyder, at det vil tage 4 urtikker at udføre en instruktion.Derudover er en maksimal frekvens angivet. Vi vil med det samme se, hvad dens brug er.Den maksimale driftsfrekvensDen maksimale frekvens for et mikrosystem er den frekvens, hvor processoren arbejder på sit maksimum for den givne opgave. Processoren fungerer dog ikke altid ved denne værdi, det afhænger af, om den ønskede opgave er signifikant eller ikke signifikant. Reduktion af frekvensen vil give mikrosystemet mulighed for at forbruge mindre strøm.Tager vi vores eksempel med Microchip-chippen, har vi 0,25 MIPS/MHz for en maksimal frekvens på 40 MHz, hvilket giver 10 Mega instruktioner i sekundet (0,25 * 40)De første 5 kriterier som vi så vedrører hardwaren, vi vil nu se det sidste kriterium som er et softwarekriterium.KompilerenI elektronik er mikrosystemer programmeret i C-sprog: det er et sprog, som giver dig mulighed for nemt at styre et kort. Mikrosystemer forstår dog kun maskinsprog, altså assemblersprog, hvorfor vi har brug for en compiler. Compileren vil omdanne dine C-sprog instruktioner til binære instruktioner, som kan forstås af mikrosystemet. Compileren er et kvalitetskriterium, faktisk hvis compileren genererer 20 samlingslinjer, er den mere effektiv end en der genererer 30 samlingslinjer. Derudover vil det kræve mindre hukommelse og derfor en lavere pris.Vi kan bede compileren om at kompilere efter størrelse, det vil sige færrest mulige samlingslinjer, eller efter hastighed, det vil sige at programmet skal køre hurtigt.Et muligt kompromis er at optimere hastigheden og samtidig ikke fylde for meget samlebånd.