Einführung Heute lernen Sie im Kurs „Einführung in eingebettete Systeme“, was ein Mikrosystem ist und welche Regeln es definieren. Sommaire masquer 1 Einführung 1.1 Was ist ein eingebettetes System? 2 Die 7 Prinzipien eines Mikrosystems 3 Die Leistung eines Herzens Was ist ein eingebettetes System? Dies ist eine grundlegende Frage, die Sie sich stellen müssen, um zum Kern der Sache vorzudringen. Ein eingebettetes System ist definiert als ein autonomes elektronisches und Computersystem, das auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert ist. Das ist der ganze Unterschied zu einem Computer, der nicht für eine bestimmte Aufgabe vorgesehen ist, sondern multifunktional ist und den meisten Menschen von Nutzen sein kann. Ein Computer ist daher kein eingebettetes System. In Kursen zu eingebetteten Systemen sprechen wir oft von „System on Chip“ oder SOC, was auf Englisch System auf einem Chip bedeutet. Es gibt viele englische Begriffe im Bereich eingebetteter Systeme, aber für jeden Begriff wird eine französische Übersetzung bereitgestellt. In diesem Kurs verwenden wir den Begriff Mikrosystem, um über System On Chip zu sprechen. Ein Mikrosystem besteht aus einem Prozessor, einem Speicher und einer Peripherie. Die 7 Prinzipien eines Mikrosystems Hier sind die 7 Prinzipien zur Charakterisierung eines Mikrosystems:1. Ein eingebettetes Mikrosystem bedeutet, dass es verborgen ist. Tatsächlich verfügen alle elektronischen Alltagsgegenstände über integrierte Elektronik: Toaster, elektrische Heizgeräte, Mikrowellen, und doch ist bei keinem dieser Gegenstände die elektronische Karte von außen sichtbar.2. Er kann nur eine Aufgabe erledigen. Ein Toaster kann beispielsweise nur Kaffee zubereiten.3. Es muss notwendig und ausreichend sein. Das bedeutet, dass sein elektronischer Chip nicht zu groß sein darf, um die Kosten nicht zu erhöhen. Das beste Mikrosystem ist eines, das funktioniert und nicht viel kostet.4. Ein Mikrosystem muss wenig verbrauchen. Tatsächlich möchten wir nicht, dass die Elektronik den größten Energieverbrauch verursacht, wie beispielsweise bei einer Fernbedienung.5. Es muss sehr klein sein. Wir möchten nicht, dass die elektronische Karte beispielsweise die Größe unseres Toasters verdoppelt.6. Es muss einer anspruchsvollen Umgebung standhalten. Tatsächlich kann die elektronische Karte manchmal im Sommer und im Winter verwendet werden und muss daher sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen standhalten. Darüber hinaus müssen diese Mikrosysteme die Temperaturen des Marktes einhalten, auf dem sie verkauft werden: Handelsmarkttemperatur: [0°C; 85°C]IndustrielleMarkttemperatur: [-20°C; 125°C]Weltraummarkttemperatur: [-40°C; 150°C] 7. Schließlich muss ein eingebettetes System autonom sein, das heißt, es muss ohne Benutzereingriff auf der elektronischen Karte selbst funktionieren. Die Leistung eines Herzens Wenn Sie ein Projekt durchführen, haben Sie sicherlich die Wahl zwischen mehreren Mikrosystemen. Sie müssen sie also vergleichen, um herauszufinden, welches Ihren Wünschen am besten entspricht. Aus diesem Grund geben wir Ihnen Leistungsvergleichskriterien:Die Größe des DatenbussesEs gibt mehrere Größen: 8; 16 oder 32 Bit. Je größer die Größe, desto schneller können die Daten übermittelt werden.ProzessorarchitekturProzessoren können wie Datenbusse 8, 16 und 32 Bit haben. Ein 32-Bit-Prozessor kann in der gleichen Zeit mehr Berechnungen durchführen als ein 8-Bit-Prozessor.Eingebettete CoprozessorenWie bereits erwähnt, ist ein Mikrosystem einer bestimmten Aufgabe gewidmet. Nun, es ist dasselbe wie der Prozessor, er kann beispielsweise nur Additionen durchführen. Schließlich können wir den Prozessor eine Additions- oder Subtraktionsschleife ausführen lassen, um eine Multiplikation oder Division zu emulieren. Bei größeren Multiplikationen kann die Berechnung durch den Prozessor jedoch einige Zeit in Anspruch nehmen. Aus diesem Grund fügen wir einen Coprozessor hinzu, der für eine bestimmte Aufgabe verwendet wird, insbesondere für die Multiplikation, falls wir ihn benötigen. Bevor wir Ihnen die nächsten Kriterien nennen, betrachten wir ein wichtiges Konzept für Mikrosysteme: eine Anweisung. Dies ist die Aufgabe des Mikrosystems. Beispielsweise kann ein Zusatz einer Anweisung entsprechen. Für das nächste Kriterium berechnen wir die Anzahl der Taktimpulse, die das Mikrosystem benötigt, um die angeforderte Anweisung auszuführen. Ein Befehl wird in MIPS/MHz berechnet, was die Anzahl der pro Takt und Megahertz ausgeführten Befehle bedeutet.Der ErtragDie Effizienz eines Prozessors ist die Fähigkeit des Prozessors, eine Reihe von Berechnungen in einer reduzierten Zeit pro Takt durchzuführen.Diese Leistung wird von den Herstellern dieser Prozessoren angegeben. Damit Sie es besser verstehen, nehmen wir ein Beispiel: Mikrochip:8 Bit0,25 MIPS/MHzMaximale Frequenz: 40 MHz Hier sehen wir den 8-Bit-Microship-Chip mit 0,25 MIPS/Mhz. Dies bedeutet, dass zur Ausführung einer Anweisung 4 Takte erforderlich sind.Zusätzlich wird eine maximale Frequenz angegeben. Wir werden gleich sehen, wozu es gut ist.Die maximale BetriebsfrequenzDie maximale Frequenz eines Mikrosystems ist die Frequenz, bei der der Prozessor für die jeweilige Aufgabe maximal arbeitet. Allerdings arbeitet der Prozessor nicht immer mit diesem Wert, es hängt davon ab, ob die angeforderte Aufgabe wichtig oder nicht wichtig ist. Durch die Reduzierung der Frequenz verbraucht das Mikrosystem weniger Strom.In unserem Beispiel mit dem Microchip-Chip haben wir 0,25 MIPS/MHz bei einer maximalen Frequenz von 40 MHz, was 10 Mega-Befehle pro Sekunde ergibt (0,25 * 40).Die ersten 5 Kriterien, die wir gesehen haben, betreffen die Hardware, wir werden uns nun das letzte Kriterium ansehen, das ein Softwarekriterium ist.Der CompilerIn der Elektronik werden Mikrosysteme in der Sprache C programmiert: Mit dieser Sprache können Sie eine Karte einfach steuern. Mikrosysteme verstehen jedoch nur Maschinensprache, also Assemblersprache, weshalb wir einen Compiler benötigen. Der Compiler wandelt Ihre C-Sprachanweisungen in binäre Anweisungen um, die vom Mikrosystem verstanden werden können. Der Compiler ist ein Qualitätskriterium. Tatsächlich ist ein Compiler, der 20 Zeilen Assembler generiert, effizienter als einer, der 30 Zeilen Assembler generiert. Darüber hinaus wird weniger Speicher benötigt und es fallen daher geringere Kosten an. Wir können den Compiler bitten, nach Größe zu kompilieren, also mit möglichst wenigen Assemblerzeilen, oder nach Geschwindigkeit, also dass das Programm schnell ausgeführt werden muss. Ein möglicher Kompromiss besteht darin, die Geschwindigkeit zu optimieren, ohne dabei zu viel Zeit am Fließband zu verschwenden.