Введение к встроенным системам

1.2. 
Типы и показатели встроенных систем 
В ходе развития вычислительных средств и благодаря дальнейшему 
сокращению элементной базы и в результате слияния с управляемым 
объектом появились системы, известные как Cyber Physical Sysrem (CPS). 
Системы CPS характеризуются глубокой интеграцией с механическими, 

---

оптическими, химическими и биологическими системами. Итак, в 
зависимости от степени погруженности компьютерных систем в 
управляемый объект их можно разделить на следующие: 
 Системы управления информацией (АБТ). 
 Распределенные системы управления информацией (TABT). 
 Встроенные системы (O'T, Embedded Sysrem, ES). 
 Сетевые встраиваемые системы (TO'T, Networked Embedded System, ES). 
 Киберфизические системы (КТ, Cyber Physical System, CPS). 
В результате последних разработок в области вычислительной техники 
значение термина «встраиваемая система» значительно изменилось. С 
развитием технологий произошла эволюция определения класса 
управляющей компьютерной системы: от системы управления информацией 
к встроенной системе, от встроенной системы к сетевой встроенной системе, 
от сетевой встроенной системы к киберфизической системе. В процессе 
разработки управляемый компьютером объект постепенно стал сливаться. 
Если первые информационно-управляющие системы имели вид системы, не 
связанной с объектом управления с практической точки зрения, то 
современные киберфизические системы глубоко встроены (интегрированы) в 
управляемый объект. 
Киберфизические системы Киберфизическая система (КФС) — 
специализированная вычислительная система, выполняющая единую задачу 
и имеющая средства физической связи (электрической, химической, 
оптической, механической, биологической и др.) с управляемым и 
контролируемый. В качестве вычислительной платформы для реализации 
киберфизических систем можно использовать произвольные компьютерные 
средства (например, персональный компьютер). 
Существуют различные толкования термина «встраиваемая система», 
некоторые из них приведены [9]: 
Встроенные вычислительные системы (ВВС) — это специальные 
(заказные) вычислительные системы, находящиеся в непосредственной связи 

---

с объектом управления или управления и образующие с ним единую 
структуру. 
Встроенная вычислительная система — это специальная система 
управления информацией (ИСУ), предназначенная для выполнения 
определенного набора задач. 
Любая вычислительная система, не являющаяся персональным 
компьютером, миникомпьютером или большим компьютером общего 
назначения, может называться встроенной вычислительной системой. 
Встроенная вычислительная система — это система, которая содержит 
программируемый компьютер внутри устройства, но этот компьютер не 
должен быть предназначен для общего использования. 
Встроенная вычислительная система - может быть практически любой 
вычислительной системой, но это не должен быть настольный компьютер. 
Встроенная вычислительная система — это система, предназначенная 
для решения конкретных задач, причем вычислительный элемент должен 
быть полностью встроен в управляемый им объект. Встроенные системы 
выполняют одну или несколько предопределенных задач, обычно с очень 
специфическими требованиями, в отличие от компьютеров общего 
назначения. В техническом смысле встроенные системы взаимодействуют с 
окружающей средой для выполнения задач управления и контроля, а также 
выполняют ряд требований по своевременному и качественному 
осуществлению внимания. Обычно они отвечают следующим требованиям: 
цена, энергопотребление и использование ограниченных ресурсов. В идеале 
встроенная система должна поддерживать связь с окружающей средой на 
протяжении всего срока службы объекта. 
Как правило, встроенная система является частью гораздо большей 
системы или устанавливается непосредственно в управляемом объекте. 
Встроенная система 
– это система, «глубоко интегрированная» с объектом физического мира [9]. 
Их элементы всегда ограничены в ресурсах с практической точки зрения. Эти 
системы имеют длительный жизненный цикл и часто являются отдельными 
(автономными). Размер и сложность этих систем сильно различаются. 

---

Инсталляционные системы предназначены для пользователей, не 
являющихся экспертами в своей области. Кроме того, они часто выполняют 
очень важные задачи. 
Встроенные вычислительные системы можно разделить на типы по 
следующим характеристикам: 
 по области использования; 
 по разным пропорциям информационно-управляющих функций, то 
есть система является скорее информационной системой (система 
подгонки данных) или системой управления (автоматизированная 
система управления); 
 о локализации аппаратных единиц по территории: 
- локализован по всей территории; 
- распространены по всему региону. 
 считать(обработка данных) и связь (функция ввода-вывода 
информации) по соотношению организаторов; 
 по степени участия человека: 
- автоматическая система- этопредставляет собой систему, в 
которой оператор отвечает за первоначальную настройку и быструю 
корректировку показателей, а также за встроение рабочих процедур 
системы. Задачи сбора информации, передачи и выполнения команд 
управления, быстрого выбора команд управления выполняются без 
участия человека; 
- автоматизированная система- это система частичной или полной 
оперативной обработки информации и создания оператором команд 
управления 
исполнительными 
устройствами 
(например, 
телеуправление). 
 по 
организации 
информации/расчетов 
(централизованная/распределенная); 
 от 
степени распараллеливания задач и задач между 
физическими/логическими модулями системы. 

---

Особенностью работы встроенных систем является необходимость 
работы в режиме реального времени. 
В настоящее время такие компании, как Intel, Microchip, Hitachi, NEC, 
Atmel, Texas Instruments среди производителей полупроводниковых 
компонентов выпускают семейство микроконтроллеров различной 
сложности. Относительно простые микроконтроллеры находят свое 
применение в бытовой технике и игрушках. Более сложная высокая 
производительность 
микроконтроллеры используются в управлении самолетами и военной 
технике. 
Области использования встраиваемых систем на самом деле довольно 
обширны. Они варьируются от таймеров, используемых в домашних 
условиях, до сложных распределенных древовидных систем, управляющих 
важными объектами, расположенными на очень сложных больших 
территориях. 
 Телекоммуникационные системы, сетевые устройства (коммутаторы, 
маршрутизаторы, ADSL-модемы и т.п.); 
 Бытовая электроника (мобильные телефоны, цифровые
камеры,цифровые фотоаппараты, стиральные и посудомоечные 
машины и др.); 
 Современные медицинские и спортивные приборы; 
 Автоматизация транспорта (от автомобильных до авиационных систем, 
системы управления городским движением и др.); 
 Системы телемеханики (система управления наружным освещением, 
учет и контроль электроэнергии и других энергоресурсов, мониторинг 
энергообъектов); 
 Бортовые системы, системы наблюдения для военной и космической 
промышленности; 
 «Умный дом» («Умное здание») на основе технологии сенсорных 
сетей. 
Важно отметить, что вне зависимости от степени доступности готовых 

---

решений для проектирования встраиваемых вычислительных систем и 
соотношения создания новых всегда создается заказная вычислительная 
система. В сферу его анализа входят все этапы организации системы. Он не 
занимается вопросом создания приложения к готовой операционной системе 
при наличии мощных и удобных инструментальных средств, а работает над 
созданием новой кастомизированной системы установки при жестких 
ограничениях различных аспектов. 
Несомненно, часть проблем в области создания встроенных 
вычислительных систем (ЭЦП) решается с помощью шаблонов, особенно 
если разработка готовых систем или когда дело доходит до модификации. Но 
даже в этом случае необходимо использовать качественную вычислительную 
платформу, использовать мощные специализированные инструменты и 
тестировать продукт. Если по тем или иным причинам вопрос создания ОКТ 
не соответствует типовым решениям, необходимо постоянно развивать 
методы и средства проектирования. 
На рис. 1.1 показаны основные области применения встраиваемых 
систем. 
Промышленность 
Транспорт 
Военная техника 
Космос 
Системы установки
Медицинска
я техника 
офисная техника 
Устройства 
связи 
Бытовая 
техника 
Рисунок 1.1. Области применения встраиваемых систем