Введение к встроенным системам

1.4. 
Компактность и надежность устройства 
Надежность- свойство выполнения заданной задачи объекта в 
соответствии с заданным порядком работы, условиями эксплуатации, 
технического обслуживания, ремонта, хранения и перемещения с одного 
места на другое с сохранением встроенных по времени показателей 
использования в данное время интервал [1,2]. 
Надежность - это совокупность свойств, в зависимости от функции 
объекта и условий его использования, она может состоять из таких свойств, 
как 
устойчивость, 
долговечность, 
ремонтопригодность 
и 
ремонтопригодность, или определенной части этих свойств, причем эти 
свойства также являются целесообразными. для составных частей объекта. 

---

Показатель надежности характеризуется величиной, этому объекту 
принадлежат 
определенные 
свойства 
определенного 
уровня, 
представляющие надежность. Однородные показатели надежности 
(например, технический ресурс, время изготовления) могут быть измерены и 
иметь единицу измерения, тогда как ряд других показателей не имеет 
размерности (например, вероятность безотказной работы, коэффициент 
готовности). 
Живость- способность поддерживать рабочее состояние объекта 
(частично или полностью) даже при возникновении отдельных видов 
нарушений или отказов. 
Рабочее состояние- состояние соответствия всех значений показателей 
техническим и нормативным требованиям, проектной документации, 
характеризующим возможность выполнения поставленной задачи данного 
объекта. 
Разрушение– событие отслеживания рабочего состояния объекта. 
Индикатор нарушения представляет собой набор признаков (симптомов), 
наличие которых свидетельствует о том, что нарушение произошло. 
Тип нарушений: 
 прекратить выполнение задачи (объект перестает выполнять 
основные задачи); 
 параметрическое искажение (некоторые показатели объекта 
изменяются до недопустимого уровня). 
Характер нарушения: 
 случайные, непродуманные нагрузки, повреждение материала, 
сбои в системе управления и ошибки операторов и т.п.; 
 в результате постепенного накопления отказов под влиянием 
систематических, закономерных и неизбежных событий: 
усталости, износа, старения, ржавчины и т. д. 
Основные признаки в классификации расстройств: 
 характер образования; 

---

 причина образования; 
 элиминационный характер; 
 последствия нарушения; 
 дальнейшее использование объекта; 
 легкость поиска; 
 время 
генерации. 
Характеристика нарушения: 
 внезапное нарушение - нарушение, проявляющееся в резком 
изменении показателей объекта; 
 медленное изнашивание - изнашивание, возникающее вследствие 
постепенного ухудшения качества объекта. 
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических 
повреждений элементов (деградация – мелкая фрагментация, поломка и т. д.) 
и признаков приближающегося отказа нет. Внезапный сбой характеризуется 
тем, что время возникновения произвольно, не зависит от предшествующего 
рабочего времени. 
Постепенные поломкииз-за износа деталей и материалов. Причины 
образования нарушений: 
 разрушение конструкции происходит из-за дефекта конструкции 
объекта и неправильного строительства; 
 отказ из-за производственной ошибки возникает из-за ошибок 
при подготовке объекта из-за отклонений от нормы технологии 
или недостаточной отработки технологии; 
 нарушение в использовании возникает при несоблюдении правил 
использования. 
Поведение при устранении неполадок: 
 стойкое расстройство; 
 постепенное расстройство (возникает/исчезает). Следствием 
нарушения является незначительное нарушение (легко 

---

устранимое); 
 вторичный отказ не вызывает выхода из строя взаимосвязанных 
устройств (вторичный отказ); 
 тяжелые 
нарушения 
являются 
вторичнымипричинение 
беспокойства 
или представляет 
угрозу для жизни и здоровья человека. 
В зависимости от последующего использования объекта нарушения 
подразделяются на: 
 тотальные нарушения, пока эти нарушения не будут устранены, 
нет возможности эксплуатации объекта; 
 частичная разбивка, в этом случае объект можно использовать 
частично. 
По легкости выявления нарушений различают видимые (очевидные) и 
скрытые (очевидные) нарушения. 
По времени возникновения нарушений они бывают следующими: 
 обесценение в период корректировки, т.е. обесценение, 
возникающее в начале периода использования; 
 неисправности, возникающие при обычном использовании; 
 ухудшение износа, то есть возникновение необратимых 
повреждений в результате износа материалов и деталей. 
Тип неисправности, наиболее часто встречающийся в устройствах: 
 невыполнение своей функции (полная поломка) – прекращение 
выполнения объектом своих основных функций (например, сгорание 
транзисторов); 
 параметрические возмущения – изменение показателей объекта до 
недопустимого уровня (например, изменение напряжения источника); 
 случайный отказ - структурный отказ может произойти из-за ошибки 
проектирования, отказа источника, отказа сырья или износа из-за 
чрезмерного использования. 
По сравнению с встроенными системами, вопрос энергопотребления не 

---

является очень важным вопросом для компьютеров общего назначения. 
Например, персональный компьютер или сервер питаются от центральной 
избирательной сети и не накладывают серьезных ограничений на 
энергопотребление. Кроме того, объем корпуса персонального компьютера 
достаточно велик для установки устройства принудительного охлаждения. 
Системы, устанавливаемые в отличие от компьютеров общего назначения 
им приходится работать в условиях, когда потребление энергии сильно 
ограничено, так как количество встроенных систем с автономными 
источниками энергии постоянно увеличивается. Кроме того, пользователи 
требуют, чтобы системы были компактными (например, мобильные 
телефоны, 
тонометр, 
электронные 
часы). 
Для 
ограничения 
энергопотребления используются различные решения: снижение тактовой 
частоты микросхемы, снижение временного энергопотребления. 
Большинство современных устанавливаемых систем необходимо 
размещать в достаточно компактных устройствах, таких как мобильные 
телефоны, пульты управления телевизором, датчики энергопотребления. В 
большинстве случаев геометрия печатных плат устанавливаемых систем 
зависит от размеров корпуса устройства, в котором предполагается его 
размещение. Минимизация производительности — одна из задач 
проектирования и производства современных встраиваемых систем. 
Еще одним важным вопросом является возможность тестирования 
готового продукта как в процессе проектирования, так и в процессе 
производства. Большинство встроенных систем должны иметь встроенные 
программы тестирования, чтобы убедиться, что программы управления 
работают точно, быстро и с высокой степенью надежности. 
Решение проблем взаимодействия объектов, управляемых человеком, 
является очень важным вопросом для разработчиков встраиваемых систем. 
При проектировании необходимо уделить серьезное внимание выбору типа 
датчиков, конструктивной реализации самого устройства, аппаратному 
решению электронных блоков и, наконец, алгоритмам обработки. 
Встроенная система должна взаимодействовать с пользователем или 
средой. Устройства управления движением должны обнаруживать и 

---

обходить препятствия с помощью инфракрасных датчиков, робот должен 
обращать внимание на команды извне, бытовое обслуживание устройства 
должны изменить свой режим работы по команде от устройства управления, 
система оповещения безопасности должна связываться с датчиками 
безопасности здания, а также с устройствами управления человеком. 
Уменьшение цены. Большинство встраиваемых систем предназначены 
для управления недорогими массовыми потребительскими устройствами, 
такими как микроволновые печи, мобильные телефоны и игрушки. 
Популярность таких устройств определяется их конечной ценой, что диктует 
жесткие ограничения на дизайн и производство. Встраиваемые системы 
имеют множество возможных решений, как на этапе реализации 
(микроконтроллер или программируемая логическая матрица, заказные КИС 
и штампованные схемы интерфейса), так и на этапе выбора конкретной 
элементной базы. Поэтому дизайн для снижения ценыправильная стратегия
выбор является одной из основных проблем при проектировании 
устанавливаемых систем. 
Встроенные системы в основном основаны на программном 
обеспечении (системы с интенсивным использованием программного 
обеспечения или системы с преобладанием программного обеспечения). Это 
позволяет программно реализовать большинство функций системы. 
Программируемость и конфигурируемость существуют на всех уровнях и 
компонентах развертываемых систем и быстро развиваются. Появился даже 
термин «встроенное ПО» (Embedded Software), чтобы подчеркнуть 
особенности сегодняшнего ПО и технологии его создания. Электронные, 
оптические, механические и другие физические компоненты (элементы, 
модули, блоки) составляют элементную базу встраиваемых систем, с 
помощью которых встраиваемые системы реализуются физически. 
Сегодня в перечень таких элементов входят сложные процессорные 
микросхемы (микропроцессоры), контроллеры, ускорители, 

---

расположены системные платы счетчиков. В свою очередь, к таким 
элементам относятся программные средства (загрузчик, стеки протоколов и 
т. д.), размещенные в блоке постоянной памяти. Таким образом, даже 
понятие основы элементов традиционных вычислительных средств выходит 
за рамки описания только построения и схемотехники и часто сталкивается с 
вопросами архитектуры, системотехники и программирования.