組み込みシステム設計とは：設計プロセスのステップ
組み込みシステムは、他の多くの電子機器を制御するコントローラーです。これは、組み込みハードウェアとソフトウェアの組み合わせです。組み込みシステムには、マイクロプロセッサとマイクロコントローラの2種類があります。マイクロプロセッサは、フォンノイマンモデル/アーキテクチャ（プログラムとデータが同じメモリ位置にある）に基づいており、外部プロセッサと周辺機器が接続されているコンピュータシステムの重要な部分です。それはより多くの面積を占め、より多くの電力消費を持っています。マイクロプロセッサの用途はパーソナルコンピュータです。この記事では、組み込みシステムの設計に関連する手順について説明します。
組み込みシステム設計とは何ですか？
定義： より広い領域で特定の機能のためにハードウェアとソフトウェアを一緒に埋め込んで設計されたシステムは、組み込みシステム設計です。組み込みシステムの設計では、マイクロコントローラーが重要な役割を果たします。マイクロコントローラーはハーバードアーキテクチャに基づいており、組み込みシステムの重要なコンポーネントです。外部プロセッサ、内部メモリ、およびI / Oコンポーネントは、マイクロコントローラとインターフェイスします。それはより少ない面積、より少ない電力消費を占有します。マイクロコントローラーの用途はMP3、洗濯機です。
組み込みシステムの種類
- スタンドアロンの組み込みシステム
- リアルタイム組み込みシステム
- ネットワークアプライアンス
- モバイルデバイス
組み込みシステムの要素
- プロセッサ
- マイクロプロセッサ
- マイクロコントローラー
- デジタルシグナルプロセッサ。
組み込みシステム設計プロセスのステップ
組み込みシステム設計のフロー/フロー図のさまざまなステップには、次のものが含まれます。
抽象化
この段階で、システムに関連する問題が抽象化されます。
ハードウェア–ソフトウェアアーキテクチャ
設計プロセスを開始する前に知っておくべきハードウェアとソフトウェアの適切な知識。
追加機能プロパティ
実装する追加の機能は、メインの設計から完全に理解する必要があります。
システム関連の設計ファミリ
システムを設計するときは、以前のシステム関連の設計ファミリを参照する必要があります。
モジュラーデザイン
後で必要になったときに使用できるように、個別のモジュール設計を作成する必要があります。
マッピング
ソフトウェアマッピングに基づいて行われます。たとえば、データフローとプログラムフローは1つにマッピングされます。
ユーザーインターフェースデザイン
ユーザーインターフェイスの設計では、ユーザーの要件、環境分析、およびシステムの機能によって異なります。たとえば、携帯電話では、携帯電話の消費電力を削減したい場合、他のパラメータを処理して、消費電力を削減できるようにします。
洗練
ソフトウェアチームが理解できるように、すべてのコンポーネントとモジュールを適切に改良する必要があります。
アーキテクチャ記述言語は、ソフトウェア設計を記述するために使用されます。
- 階層の制御
- 構造のパーティション
- データ構造と階層
- ソフトウェア手順。
組み込みシステム設計ソフトウェア開発プロセスアクティビティ
システムが適切に機能するように設計するには、さまざまな設計指標が必要です。
| 組み込みシステムの設計指標/設計パラメータ
| 機能 |
| 消費電力 | |
| パフォーマンス | |
| 処理期限 | |
| 製造コスト | |
| エンジニアリングコスト | |
| サイズ | |
| プロトタイプ | |
| 安全性 | 電話のロックのようにシステムの安全性を確保し、エンジンの故障の安全対策などのユーザーの安全性を確保する必要があります |
| メンテナンス | システム障害を回避するために、システムの適切なメンテナンスを行う必要があります。 |
| 市場投入までの時間 |
組み込みソフトウェア開発プロセスアクティビティ
組み込みソフトウェア開発プロセスのアクティビティには、主に次のものが含まれます。
仕様
製品を使用するお客様が製品の仕様を確認し、混乱することなく使用できるように、適切な仕様を作成する必要があります。設計者は主に、ハードウェア、設計上の制約、ライフサイクル期間、結果として生じるシステムの動作などの仕様に焦点を合わせます。
アーキテクチャ
ハードウェアとソフトウェアのアーキテクチャレイヤーが指定されています。
コンポーネント
このレイヤーでは、コンポーネントの設計が行われます。シングルプロセスプロセッサ、メモリ-RAM / ROM、周辺機器、バスなどのコンポーネント。
システム統合
このレイヤーでは、すべてのコンポーネントがシステムに統合され、設計者の期待に応えているかどうかがテストされます。
組み込みシステム設計の課題
組み込みシステムを設計する際、設計者は次のような多くの課題に直面します。
- 環境への適応性
- 消費電力
- 占有面積
- パッケージ化と統合
- ハードウェアとソフトウェアの更新
- セキュリティ
- 組み込みハードウェアのテスト、検証段階、妥当性確認の保守性など、設計者が設計をテストする際に直面するさまざまな課題があります。
組み込みシステムの設計例
- 自動チョコレート自動販売機（ACVM）
- デジタルカメラ
- スマートカード
- 携帯電話
- モバイルコンピュータなど
自動チョコレート自動販売機（ACVM）
ACVMの設計機能は、子供がACVMにコインを挿入するたびに、子供にチョコレートを提供することです。
設計手順
設計手順には主に次のものが含まれます。
- 要件
- 仕様
- ハードウェアとソフトウェアが機能しています。
要件
子供がマシンにコインを挿入し、購入したい特定のチョコレートを選択したとき。
入力
- コイン、ユーザーの選択。
- コインが挿入されるたびに、各ポートで割り込みが生成されます。
- 各ポートに個別の通知が送信されます。
出力
- チョコレート
- 払い戻し
- LCDには、日付、時刻、ウェルカムメッセージなどのメッセージが表示されます。
システム機能
- グラフィカルユーザーインターフェイスを使用して、子供は子供が購入したいチョコレートをシステムにコマンドします。
- グラフィカルユーザーインターフェイスにLCD、キーパッド、タッチスクリーンがある場合。
- 挿入されたコインが選択されたチョコレートの実際のコストを超えている場合、子供がコインを挿入すると、マシンはチョコレートを配達します。 ACVMマシンは返金します。
- ユニバーサル同期バスを使用すると、ACVMの所有者はクライアントの場所を追跡できます。
設計指標
消費電力
デザインは、ディスプレイのサイズと機械部品に従って作成する必要があります。
プロセスの期限
子供がコインを挿入するたびに、ACVMがチョコレートの配達と超過分を返金する際に数秒以内に応答する必要があるように、ティマーを設定する必要があります。
たとえば、応答時間が10秒の場合、ACVMはチョコレートと子供がコインを入れてチョコレートをリクエストしたらすぐに、10秒以内に超過した場合は返金します。
仕様
以下のACVMシステムから、子供がコインを挿入したとき。コインは、提示されたポート、Port1、Port2、Port5に従って分離されます。コインを受け取ると、ポートによって割り込みが生成され、この割り込みは金額の値を読み取って増加するために送信されます。
ここにあるLCDには、コスト、時間、ようこそなどのメッセージが表示されます。チョコレートが集められる港への配達があります。
ハードウェア
ACVMハードウェアアーキテクチャには次のハードウェア仕様があります
- マイクロコントローラー8051
- 64KBのRAMと8MBのROM
- 64KBフラッシュメモリ
- キーパッド
- 機械式コインソーター
- チョコレートチャンネル
- コインチャンネル
- USBワイヤレスモデム
- 電源
ACVMのソフトウェア
多くのプログラムは、RAM / ROMで必要なときに再プログラムできるように作成する必要があります。
- チョコレートの価格を上げる
- LCDに表示されるメッセージを更新する
- マシンの機能の変更。
組み込みシステムは、特定の機能を実行するためのハードウェアとソフトウェアの組み合わせです。マイクロプロセッサとマイクロコントローラには2つのタイプがあります。組み込みシステムを設計する際には、開発者が顧客の期待に応え、時間どおりに納品できるように、特定の設計上の制約と仕様を考慮する必要があります。このコンテンツで説明されている組み込みシステム設計ACVMのアプリケーション。組み込みシステムを設計する際の環境制約の原因は何ですか？
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