Bài giảng Thiết kế hệ thống nhúng - Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhúng - Bài 1: Gới thiệu chung
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG
1
Nội Dung Môn Học
• Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhúng
• Chương 2: Cấu trúc phần cứng hệ thống nhúng
- Bộ xử lý chức năng đơn chuyên dụng
- Bộ xử lý chức năng đơn tiêu chuẩn – ngoại vi
- Bộ nhớ
- Giao diện
- Công nghệ IC
• Chương 3: Lập trình hệ thống nhúng
• Chương 4: Kỹ thuật lập trình nhúng
• Chương 5: Hệ điều hành thời gian thực
• Chương 6:
- Ví dụ về hệ thống nhúng
- Các hệ thống điều khiển
- Công nghệ thiết kế
2
Tài Liệu Tham Khảo
– Slide “Embedded Systems Design”;Truong Quang Vinh, Ph.D. ĐHBK
TP.HCM
– Embedded Systems Design: A unifined hardware/software
introduction – Vahid/Givargis, 1999.
– Designs, 2005.
– Programming Embedded Systems in C and C++ - Michael
Barr, 1999.
– Verilog HDL: A guide to digital design and synthesis –
Sarmir
3
CHƢƠNG 1 – BÀI 1
GIỚI THIỆU CHUNG
4
Tổng Quan
• Tổng quan hệ thống nhúng
– Hệ thống nhúng là gì?
• Yêu cầu về thiết kế – tối ƣu các thông số thiết kế
• Các công
– Công nghệ xử lý
– Công nghệ IC
– Công nghệ thiết kế
5
Tổng quan hệ thống nhúng
• Các hệ thống tính toán “computing” có mặt ở mọi nơi
• Đa số chúng ta nghĩ đến hệ thống tính toán nhƣ là một
máy tính
– PC’s
– Laptops
– Mainframes
– Servers
• Nhƣng chác
6
Tổng quan hệ thống nhúng
• Hệ thống tính toán nhúng
Computers are in here...
and here...
– Hệ thống tính toán nhúng trong các
thiết bị điện tử
– Rất khó để định nghĩa. Có thể coi
chúng là các hệ thống tính toán ngoài
PC.
en here...
– Có hàng tỷ thiết bị đƣợc sản xuất mỗi
năm, so với số lƣợng hàng triệu của
PC.
Lots more of these,
though they cost a lot
less each.
– Có lẽ chiếm đến 50% các thiết bị gia
dụng và ô-tô
7
Một “danh sách” các hệ thống nhúng
Hệ thống chống bó (Anti-lock brakes)
Modems
Tự động điều chỉnh tiêu cự (Auto-focus
cameras)
Tự động trả lời (Automatic teller machines)
Thanh toán tự động (Automatic toll systems)
Truyền dẫn tự động (Automatic transmission)
Avionic systems
Xạc bin (Battery chargers)
Máy quay KTS (Camcorders)
Điện thoại di đông (Cell phone
Trạm di động (Cell-phone base
Điện thoại không dây (Cordless phones)
Điều khiển lái (Cruise control)
Camera số (Digital cameras)
Ổ đĩa cứng
Bộ giải mã MPEG
Card mạng
Định tuyến/chuyển mạch
Thiết bị định vị
Máy photocopy
Máy in
Điện thoại vệ tinh
Thiết bị nhận dạng giọng nói
Hệ thống thị giác
Hội nghị từ xa
Truyền hình
Bộ điều khiển nhiệt độ
Hệ thống chống trộm
Đầu VCR’s, DVDs
Điện thoại có hình
Thiết bị đọc thẻ điện tử
Dụng cụ điện tử
Đồ chơi điện tử
Điều khiển nhà máy
Máy Fax
Thiết bị nhận dạng vân tay
Hệ thống an ninh tòa nhà
Hệ thống kiểm tra y tế
vv….
Và rất nhiều thiết bị khác
8
Một số đặc tính chung của hệ thống nhúng
• Có chức năng đơn lẻ
– Thực hiện một chƣơng trình đơn lẻ, lặp lại
• Có nhiều ràng buộc
– Giá thành, vv.
• Tƣơng tác và thời gian thực
– Tƣơng tác liên tục với những thay đổi trong môi trƣờng
xung quanh
– Phải tín thực (real-
time) không có hoặc ít trễ
9
Một ví dụ về hệ thống nhúng – Camera số
CCD
Bộ tiền xử lý CCD
Xử lý Pixel
DAC
ADC
lens
G
Bộ điều khiển DMA
Bộ điều khiển bộ nhớ
Điều khiển hiển
thị
Giao tiếp bus ISA
UART
Điều khiển LCD
• Chức năng đơn lẻ -- luôn là một camera số
• Các ràng buộc – giá thấp, công suất thấp, nhỏ và nhanh
• Tƣơng tác và thời gian thực – thời gian thực hiện ngắn
10
Yêu cầu thiết kế hệ nhúng – tối ƣu các thông
số thiết kế
• Mục tiêu thiết kế tổng quát:
– Xây dựng một hệ thống thực hiện các chức năng yêu cầu.
• Các yêu cầu về thiết kế:
– Tối ƣu
• Các thông số thiết kế
– Đặc tính xác định việc thực hiện hệ thống
– Tối ƣu các thông số thiết kế là thách thức chủ yếu trong thiết
kế hệ t
11
Yêu cầu thiết kế hệ nhúng – tối ƣu các thông
số thiết kế
• Các thông số chung
– Giá của thiết bị: là giá thành sản xuất mỗi sản phẩm, bao gồm giá kỹ thuật
– Giá (Giá kỹ thuật không đƣợc sử dụng lại): Giá thiết kế hệ thống
một lần
– Kích thƣớc: không gian vật lý yêu cầu của hệ thống
– Chất lƣợng: thời gian làm việc hoặc tuổi thọ của hệ thống, vv.
– Công suất: lƣợng công suất tiêu thụ của hệ thống
– Độ linh hoạt: khả năng thay đổi các chức năng của hệ thống không làm thay
đổi giá kỹ
12
Yêu cầu thiết kế hệ nhúng – tối ƣu các thông
số thiết kế
• Các thông số chung (tiếp)
– Thời gian thử nghiệm: thời gian cần thiết để chế tạo một phiên bản làm
việc đƣợc
– Thời gian đƣa ra thị trƣờng: thời gian cần thiết để phát triển một hệ
thống có
– Khả năng bảo trì: khả năng thay thế và sửa chữa khi có sự cố
– Độ tin cậy, độ an toàn, vv.
13
Xem xét các thông số thiết kế - cải thiện một thông
số có thể làm ảnh hƣởng các thông số khác
• Yêu cầu kinh nghiệm cả về
phần cứng và phần mềm để
Công suất
tối ƣu quá trình thiết kế
– Không chỉ đơn thuần là một
cứng, hoặc
Chất lƣợng
thƣớc
phần mềm.
– Một ngƣời thiết kế phải hiểu
nhiều công nghệ khác nhau để
lựa chọn công nghệ tốt nhất
cho một ứng dụng cụ thể.
Giá NRE
14
Thời gian đƣa ra thị trƣờng: một thông số
thiết kế quan trọng
• Thời gian cần thiết để cung
cấp sản phẩm tới khách hàng
• “Cửa sổ” thị trƣờng
– Giai đoạn mà sản phẩm có khả
năng bán đƣợc số lƣợng lớn
nhất.
• Trung bình thời gian đƣa ra
thị trƣờng cho một sản phẩm
nhúng là 8 tháng
Thời gian
• Kéo dài hơn sẽ tăng giá sản
phẩm và làm mất cơ hội
cạnh tranh
15
Các mất mát do đƣa ra thị trƣờng trễ
• Mô hình lợi nhuận đơn giản
Lợi nhuận đỉnh
– Chu kỳ sống = 2W, đỉnh tại W
Lợi nhuận đỉnh do trễ
– Thời gian đƣa ra thị trƣờng
K
1 hình tam
Market rise
giác, diễn tả sự thâm nhập thị
trƣờng
Trễ
– Vùng diện tích tam giác biểu
thị lợi nhuận
D
W
2W
Bắt đầu Bắt đầu
Đúng lúc trễ
– Là sự khác nhau giữa vùng
đƣa ra kịp thời và đƣa ra trễ
16
Các mất mát do đƣa ra thị trƣờng trễ (tiếp)
• Diện tích = 1/2 * đáy * chiều cao
– Đúng hạn = 1/2 * 2W * W
Lợi nhuận đỉnh
– Trễ = 1/2 * (W-D+W)*(W-D)
Lợi nhuận đỉnh do trễ
• Phần trăm lợi nhuận bị mất =
(D(3W-D)/2W2)*100%
Kịp thời
Market rise
• Ví dụ
Trễ
– Chu kỳ sống 2W=52 tuần, trễ D=4 tuần
– (4*(3*26 –4)/2*26^2) = 22%
D
uần, trễ D=10
tuần
Thời gian
Bắt đầu Bắt đầu
Đúng lúc trễ
– (10*(3*26 –10)/2*26^2) = 50%
– Trễ làm giảm lợi nhuận!
17
Các thông số về giá NRE và giá đơn chiếc
• Giá thành:
– Giá thành đơn chiếc: lƣợng chi phí để sản xuất một thiết bị, bao gồm giá NRE
– Giá NRE (Non-Recurring Engineering cost): Giá thiết kế hệ thống một lần
– Giá trị tổng = giá NRE + giá đơn chiếc * số lượng
– Giá thành sx đơn chiếc = Giá trị tổng/số lượng
• Ví dụ
– Giá NRE=$2000, giá đơn vị =$100
– Đối với 10 sản phẩm
– Tổn
– Giá thành từng sản phẩm = $2000/10 + $100 = $300
18
Các thông số về giá NRE và giá đơn chiếc
• So sánh các công nghệ về giá
– Công nghệ A: NRE=$2,000, đơn giá =$100
– Công nghệ B: NRE=$30,000, đơn giá =$30
– Công nghệ C: NRE=$100,000, đơn giá =$2
$ 2 0 0 ,0 0 0
$ 1 6 0 ,0 0 0
$ 1 2 0 ,0 0 0
A
B
C
B
C
$ 1 6 0
$ 1 2 0
$ 8 0
$ 8 0 ,0 0 0
$ 4 0 ,0 0 0
$ 0
$ 0
0
8 0 0
1 6 0 0
2 4 0 0
0
8 0 0
1 6 0 0
2 4 0 0
N u m b e r o f u n its (v o lu m e )
N u m b e r o f u n its (v o lu m e )
• Ngoài ra, còn phải quan tâm tới thời gian đƣa ra thị trƣờng
19
Thông số chất lƣợng
• Tránh lạm dụng các thông số
– Tần số xung nhịp, số lệnh trên giây – không đánh giá tốt
chất lƣợng
– Ví dụ camera số– một ngƣời sử dụng quan tâm tốc độ xử lý
ảnh, khrên giây
• Trễ (thời gian đáp ứng)
– Thời gian giữa khởi đầu và kết thúc một tác vụ
– VD, Camera’s A và B xử lý hình ảnh trong 0.25 giây
• Dung lƣợng, lƣu lƣợng
– Số tác vụ trên giây, VD Camera A xử lý 4 ảnh trên giây
20
Tải về để xem bản đầy đủ
41 trang
19/04/2022
1120
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế hệ thống nhúng - Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhúng - Bài 1: Gới thiệu chung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thiet_ke_he_thong_nhung_chuong_1_tong_quan_ve_he_t.pdf
