Giáo trình Môn Hệ Nhúng - Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng - Phạm Văn Thuận

1Môn học HỆ NHÚNG GV: Phạm Văn Thuận Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Viện CNTT&TT- ĐH BKHN email: thuanpv@soict.hut.edu.vn Hệ nhúng 2 Mục tiêu môn học  Sau khi kết thúc môn học này, sinh viên có thể • Trình bày kiến trúc tổng thể và hoạt động của một hệ thống nhúng bất kỳ • Trình bày được kiến trúc vi điều khiển • Biết sử dụng các môi trường phát triển và lập trình firmware cho hệ nhúng • Biết lập trình ứng dụng ghép nối trên máy tính • Nắm bắt một số công nghệ mới Hệ nhúng 3 Tài liệu tham khảo  Tài liệu tham khảo chính: • Embedded C Micheal J.Pont (8051) • Building Embedded Linux System, Karim Yaghmour • Linux Device Driver, Jonathan Corbet • ARM System Developer Guide-Designing and Optimizing System Software, Andrew N.Sloss • Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, Tammy Noergaard Hệ nhúng 4 Nội dung môn học Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng Chương 2: Quy trình phát triển hệ thống nhúng Chương 3: Vi điều khiển và lập trình firmware Chương 4: Hệ điều hành nhúng Chương 5: Phần mềm điều khiển trên PC Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới Hệ nhúng 5 Nội dung chương 1 Chương 1: Tổng quan hệ thống nhúng 1.1. Khái niệm hệ nhúng 1.2. Kiến trúc tổng thể hệ thống nhúng Hệ nhúng 6 1.1. Khái niệm hệ nhúng Máy tính nhúng (Embedded Computer)  Được đặt trong thiết bị khác (bao gồm cả phần cứng và các kết cấu cơ khí) để điều khiển thiết bị đó làm việc  Được thiết kế chuyên dụng Ví dụ: • Điện thoại di động • Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa nhiệt độ • Một số thiết bị mạng: Switch, Router,  Giá thành: từ vài USD đến hàng trăm ngàn USD Hệ nhúng 7 Khái niệm hệ nhúng Hệ nhúng (Embedded System)  Một máy tính nhúng  Nhiều máy tính nhúng liên kết với nhau Hệ nhúng 8 Ví dụ Bàn chải đánh răng có sử dụng vi điều khiển 8bit được lập trình cho phép - Thay đổi tốc độ, thời gian, dùng pin sạc Hệ nhúng 9 Ví dụ Cấu tạo bên trong một con chuột máy tính Chuột, bàn phím máy tính được trang bị bộ vi điều khiển 8bit -Bắt chuyển động, bắt phím -Mã hóa, kết nối với máy tính Hệ nhúng 10 Ví dụ Ổ cứng máy tính -Vi điều khiển 32 bit (ARM) -Tích hợp bộ xử lý tín hiệu số Hệ nhúng 11 Ví dụ Máy in, máy photocopy -Vi điều khiển Intel, Motorola, ARM -Kết nối máy tính Hệ nhúng 12 Ví dụ Máy bán hàng tự động - Vi điều khiển: 16-bit Hitachi H8/300H Processors - Cơ cấu chấp hành (motor, tay máy) Hệ nhúng 13 Ví dụ Máy ảnh kỹ thuật số -Vi điều khiển DIGIC II Image Processor Hệ nhúng 14 Ví dụ Sony Aibo ERS-7 Robotic Dog - Vi điều khiển 64 bit MIPS R7000 - Hệ điều hành Aperios Sony’s Real Time OS Hệ nhúng 15 Ví dụ Point of Sales System -Vi xử lý Intel X86 -OS: Windows XP Embedded Hệ nhúng 16 Ví dụ Systems DL2 Digital Media Server: tạo hiệu ứng ánh sáng trên sân khấu -Vi xử lý Intel X86 -OS: Windows XP Embedded Hệ nhúng 17 Ví dụ Tektronix Logic Analyser -Vi xử lý Intel X86 -OS: Windows XP Hệ nhúng 18 Ví dụ Cánh tay robot -Vi xử lý Intel X86 -OS: Windows XP Embedded & others Hệ nhúng 19 Ví dụ iPhone SmartPhone -Vi xử lý Apple A4 -OS: iOS 4 -Hỗ trợ màn hình chạm đa điểm Hệ nhúng 20 Việt Nam??? Bkav SmartHome -Hạ tầng mạng không dây chuẩn Zigbee -Hệ thống điều khiển 3D -Tiết kiệm điện năng -Tự động hoàn toàn theo các kịch bản được thiết lập Hệ nhúng 21 Việt Nam??? Robot đánh bóng bàn ToSy -Vi xử lý hiệu năng cao -Trí tuệ nhân tạo -Cơ khí chính xác Hệ nhúng 22 Việt Nam??? Robot hàn tự động -Vi xử lý hiệu năng cao -Hệ điều hành nhúng -Cơ khí chính xác Hệ nhúng 23 1.2. Kiến trúc tổng thể hệ thống nhúng  Kiến trúc hệ thống nhúng • Kiến trúc tổng thể • Kiến trúc vào ra hệ thống nhúng • Mô hình lập trình hệ thống nhúng  Đặc trưng hệ thống nhúng Hệ nhúng 24 Kiến trúc tổng thể •Hardware Layer (thành phần bắt buộc): tất cả các thành phần vật lý (vi xử lý, bộ nhớ, hệ thống vào ra, cơ cấu chấp hành) •System Software Layer (Phần mềm hệ thống): hệ điều hành, device driver •Application Software Layer (Phần mềm ứng dụng) Hệ nhúng 25 Kiến trúc tổng thể Hệ nhúng 26 Ví dụ - Hệ nhúng Mini2440 Hệ nhúng 27 KIT mini2440  Hardware Layer Hệ nhúng 28 KIT mini2440  System Software Layer • Hệ điều hành: Linux, Windows CE, Android • Bootloader: Nboot, Uboot, Supervivi • Driver: LCD Driver Ethernet Driver USB Host/Slave driver SD card driver CMOS Camera Driver Wifi driver  Hệ nhúng 29 KIT mini2440  Application Software Layer • Phần mềm nghe nhạc • Phần mềm game • Phần mềm thu thập số liệu và điều khiển • Hệ nhúng 30 Kiến trúc vào ra hệ thống nhúng  Hệ nhúng sử dụng rất nhiều chuẩn giao tiếp vào ra • UART • USB • Ethernet • SPI, I2C, CAN • Hệ nhúng 31 Mô hình lập trình hệ thống nhúng •Host: hệ thống chứa môi trường phát triển •Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng Hệ nhúng 32 Mô hình lập trình hệ thống nhúng •Host: hệ thống chứa môi trường phát triển •Target: hệ nhúng cần phát triển ứng dụng Hệ nhúng 33 Đặc trưng hệ thống nhúng  Thường bị giới hạn về tài nguyên: hiệu năng bộ xử lý, dung lượng bộ nhớ  Thường được thiết kế chuyên dụng  Thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy và khả năng chịu lỗi cao, yêu cầu về tính thời gian thực (Realtime) Hệ nhúng 34 Thảo luận