Введение во встраиваемые вычислительные системы

 
10 
практически  не  связанную  с  объектом  управления,  то  современные 
киберфизические  системы  очень  и  очень  тесно  интегрированы  с  объектом 
управления. 
Киберфизическая 
система Cyber Physical System, (CPS)– 
специализированная  вычислительная  система,  имеющая  физические  средства 
взаимодействия  (электрические,  химические,  оптические,  механические, 
биологические  и  т.п.)  с  объектом  контроля  и  управления,  выполняющая  одну 
функцию.  В  качестве  вычислительной  платформы  для  реализации 
киберфизической  системы  может  исапользоваться  любое  компьютерное 
оборудование,  включая  оборудование  класса SOHO (например,  персональный 
компьютер или КПК) [11, 12, 14]. 
Существует  множество  определений  термина  «встроенная  система» 
(embedded system), приведем некоторые из них [5, 21]: 
•  Встроенные  вычислительные  системы  (ВВС) – специализированные 
(заказные) 
вычислительные 
системы 
(ВС), 
непосредственно 
взаимодействующие  с  объектом  контроля  или  управления  и 
объединенные с ним единой конструкцией. 
•  Встроенная 
вычислительная 
система – специализированная 
информационно-управляющая  система  (ИУС)  для  выполнения 
определенного набора функций. 
•  Встроенная  вычислительная  система – любая  система,  которая 
использует  компьютер  как  элемент,  но  чья  основная  функция  не  есть 
функция 
компьютера. 
Примеры 
ВВС: DVD-проигрыватель, 
светофорный объект, банкомат, паркомат и т.д. 
•  Встраиваемой  системой  можно  считать  любую  вычислительную 
систему,  которая  не  является  ПК,  портативным  компьютером (laptop) 
или большим универсальным компьютером (mainframe computer). 
•  Встроенная вычислительная система – устройство, которое включает в 
себя  программируемый  компьютер,  но  не  является  при  этом 
компьютером общего назначения. 
•  Встроенная  вычислительная  система – практически  любая 
вычислительная система, не являющаяся настольным компьютером. 
•  Встроенная  система – система  специального  назначения,  в  которой 
вычислительный  элемент  полностью  встраивается  в  устройство, 
которым  она  управляет.  В  отличие  от  универсального  компьютера, 
встроенная  система  выполняет  одну  или  несколько  предопределенных 
задач,  обычно  с  очень  конкретными  требованиями.  В  техническом 
смысле  встроенная  система  взаимодействует  с  окружающей  средой 
контролируемым образом, удовлетворяя ряд требований на способность 
реагировать  в  смысле  качества  и  своевременности.  Как  правило,  она 
должна  удовлетворять  требованиям  реализации,  таким  как  стоимость, 
потребляемая  мощность  и  использование  ограниченных  физических 

 
11 
ресурсов. В идеале она должна взаимодействовать со средой в течение 
всей жизни объекта. 
Как правило, встроенная система является частью более крупной системы 
или встраивается непосредственно в объект управления. Встроенные системы – 
это  системы  «глубоко  интегрированные»  с  объектами  физического  мира [21]. 
Их  элементы  практически  всегда  ограничены  по  ресурсам.  Это  системы 
длительного  жизненного  цикла,  часто  автономные.  Масштаб  этих  систем  по 
размерам  и  сложности  меняется  в  очень  широких  пределах.  Эти  системы 
рассчитаны  на  непрофессиональных  пользователей  и  вместе  с  тем,  часто 
выполняют критически важные функции. 
Встраиваемые вычислительные системы можно классифицировать: 
•  по области применения/назначению; 
•  по  различному  соотношению  информационных  и  управляющих 
функций,  т.е.  система  преимущественно  информационная  (система 
сбора 
данных) 
или 
управляющая 
(система 
автоматического 
управления); 
•  по пространственной локализации аппаратных блоков: 
a)  пространственно локализованные; 
b)  пространственно рассредоточенные. 
•  по  различному  соотношению  вычислительной  (обработка  данных)  и 
коммуникационной (функция ввода-вывода данных) составляющей; 
•  по степени участия человека: 
a)  автоматические  системы – системы,  в  которых  оператор  выполняет 
только функции начальной настройки и оперативной корректировки 
параметров  и  режимов  работы  системы.  Функции  сбора  данных, 
передачи и исполнения команд управления, оперативной выработки 
команд управления происходят без участия человека; 
b)  автоматизированные  системы – системы,  в  которых  оператор 
частично или в полном объеме обеспечивает оперативную обработку 
данных  и  формирование  команд  управления  исполнительными 
устройствами (например, телеуправление). 
•  по  организации  обработки  данных/вычислений  (централизованные/ 
децентрализованные); 
•  по  распараллеливанию  на  уровне  задач  и/или  функций  между 
физическими/логическими модулями системы. 
Особенность  работы  встроенной  системы  состоит  в  наличии 
необходимости  работы  в  реальном  масштабе  времени  (или  просто  в  реальном 
времени). 

 
12 
ВВС
Объект 
управления
Информация
 с датчиков
Управление
исполнительным
устройством
t
Исполнительное
 устройство
Датчик
t1
t2
t3
 
Рисунок 1. Работа в реальном масштабе времени 
На рисунке показано три времени: t1 – время получения сигнала с датчика, 
t2 – время выдачи управляющего воздействия на исполнительное устройство, t3 
–  крайний  срок  выдачи  управляющего  воздействия.  Если  по  какой-либо 
причине  выдача  управляющего  сигнала  задержится,  сигнал  будет  выработан 
после t3, управляющий  сигнал  будет  бесполезен  или  даже  вреден.  В  качестве 
пример  рассмотрим  систему  управления  стеклоподъемником  в  автомобиле. 
Если  ВВС  игнорирует  сигнал  датчика  положения  стекла,  либо  стекло,  либо 
подающий стекло механизм могут быть испорчены. 

жүктеу/скачать 3,23 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: