Sistema operativo integrado y procesador integrado
Sistema operativo integrado y procesador integrado
Con el rápido desarrollo de la tecnología informática y la tecnología de comunicación, los sistemas integrados han penetrado ampliamente en el control industrial, las comunicaciones móviles y el comercio electrónico. Se utiliza en muchos campos de aplicación, como aparatos de información. A continuación he recopilado artículos sobre sistemas operativos integrados y procesadores integrados para todos, echemos un vistazo:
1 sistema integrado
el sistema integrado (sistema integrado, ES) es un producto que combina tecnología microelectrónica avanzada, tecnología de la comunicación y tecnología informática con diversos campos de aplicación específicos. Es un sistema de conocimiento que requiere mucho capital y está altamente integrado con la innovación. Los sistemas integrados están centrados en aplicaciones, se basan en tecnología informática, con software y hardware adaptables, y son sistemas informáticos especializados que son adecuados para sistemas de aplicaciones que tienen requisitos estrictos de funcionalidad, confiabilidad, costo, volumen y consumo de energía. Por lo tanto, tiene tres elementos básicos: "integración", "propiedad" y "sistema informático", entre los cuales la "integración" es su característica, la "propiedad" es su alma y el "sistema informático" es su esencia.
Según la definición del IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) desde su finalidad, un sistema embebido es un sistema utilizado para monitorear, controlar o ayudar al funcionamiento de máquinas y equipos [2]. De hecho, un sistema integrado es la integración de un microsistema operativo y un software funcional. Es un producto mecatrónico simple, conveniente, estable, confiable, económico y práctico formado en un sistema de hardware de microcomputadora con un microprocesador como núcleo.
2 Procesador Integrado
La mayor diferencia entre un procesador integrado (EP) y un procesador de propósito general es que la mayoría de los procesadores integrados funcionan para diferentes grupos de usuarios en un sistema específico diseñado. a menudo integra en el chip muchas funciones realizadas por placas de procesadores de uso general, lo que facilita la miniaturización del diseño de sistemas integrados y al mismo tiempo garantiza una alta confiabilidad y eficiencia de procesamiento. Hasta ahora, existen más de 1000 tipos de procesadores integrados en el mundo, entre los cuales arquitecturas como ARM, MIPS, Power PC, Motorola 68K y X86 son las más comunes. Los procesadores integrados generalmente se dividen en las siguientes cuatro categorías: <. /p >
1) Unidad de microcontrolador integrado (MCU);
2) Unidad de microprocesador integrado (EMPU);
3) Procesador DSP integrado (procesador de señal digital integrado, EDSP);
4) Sistema en chip (Sistema en chip, SOC).
Las arquitecturas y microprocesadores integrados comúnmente utilizados en el diseño de sistemas integrados incluyen principalmente los siguientes tipos:
1) ARM
ARM (Advanced RISC Machines) es un mundo -Reconocido proveedor de diseño de procesadores RISC (computadora con conjunto de instrucciones reducido) de computadora con conjunto de instrucciones reducido de 16/32 bits. Proporciona tecnología de diseño de chips de procesador RISC de alto rendimiento y bajo consumo a varios fabricantes para producir productos que satisfagan sus necesidades. diferentes campos de aplicación.
De hecho, debido a que el procesador ARM admite el conjunto de instrucciones Thumb de 16 bits y el conjunto de instrucciones ARM de 32 bits, por un lado, y utiliza una gran cantidad de registros y métodos de direccionamiento flexibles para mejorar la eficiencia de la ejecución del sistema, el procesador ARM tecnología Se ha convertido en el estándar RISC para aplicaciones integradas como comunicaciones digitales, control industrial y dispositivos multimedia. Existen muchos tipos de procesadores de la serie ARM actualmente, los más utilizados en el mercado son los chips de procesamiento de las series ARM9 y ARM10. El procesador ARM9 se usa ampliamente en campos como terminales portátiles y comunicaciones inalámbricas debido a su estructura de tubería de cinco etapas y su función MMU incorporada. El procesador ARM10 adopta una estructura de tubería de seis niveles más alta y admite instrucciones DSP y admite interfaz de bus AMBA de 64 bits [5]. Su rendimiento ha mejorado considerablemente en comparación con ARM9 y se usa ampliamente en vehículos y PDA portátiles de alta gama. -electrónica montada.
2) MIPS
MIPS (Microprocesador sin etapas de tubería entrelazadas) es un microprocesador sin etapas de tubería entrelazadas internas. Es un microprocesador basado en arquitectura RISC lanzado por la empresa estadounidense de tecnología MIPS. Núcleo de procesador de alto rendimiento y gama alta. MIPS adopta conceptos de diseño avanzados y una estructura de sistema clara, enfatizando el trabajo colaborativo de software y hardware para mejorar el rendimiento del procesador, al tiempo que simplifica el diseño de hardware y utiliza métodos de software para evitar problemas relacionados con los datos en la operación de la tubería. Aunque en comparación con los procesadores ARM, el consumo de energía de los procesadores de arquitectura MIPS es mayor, tiene una solución completa desde productos de gama baja de 32 bits hasta productos de gama alta de 64 bits, y las tarifas de licencia de propiedad intelectual son más altas que las de MIPS. Por lo tanto, más bajos que ARM, los núcleos MIPS son adoptados gradualmente por cada vez más diseños de productos electrónicos de consumo y de control industrial.
3) Power PC
PowerPC (Optimización del rendimiento con computación de rendimiento RISC mejorada), abreviatura de optimización del rendimiento y computación de rendimiento RISC mejorada, es un producto desarrollado conjuntamente por IBM, Motorola y Apple. Un procesador RISC de 32/64 bits de alto rendimiento, sus características principales son buena escalabilidad, conveniencia y flexibilidad y rendimiento de alto costo. Los procesadores comunes basados en la arquitectura Power PC incluyen el Power PC64S de IBM (CPU interna de Deep Blue), el Power PC750, el Power PCG3 y las series MC y MPC de Motorola. Actualmente, los procesadores basados en la arquitectura Power PC se utilizan ampliamente en sistemas de PC de escritorio, sistemas de PC móviles, sistemas integrados, telecomunicaciones financieras y otras industrias.
4) Motorola 68K
El Motorola 68K adopta la arquitectura CISC (computadora con conjunto de instrucciones complejas) [8]. Es uno de los primeros procesadores integrados y es el más popular del mundo. ha logrado un gran éxito en varios campos de aplicaciones de procesadores integrados. Sun Microcomputer Company utilizó este procesador en las primeras etapas del desarrollo de productos.
5) Desde la perspectiva de la distribución del mercado integrado, 486DX es también uno de los cinco principales procesadores integrados junto con ARM, 68K, MIPS y SuperH. Actualmente, los productos PC104 basados en la arquitectura X86 ocupan una gran cuota de mercado.
3 Sistema operativo integrado
El sistema operativo integrado (EOS) es una parte importante del sistema integrado. Por lo general, se ejecuta en la plataforma de hardware integrado que administra y controla de manera efectiva. y coordina la programación de los recursos de software y hardware de todo el sistema. Los sistemas operativos integrados se pueden dividir en dos categorías: sistema operativo integrado en tiempo real (ERTOS) y sistema operativo integrado de tiempo compartido. Un sistema operativo en tiempo real se refiere a un sistema operativo que puede responder a solicitudes de eventos externos de manera oportuna, procesar eventos dentro de un tiempo determinado y controlar todas las tareas para que se ejecuten de manera coordinada. Los sistemas operativos en tiempo real tienen requisitos estrictos sobre el tiempo de respuesta y no se debe incumplir el límite de tiempo, de lo contrario se producirán errores graves. El sistema operativo de tiempo compartido programa la ejecución del proceso por turnos de acuerdo con intervalos de tiempo iguales (fracciones de tiempo). El tiempo de ejecución no es tan estricto como los requisitos del sistema operativo en tiempo real si no se cumple el plazo de ejecución de la tarea. una desviación en el tiempo de ejecución, el tiempo de ejecución se perderá. No provocará que el sistema colapse y traerá consecuencias catastróficas.
Por lo general, de acuerdo con los diferentes requisitos de fecha límite, los sistemas operativos integrados en tiempo real se pueden dividir en sistemas duros en tiempo real (Hard Real-time OS) y sistemas blandos en tiempo real (Soft Real-time OS). Los sistemas estrictos en tiempo real tienen requisitos estrictos sobre el tiempo de respuesta del sistema. Deben responder a tiempo dentro de la fecha límite de la tarea y no deben incumplir la fecha límite de procesamiento de la tarea, de lo contrario, el sistema colapsará o tendrá consecuencias catastróficas. Un sistema suave en tiempo real significa que las tareas del sistema generalmente se pueden procesar antes de que se alcance la fecha límite, pero si el tiempo de respuesta del sistema no cumple con la fecha límite de procesamiento, no provocará que el sistema falle ni cause un error fatal.
En 1998, dos científicos, Bernat y Burns, propusieron el concepto de tiempo real débilmente duro [9], es decir, las tareas en tiempo real pueden incumplir los plazos, pero los plazos incumplidos de las tareas deben ser previsibles. y limitado a un período de tiempo determinado. Desde el punto de vista de la definición, el tiempo real débil y duro puede definir científicamente las características y los requisitos en tiempo real de las tareas blandas en tiempo real, y es el refinamiento y desarrollo de los sistemas blandos en tiempo real. Ambos son similares en que permiten que las tareas en tiempo real en el sistema no cumplan con los plazos, pero la diferencia es que el sistema en tiempo real débil-duro agrega algunas restricciones a los plazos basados en el sistema blando en tiempo real, estipulando que el número de Los plazos incumplidos por la tarea deben ser predecibles y estar limitados dentro de ciertos límites. La ventaja de un sistema de tiempo real débil-duro es que puede caracterizar el grado de suavidad de las tareas en tiempo real en un sistema de tiempo real blando. Al mismo tiempo, aunque el sistema de tiempo real débil-duro tiene requisitos blandos. Para las características de las tareas en un solo ciclo, desde la perspectiva de la ventana de tareas. Desde una perspectiva, los sistemas en tiempo real débilmente rígidos tienen requisitos estrictos para las tareas, es decir, los plazos incumplidos de las tareas deben ser predecibles y estrictamente limitados.
En la actualidad, los sistemas operativos integrados comunes en el país y en el extranjero incluyen principalmente los siguientes tipos:
1) Windows CE
Windows CE es un producto de Empresa estadounidense Microsoft especialmente diseñada para varios sistemas operativos multitarea y multiusuario con estructura de micronúcleo de alto rendimiento de 32 bits diseñados para sistemas de aplicaciones integradas, como productos electrónicos de consumo móviles y portátiles. Tiene un kernel de sistema operativo interrumpible simple y eficiente basado en prioridad completa [10], admite potentes funciones de implementación de gráficos y comunicación y puede adaptarse a una amplia gama de requisitos del sistema. Windows CE no requiere ninguna estructura de hardware específica. La estructura de hardware real la diseñan completamente los usuarios de acuerdo con sus necesidades. Ahora Microsoft ha lanzado el sistema operativo Windows Mobile para aplicaciones de productos de comunicaciones móviles, ocupando una gran cuota de mercado.
2) VxWorks
VxWorks es un sistema operativo en tiempo real de alto rendimiento y liderazgo industrial diseñado y desarrollado por la estadounidense WindRiver Company en 1983 [21]. VxWorks utiliza una estructura de microkernel (volumen mínimo: 8 KB), que incluye gestión de procesos, gestión de almacenamiento, gestión de dispositivos, gestión de sistemas de archivos, protocolos de red y aplicaciones del sistema, para proporcionar a los usuarios capacidades de programación y gestión multitarea eficientes en tiempo real, en microsegundos. capacidades de procesamiento de interrupciones a nivel, mecanismos de comunicación flexibles entre los recursos del sistema y la capacidad de priorizar las colas y la programación de ciclos. VxWorks admite procesadores de múltiples arquitecturas, como X86, i960, Sun Sparc, Motorola, MC68xxx, ARM, Power PC, etc., y una amplia gama de estándares industriales, como la extensión en tiempo real POSIX1003.b. Además, VxWorks también admite múltiples estándares de medios físicos y protocolos de red TCP/IP completos, admite trabajo paralelo multiprocesador, tiene las características de conmutación rápida de múltiples tareas, programación preventiva de tareas y métodos diversificados de comunicación entre tareas, y es completamente compatible con ANSIC El estándar es uno de los sistemas en tiempo real más utilizados y con mayor cuota de mercado.
3) ?C/OS-II
?C/OS-II es un sistema multitarea basado en programación preventiva de prioridad estática especialmente diseñado para aplicaciones integradas en computadora Mission Real-. Time Operating System es un sistema operativo gratuito y de código abierto. El sistema C/OS-II utiliza el sistema de gráficos MicroWindow. Dado que C/OS-II no admite sistemas de archivos ni carga de módulos de controladores y aplicaciones, el kernel, los controladores y las aplicaciones se compilan de forma centralizada durante el desarrollo del sistema. Después de más de diez años de aplicación y modificación, se ha adaptado a diversas plataformas de procesador. ?C/OS-II se utiliza ampliamente en el sector aeroespacial y otros campos debido a su núcleo compacto, tamaño reducido, alta eficiencia de ejecución, excelente rendimiento en tiempo real y gran escalabilidad.
4) QNX
QNX es un sistema operativo integrado en tiempo real con micronúcleo distribuido y escalable desarrollado por la empresa canadiense QNX Software System en 1980. Sigue parcialmente los estándares POSIX como POSIX.1 (Interfaz de programación) y POSIX.2 (Shell y herramientas) y POSIX.1b (Extensiones en tiempo real). Los usuarios pueden compilar aplicaciones directamente con el kernel para generar una única imagen multiproceso. QNX proporciona programación de procesos estándar POSIX.1b: 32 prioridades de procesos, programación de procesos preventiva basada en prioridades y sus procesos se ejecutan en espacios de direcciones independientes. Además, el kernel de QNX es muy pequeño (QNX4.x pesa aproximadamente 12 Kb) y se ejecuta extremadamente rápido. Sin embargo, QNX no puede soportar bien los sistemas GUI y su participación de mercado actual no es muy grande. ;