Sistema incorporato
Un sistema di bordo è definito come un sistema elettronico e informatico autonomo, spesso in tempo reale , specializzato in un preciso compito. Il termine si riferisce sia all'hardware del computer che al software utilizzato. Le sue risorse sono generalmente limitate spazialmente (dimensioni ridotte) ed energeticamente (consumo limitato).
Storia
Uno dei primi sistemi embedded moderni riconoscibili fu l' Apollo Guidance Computer nel 1967, il sistema di guida della missione lunare Apollo , sviluppato da Charles Stark Draper del Massachusetts Institute of Technology . Ogni missione lunare era dotata di due sistemi (AGC), uno responsabile della guida inerziale e uno per il modulo lunare . All'inizio del progetto, il computer AGC di Apollo era considerato la parte meno affidabile del progetto. D'altra parte, grazie all'utilizzo di nuovi componenti che erano all'epoca i circuiti integrati , si realizzarono sostanziali guadagni di spazio utile e di carico utile , con una presunta riduzione dei già numerosi rischi delle missioni.
vincoli
I sistemi di bordo svolgono compiti predefiniti e hanno specifiche vincolanti da soddisfare, che possono essere:
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Spazio limitato : lo spazio di memoria può essere limitato nell'ordine di pochi GB massimo (sebbene le dimensioni stiano diventando sempre meno limitate grazie alla miniaturizzazione degli elementi). I sistemi integrati dovrebbero essere progettati per soddisfare le esigenze nel modo più accurato possibile per evitare costi aggiuntivi;
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Potenza di calcolo : è consigliabile disporre della potenza di calcolo appena necessaria per soddisfare le esigenze ei vincoli di tempo del compito predefinito. Questo al fine di evitare un costo aggiuntivo del dispositivo ed un consumo eccessivo di energia (corrente elettrica);
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Autonomia : il consumo energetico deve essere il più basso possibile, grazie all'utilizzo di batterie e/o pannelli solari o addirittura celle a combustibile per alcuni prototipi;
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Temporale : vengono determinati i tempi di esecuzione e la scadenza temporale di un compito (i termini sono noti o limitati a priori ). Quest'ultimo vincolo significa che generalmente tali sistemi hanno proprietà real-time ;
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Da affidabilità perché se capita che alcuni di questi sistemi embedded non riescono, hanno messo vite umane in pericolo o compromettano investimento significativo. Si dice quindi che sono “critici” e non devono mai fallire. Per "mai fallire" si deve intendere di dare sempre risultati giusti e pertinenti e ciò entro il tempo previsto dagli utenti (macchine e/o esseri umani) di detti risultati;
Architettura
I sistemi embedded utilizzano generalmente microprocessori o microcontrollori a basso consumo energetico , la cui parte software è in parte o interamente programmata nell'hardware, solitamente in memoria in read only memory (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH , ecc. (questo si chiama firmware ).
Caratteristiche
- Piuttosto che i sistemi universali che eseguono più attività, i sistemi embedded sono progettati per eseguire attività specifiche. Alcuni devono soddisfare i vincoli in tempo reale per motivi di affidabilità e redditività. Altri con pochi vincoli prestazionali consentono di semplificare il sistema e ridurre i costi di produzione.
- I sistemi embedded non sono sempre moduli indipendenti. Molto spesso sono integrati nel dispositivo che controllano.
- Il software creato per i sistemi embedded si chiama firmware. È memorizzato nella memoria di sola lettura o nella memoria flash anziché su un disco rigido. Funziona il più delle volte con risorse hardware limitate: schermo e tastiera di piccole dimensioni, o addirittura assenti, poca memoria, capacità di calcolo relativamente basse.
Interfaccia utente
Alcuni sistemi di bordo potrebbero non avere un'interfaccia utente (sono quindi specializzati in un unico compito). Ma questa interfaccia può anche essere simile a quella di un sistema operativo per computer (ad esempio un PDA ).
- I sistemi più semplici hanno solo pulsanti, LED .
- I sistemi più complessi possono avere un touch screen o anche uno schermo con pulsanti per ridurre al minimo lo spazio. Il significato dei pulsanti cambia a seconda della schermata e la selezione avviene naturalmente puntando sulla funzione desiderata.
- I computer palmari hanno in genere un pulsante in stile "joystick" per la navigazione.
- Con l'esplosione del web , i produttori di sistemi embedded hanno escogitato una nuova opzione: un'interfaccia in stile pagina web su una connessione di rete. Ciò evita il costo di un sistema sofisticato mantenendo un'interfaccia completa su un altro computer, quando necessario. Interfaccia di successo per installazioni remote permanenti, in particolare router .
- Alcuni sistemi di bordo dispongono di un'interfaccia vocale con riconoscimento vocale automatico
Affidabilità
I sistemi embedded sono per lo più in macchine che devono funzionare ininterrottamente per molti anni senza errori e in alcuni casi correggere gli errori stessi quando si verificano. Pertanto, il software viene sempre sviluppato e testato con maggiore attenzione rispetto al software per PC. Sono vietate parti mobili inaffidabili (ad es. unità disco, pulsanti o interruttori).
La questione dell'affidabilità può includere:
- Il sistema non può essere spento per le riparazioni o sono riparazioni inaccessibili.
La soluzione può essere pezzi di ricambio aggiuntivi o una "modalità soft" del software che fornisce un funzionamento parziale.
Ad esempio: cavi sottomarini, fari di navigazione, pozzi di perforazione, ecc.
- Il sistema deve essere mantenuto in funzione per motivi di sicurezza. Spesso i backup vengono eseguiti da un operatore.
In questo caso è tollerata la "modalità soft".
Ad esempio: sistemi di controllo del reattore, fabbriche chimiche, segnali ferroviari, ecc.
Ad esempio: sistemi di ponti o ascensori , trasferimenti di fondi, sale di negoziazione, vendite o servizi automatici, ecc.
Aree di applicazione
I campi in cui troviamo i sistemi embedded sono sempre più numerosi:
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Astronautica : razzo , satellite artificiale , sonda spaziale , ecc.
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Controllore logico programmabile industriale , controllo-comando
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Elettrodomestici : televisione , forno a microonde
- Ambiente
- Attrezzature mediche Medical
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Bancomat (ATM)
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stampa : stampante multifunzione , fotocopiatrice , ecc.
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Informatica : disco rigido , unità disco floppy , ecc.
- Metrologia
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Militare : missile , radar
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Multimedia : console per videogiochi , assistente personale
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Telecomunicazioni : decoder , telefonia , router , firewall , time server , telefono cellulare .
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Trasporti : Automotive , Aeronautica ( avionica ), Ferroviario , ecc.
Sviluppo di sistemi embedded
Lo sviluppo di sistemi embedded richiede conoscenze sia di elettronica che di informatica. Tra le dotazioni necessarie per realizzare un impianto di bordo troviamo:
- Documentazione ( datasheet ) sui componenti utilizzati. È la prima fonte di informazioni per lo sviluppo!
- Gli strumenti di base dell'ingegnere elettronico ( saldatore , isolante, ecc.)
- Strumenti di analisi del tempo: oscilloscopio, analizzatore logico, ecc.
- Componenti di base ( resistenze , condensatori, ecc.)
- Un microprocessore o un microcontrollore
- Un cross-compilatore (noto anche come cross-compiler)
- Un programmatore di microcontrollori o un programmatore in situ
- Un emulatore in-circuit o ICE ( In Circuit Emulator ). Questa apparecchiatura consente il debug hardware e software (possibilità di debug alla fonte del software), tuttavia rimane costosa.
- Una sonda JTAG . Economica e ampiamente utilizzata, la sonda JTAG consente non solo il debug del software in situ (lettura/modifica di registri, memorie, periferiche, ecc.) ma anche la programmazione della memoria FLASH dei microcontrollori, sia essa interna o esterna come nel caso di alcuni chip dal produttore NXP
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Ingegneria dei sistemi : approccio multidisciplinare per definire, sviluppare e distribuire sistemi che incorporano tecnologie digitali.
Mercato e occupazione
Trasversale a diversi settori economici, nel 2013, i sistemi di bordo hanno rappresentato in Francia un mercato valutato 73 miliardi di euro, pari al 3,7% del PIL. In termini di occupazione, il settore riunisce l'1,3% della forza lavoro, ovvero 387.500 persone.
Note e riferimenti
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Octave Letellier , " Embedded AI - nuovo campo utilizza grazie all'AI incorporata " , su Bpifrance Le Hub ,10 gennaio 2018(consultato il 5 ottobre 2020 )
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Una nuova idea SPIFI [1]
Vedi anche
Link interni
link esterno