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嵌入式系統 E mbedded S ystem

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嵌入式系統 E mbedded S ystem. 老 師 : 林學儀. 組員 : 張藝龍 組員 : 邵宗輝 組員 : 蔡宗翰. 何謂嵌入式系統?. 簡單來說,有使用微電腦控制的裝置都叫嵌入式系統 根據 英國電機工程師協會 的定義, 嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或甚至工廠運作的裝置 。它具備了下列的特性: 通常執行特定功能 以微電腦與周邊構成核心 嚴格的時序與穩定度要求 全自動操作循環.

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e mbedded s ystem

嵌入式系統Embedded System

老師:林學儀

組員:張藝龍 組員:邵宗輝 組員:蔡宗翰

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何謂嵌入式系統?
  • 簡單來說,有使用微電腦控制的裝置都叫嵌入式系統
  • 根據英國電機工程師協會的定義,嵌入式系統為控制、監視或輔助設備、機器或甚至工廠運作的裝置。它具備了下列的特性:
  • 通常執行特定功能
  • 以微電腦與周邊構成核心
  • 嚴格的時序與穩定度要求
  • 全自動操作循環
1 dos q dos ms dos led
嵌入式作業系統1、DOS Q-DOS → MS-DOS由於系統陽春所以特別適合一些功能簡單裝置使用,例如:LED 看版
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2、Windows CE微軟推出精簡版的 Windows CE 作為進攻嵌入式系統的主力。主要應用於 PDA 上,但是跟微軟一系列 Windows 系統一般,Windows CE也承襲了原有的缺點,後來將整個架構重新改寫後推出 Windows CE 3.0 版,或稱為 Pocket PC(簡稱PPC)。

3、Palm

Palm是最早的PDA作業系統。Palm作業系統架構非常簡潔,因為少去了很多功能,使得 Palm 可以非常不耗系統資源,硬體需求低,連帶的整體耗電量便可壓縮到非常低,因此採用 Palm 作業系統的 PDA 都有待機時間長的優點。

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4、Linux.

Linux 除了對伺服工作應付自如外,嵌入式系統也難不倒 Linux。

用 Linux 來發展嵌入式系統有以下優點:

◎ 開放原始碼、模組化設計

◎ 穩定性夠

◎ 網路功能強大

◎ 跨平台

◎ 應用軟體眾多

◎ 選擇多樣

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一種改進嵌入式Linux作業系統即時性的新型方案

基本核心(uClinux) 即時核心(RTAI)

現有幾種針對Linux的即時系統解決方案,實現方法主要包括兩種:

(1)直接修改Linux核心、增加即時性,如:Montavista (Professional Edition 4.0)

(2)在普通Linux核心之上增加即時模組、雙核心結構,如:RTLinux或RTAI。

將核心中的進程調度、中斷處理、時脈等部份遵循POSIX標準進行改寫,在原始程式碼的基礎上使uClinux變成一個即時作業系統。

Montavista ,RTLinux或RTAI著重增強Linux的硬即時特性。

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即時核心(RTAI)+基本核心(uClinux)的即時方案

基本核心是為嵌入式應用設計的,它本身並沒有更多地關注即時問題。重要的是,uClinux提供了完整的TCP/IP協議,並支援大量其他的網路協議,為嵌入式系統提供了強大的網路支援。

即時核心(RTAI)是基於普通Linux核心,相對於嵌入式應用其核心過於龐大;而基本核心(uClinux)本身並沒有更多地關注即時問題。因此,可以將RTAI和uClinux相結合,採用雙核心的設計方案,既滿足了嵌入式應用的需求,又保證了系統的硬即時性。

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圖1:雙核心即時系統嵌入式即時Linux架構。

雙核心結構

雙核心即時系統的總體結構模型如圖1所示,主要包含了基本核心、即時核心、硬體抽象層(RTHAL) 、硬體部份。

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其中基本核心(uClinux)和即時核心(RTAI)分別處理非即時和即時任務的調度和執行,即時核心是動態加載的。即時任務被啟動前,即時核心並沒有啟動,基本核心透過RTHAL透明存取硬體,就像RTHAL不存在一樣。當即時任務被啟動時,RTHAL結構產生變化,基本核心被即時核心接管,如圖顯示即時核心啟動前後,系統產生的變化:
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這一方案既符合嵌入式系統的需求,又達到硬即時性標準,同時還有強大的網路功能、易升級性、易移植性等優點。同時,在其上進行應用編程時即時任務(基於RTAI)和非即時任務(基於uClinux)是分開編寫的,清晰簡潔,但由於用戶需要直接在核心空間編程,從系統的安全性角度存在很大隱患。希望大家可以透過進一步討論研究使其更加完善。
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輪胎壓力監控增強汽車的安全性

業界統計顯示,不恰當的輪胎壓力可能破壞汽車的穩定性並影響汽車的駕駛和煞車,每年因此而導致的交通事故高達數十萬起。較低的輪胎壓力幾乎與所有涉及煞車的撞車有關,因為較低的輪胎壓力將導致煞車的距離增大

輪胎壓力監控系統(TPMS)

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直接測量系統

直接輪胎壓力監控系統是能在輪胎內部直接測量輪胎壓力的監控系統。胎壓監測模組將位於輪胎中, 並透過射頻(RF)將其測量的數據廣播至中央接收器。這種射頻鏈接運用了與遙控車門開關(Remote Keyless Entry,RKE)系統相同的射頻原理和頻率範圍。

由於RKE系統已經廣泛地應用於現代汽車中,因此這種射頻鏈接可以與RKE系統共享資源,以節省整個系統的成本。飛利浦公司的TPMS採用了與業界領先的遙控車門開關技術相同的射頻鏈接,這已通過現場測試並被生產商採用.

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飛利浦公司的感測器訊號處理晶片P2SC
  • 胎壓監測模組本身由以下三個部份組成:
  • 壓力感測器(通常為壓阻式類比元件)
  • 壓力感測器訊號調節晶片(可以整合在壓力感測器中)
  • 3. 射頻發射器裝置。
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胎壓監測模組必須能承受-40℃至150℃以上的溫度以及高達2000g的加速度。極端環境下,還將使用一些特殊元件以保證壽命達到10年。

胎壓監測模組的封裝也很重要,封裝包括下面所描述的壓力感測器訊號調節晶片。

來自矽片感測器的訊號必須經過放大和數位化,而整個元件還需要進行校準和初始化。飛利浦公司的感測器訊號處理晶片P2SC從感測器橋採集訊號後,對訊號進行數位化處理,然後直接在晶片上測量溫度並執行所需的全部校準和初始化作業。P2SC帶有基於STARC的精簡指令集計算機(RISC)第二代微控制器核心,該核心通過了RKE應用的現場檢驗並專用於TPMS。P2SC的功耗也經過最佳化後降至最低,而且作為一項特有的性能,P2SC還能透過車輪識別特性解決自轉問題。

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如前所述,TPMS的接收器裝置也是基於與RKE接收器類似的技術。因此,現有的射頻接收器可以在TPMS和RKE之間實現共享。這能顯著地降低成本,因此眾多的汽車製造商已經強烈要求供應商將RKE和TPMS整合至一套系統中。

經過校準和初始化,現在每個輪胎都能夠發送壓力資訊至駕駛室的儀表盤中,而車身控制器也能判斷訊號來自哪個輪胎。但如果駕駛員正在更換(旋轉)輪胎,那麼將產生什麼情況呢?

TPMS的輪胎模塊組件框圖

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我們可以透過以下途徑解決這個問題:1. 每個車輪都安裝專用的射頻接收器;2. 感應測量不受速度的影響, 3. 射頻訊號的放大分析;4. 雙向射頻鏈接;5. 低頻喚醒(LF wakeup)。

飛利浦選擇了低頻喚醒方案進行輪胎定位。低廉並能實現可靠的立即識別。小低頻(125KHz)駕駛室天線發送喚醒訊號至特定的胎壓監測模組,胎壓監測模組透過射頻鏈接發送響應訊號。低頻喚醒必須在駕駛室天線與胎壓監測模組之間彌合約1m的距離,這已被證明完全可行,飛利浦的被動遙控開鎖(Passive Keyless Entry,PKE)技術即能實現。

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壓力監控系統早在多年前就已實現,但只裝備在高階的豪華汽車上。

P2SC是能提供低頻喚醒和高頻返回訊號的直接測量解決方案,這意味著系統可以‘請求’每個輪胎報告當前的壓力狀況並將這些資訊中繼給駕駛員。一旦啟動點火,每個輪胎就將被‘喚醒’,並在駕駛員開動汽車之前匯報輪胎上的狀態資訊。在整個行程中,輪胎將保持‘喚醒’狀態並定期更新狀態資訊。如果出現壓力驟降情況,輪胎會自動將該資訊中繼給駕駛員,而無需進行先期喚醒。駕駛員將能利用儀表盤上的圖標顯示或虛擬汽車,獲得輪胎壓力資訊。

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結論

歐盟在2007到2010年之間在投入27億歐元的研究經費。

表示:「嵌入系統日益重要,我們(歐洲)需要成為嵌入系統的領導者

所以嵌入式在未來也扮演著很重要的角色。

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