S vestavěnými systémy se setkáváme velmi často

Mnoho zařízení funguje automaticky a jejich provozu nevěnujeme pozornost. Na zmáčknutí tlačítka či otočení ovladače reagují, jak se očekává, a ani si neuvědomujeme, že za tímto pohodlím stojí vestavěné systémy.

S vestavěnými systémy se setkáváme velmi často


Zařízení, která nás obklopují, jsou velmi často vybavena vestavěnými systémy (embedded systems) zabudovanými přímo do zařízení. Na rozdíl od univerzálních počítačů jde většinou o jednoúčelové přístroje určené pro předem definované činnosti. Jedním ze základních požadavků na ně je bezporuchovost, která je nutná pro správnou funkci zařízení, jež ovládají.

Liší se podle nasazení
Nalézt vestavěné systémy je možné v automobilech, bankomatech, kamerách, fotoaparátech, hračkách, také v jednotkách pro automatické řízení výroby, v lékařských přístrojích, v domácích zařízeních (v pračkách, myčkách, televizorech apod.), měřicích a diagnostických přístrojích, průmyslových regulátorech, v servomechanizmech, robotech i vojenských leteckých a kosmických aplikacích. Všem těmto výrobkům vestavěné systémy poskytují potřebnou inteligenci.

Vestavěné systémy se rozlišují na ty, které se vyrábějí sériově a pomocí modulů je možné rozšířit jejich vstupní a výstupní jednotky. Pro nasazení v jednotlivých zařízeních se pro ně vyvíjí speciální software a po otestování je možné zařízení s vestavěným systémem nasadit do provozu. Druhou variantou, používanou při hromadné výrobě zařízení se zabudovaným vestavěným systémem, se již při návrhu systém optimalizuje.

Možnosti využití vestavěných systémů jsou rozsáhlé. Často jsou navrženy tak, aby byly funkční i bez lidského zásahu a byly schopny reagovat na události probíhající v reálném čase. Pro komunikaci s obsluhou využívají speciální omezenou klávesnici spolupracující s grafickým uživatelským rozhraním, pro spojení s okolním prostředím jsou určeny senzory a specializované komunikační jednotky.

Vestavěné systémy jsou nasazovány v aplikacích, kde jsou obtížné pracovní podmínky. Musí např. odolávat vibracím, nízkým ( –20 °C) či vysokým (55 °C) teplotám, měly by být mechanicky odolné a mít nenáročnou údržbu.

Vestavěné systémy jsou používány v široké škále zařízení pro nejrůznější funkce, a proto se vyvíjejí jednoúčelová řešení. Při jejich návrhu je třeba zohlednit rozměry, hmotnost a cenu výrobku nebo zařízení, jehož jsou součástí. Z těchto důvodů je omezen výkon vestavěných systémů i často spotřeba energie.

Vestavěné systémy musí být také autonomní, funkce, jež poskytují, musí probíhat bez lidského zásahu. Autonomie je zejména vyžadována tam, kde by lidská reakce byla příliš pomalá nebo nedostatečně předvídatelná (např. systém ABS v automobilu).

Různá výkonnost
K dispozici je široká škála vestavěných systémů, počínaje jednoduchými procesory s pamětí ROM a několika vstupy a výstupy na jednom čipu, které jsou např. součástí dětských hraček, přes 16- a 32bitové až po výkonné zákaznické 128bitové a specializované signálové procesory. Jednoduché systémy pracují jen s krátkým programem, který je uložen v paměti ROM, a nevyžadují žádný operační systém. Často je však potřeba operační systém reálného času s vícevláknovými procesy, které se již programují ve vyšším jazyce, většinou v C.

V běžných PC se využívají jen procesory společností Intel nebo AMD, výběr výrobců procesorů pro vestavěné systémy je daleko pestřejší, přesto se produkty Intelu řady x86 prosazují i v této oblasti. K dispozici jsou i úsporné typy ARM a Atom. Návrháři si tak mohou zvolit pro svou úlohu vhodný model s požadovaným výpočetním výkonem a odběrem energie. Jednotlivé typy procesorů jsou vyráběny v různých variantách a pro spojení s řízeným procesem využívají různé prostředky – A/D a D/A převodníky, číslicové vstupy a výstupy a komunikační rozhraní RS-232, RS-485, USB, CAN, Ethernet atd.

Příkladem malého vestavěného systému s omezeným zdrojem energie je zařízení pro měření tlaku s korekcí na teplotu v kolech automobilu. Napájeno je buď z baterie, která vydrží i deset let provozu, nebo se využívá alternativní zdroj založený na pohybu kola. Na čipu jsou umístěny senzory tlaku a teploty i vysílač pro bezdrátový přenos dat na sběrnici LIN nebo CAN, přes kterou se přenášejí data dále do centrálního systému automobilu.

Software pro vestavěné systémy
Software pro vestavěné systémy je v mnoha ohledech podobný  používanému v běžných počítačích. V případě větších systémů se využívají verze operačních systémů určené pro vestavěné systémy, Microsoft nabízí různé vestavěné Windows, oblíbená je verze XP, prosadil se i upravený Linux.

Hlavní rozdíl je v tom, že vestavěný software vyžaduje mnohem více interakcí se systémovými hardwarovými prvky, přitom však musí vystačit s omezenými prostředky. Značné požadavky se kladou na jeho spolehlivost, vestavěné systémy nelze při opravě bezpečně vypnout, oprava může být dražší než nový výrobek, systém musí být z bezpečnostních důvodů stále v chodu či by při výpadku mohl způsobit velké finanční ztráty.

Výkonné systémy
Vestavěné systémy byly použity pro společné řízení tří slunečních elektráren. V tomto případě se uplatnily vestavěné systémy společnosti Adventech. Jsou spolehlivé, osazeny procesory Intel Atom a mají nízkou spotřebu energie. Nemají ventilátory k chlazení a mají kompaktní design pro úsporu místa. Dále jsou vybaveny čtyřmi sériovými porty (RS-485) a dvěma samostatnými rozhraními LAN. Přes ně předávají data z provozu centrálnímu systému s proprietárním softwarem.

Univerzálně použitelný vestavěný systém dodává společnosti Moxa. Jde o počítač, který je již v základní verzi schopen pracovat v širokém rozmezí provozních teplot (-25 až +55 °C) a odolává vibracím. Je vybaven procesorem Intel Core 2 Duo a rozhraními VGA a DVI. Pro komunikaci s jinými zařízeními má k dispozici dva porty LAN a tři USB. Vysoký výpočetní výkon umožňuje i řešení náročných úloh, např. při zpracování videa z většího počtu IP kamer. Lze jej osadit pevným diskem a ke chlazení nepotřebuje ventilátor. Je koncipován jako celek složený ze skříně a procesorové desky, a tak má všechny konektory umístěné na základní desce.

Úvodní foto: © REIMUSS - Fotolia.com



Vyšlo v Computerworldu 10/2012
Celé vydání k dispozici i elektronicky








Komentáře