HỆ NHÚNG

Môn học (IT4210)

HỆ NHÚNG
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính
Viện CNTT&TT- ĐH BKHN
GV: Phạm Ngọc Hưng
Email:

HungPN-HUST

Embedded System


Giới thiệu môn học
 Hệ nhúng IT4210 (3-0-1-6)
 Thời lượng: 45 LT&BT + 15 TN
 Yêu cầu kiến thức nền tảng:
• Kiến trúc m|y tính
• Vi xử lý
• Lập trình C

 Đ|nh gi|: 30% QT + 70% CK

HungPN-HUST

Embedded System

2


Mục tiêu môn học

 Nắm được kiến trúc tổng quan, đặc điểm v{ hoạt
động của một hệ nhúng.
 Biết thiết kế hệ nhúng cơ bản (nguyên lý, mạch)
 Nắm được kiến trúc vi điều khiển
 Biết lập trình vi điều khiển từ cơ bản đến n}ng cao
với c|c dòng vi điều khiển phổ biến.
 Nghiên cứu ph|t triển hệ nhúng ARM Linux với c|c
giao tiếp v{o ra cơ bản, n}ng cao, cơ chế x}y dựng
device driver
 L{m quen với nền tảng lập trình Qt cho hệ nhúng
ARM Linux
HungPN-HUST

Embedded System

3


T{i liệu tham khảo
Books:
• Architecture and Programming of 8051 Microcontrollers, Milan Verle
• Embedded C, Micheal J.Pont, 2002
• Designing embedded hardware, John Catsoulis, 2005
• Introduction to Embedded Systems, Lee & Seshia, UC Berkeley, 2011
• Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers
and Programmers, Tammy Noergaard
• Linux Device Driver
• C++ GUI programming with QT
 Websites:
•

• />• />•



HungPN-HUST

Embedded System

4


Nội dung
Chương 1. Tổng quan về hệ nhúng (3T)
Chương 2. Thiết kế phần cứng hệ nhúng (6T)
Chương 3. Vi điều khiển (6T)
Chương 4. Lập trình vi điều khiển (12T)
Chương 5. Hệ nhúng Arm Linux (15T)
B{i tập: Lập trình vi điều khiển, mô phỏng Proteus
Thí nghiệm: Hệ nhúng Arm Linux (03 b{i)

HungPN-HUST

Embedded System

5


Chương 1. Tổng quan về hệ nhúng
 1.1. Giới thiệu về hệ nhúng
 1.2. Đặc trưng của hệ nhúng

 1.3. Kiến trúc tổng quan hệ nhúng

HungPN-HUST

Embedded System

6


1.1. Giới thiệu về hệ nhúng
Hệ nhúng (Embedded System) ?
 Sự kết hợp giữa phần cứng máy tính, phần mềm, cơ cấu
cơ khí và các thành phần khác để thực hiện một chức
năng chuyên biệt. (Michael Barr, Programming
Embedded System in C and C++)
 Một ứng dụng chứa ít nhất một máy tính lập trình được
(thường là vi điều khiển, vi xử lý, …) mà người sử dụng
nhìn chung thường không nhận thức được đó là một hệ
thống dựa trên máy tính (Michael J. Pont, Embedded
C)

HungPN-HUST

Embedded System

7


Giới thiệu về hệ nhúng
 Embedded Systems (ES) = information processing

systems embedded into a larger product

HungPN-HUST

Embedded System

8


Giới thiệu về hệ nhúng
 Sơ đồ khái quát của một hệ nhúng

 C|c th{nh phần cơ bản tạo nên một hệ nhúng:
• Bộ vi xử lý
• Phần mềm trong bộ nhớ chính, có thể nằm trên cùng
một chip với bộ vi xử lý hoặc nằm ngo{i
• Tất cả c|c hệ nhúng đều chứa một v{i kiểu v{o ra
HungPN-HUST

Embedded System

9


Lĩnh vực ứng dụng
 C|c ứng dụng hệ nhúng được sử dụng rất rộng r~i
trong thực tế:
• Mobile phones
• Automotive applications (in cars, aerospace, traffic…).
• Domestic appliances (including dishwashers,

televisions, washing machines, microwave ovens,

video recorders, security systems, garage door
controllers).
• Medical equipment (drug delivery systems, MRI
scanners).
• Industrial equipment
• v.v…
HungPN-HUST

Embedded System

10


Ví dụ về hệ nhúng
 In Cars:

HungPN-HUST

Embedded System

11


Ví dụ về hệ nhúng
 Consumer electronics, home electronics, … .

HungPN-HUST

Embedded System

12


Ví dụ về hệ nhúng
M|y b|n h{ng tự động
- Vi điều khiển: 16-bit Hitachi H8/300H
Processors

- Cơ cấu chấp h{nh (motor, tay m|y)

B{n chải đ|nh răng
- Sử dụng vi điều khiển 8 bit

M|y ảnh kỹ thuật số

- Vi điều khiển DIGIC II Image
Processor
HungPN-HUST

Embedded System

13


Ví dụ về hệ nhúng
Chuột m|y tính được trang bị
bộ vi điều khiển 8 bit
- Bắt chuyển động, bắt phím

- Mã hóa, kết nối với m|y tính
Ổ cứng m|y tính

- Vi điều khiển 32 bit (ARM)
- Tích hợp bộ xử lý tín hiệu số

HungPN-HUST

Embedded System

14


Ví dụ về hệ nhúng
Sony Aibo ERS-7 Robotic Dog
- Vi điều khiển 64 bit MIPS R7000
- Hệ điều h{nh Aperios Sony’s Real Time
OS

Point of Sales System
- Vi xử lý Intel X86
- OS: Windows XP Embedded
HungPN-HUST

Embedded System

15


Ví dụ về hệ nhúng

 KIT FriendlyARM micro2440

HungPN-HUST

Embedded System

16


Ví dụ về hệ nhúng (Việt Nam)
Bkav SmartHome
- Hạ tầng mạng không d}y chuẩn Zigbee
- Hệ thống điều khiển 3D

- Tiết kiệm điện năng
- Tự động ho{n to{n theo c|c kịch bản được
thiết lập

Robot ToSy
-Vi xử lý hiệu năng cao
-Trí tuệ nh}n tạo

-Cơ khí chính xác
HungPN-HUST

Embedded System

17

1.2. Đặc trưng của hệ nhúng
 (1) Mục đích chuyên dụng (special-purpose):
• Thông thường, hệ nhúng được thiết kế để thực hiện
một chương trình nào đó, lặp đi lặp lại
• Thực hiện nhiều chức năng nhưng cùng một mục
đích

HungPN-HUST

Embedded System

18


Đặc trưng của hệ nhúng
 (2) Ràng buộc chặt chẽ bởi các yếu tố:
•
•
•
•
•

Chi phí
Hệ thống đơn giản
Dựa trên ít thành phần
Tốc độ xử lý
Năng lượng tiêu thụ

 (3) Giới hạn về tài nguyên:
• Hiệu năng bộ vi xử lý

• Dung lượng bộ nhớ

HungPN-HUST

Embedded System

19


Đặc trưng của hệ nhúng
 (4) Tính tương tác và đ|p ứng sự kiện thời gian
thực:
• Thường xuyên tương tác với các sự kiện bên ngoài
(reactive)
• Xử lý tính toán đ|p ứng thời gian thực (real time)

 (5) Thỏa mãn yêu cầu về:
• Độ tin cậy
• Khả năng chịu lỗi

 Ví dụ (in car):
• ABS
• airbag
HungPN-HUST

Embedded System

20

Đặc trưng của hệ nhúng
 (6) Phần cứng và phần mềm song hành:
• Phần mềm thường cài đặt cố định lên bộ nhớ trong
hệ nhúng (firmware)
• Thường lưu trữ trong bộ nhớ EEPROM hoặc FLASH

HungPN-HUST

Embedded System

21


1.3. Kiến trúc tổng quan hệ nhúng
 Sơ đồ ph}n lớp:

HungPN-HUST

Embedded System

22


Kiến trúc tổng quan hệ nhúng
 Sơ đồ khối kiến trúc tổng quan hệ nhúng

HungPN-HUST

Embedded System

23


Vi xử lý
 Processor:
• Một bộ xử lý độc lập không thể thực hiện được
nhiệm vụ gì.
• Cần giao tiếp với bộ nhớ (chứa chương trình, dữ
liệu), v{ thiết bị v{o ra (giao tiếp với thế giới bên
ngoài)

 Microprocessor:
• Bộ vi xử lý được chế tạo trên một chip/mạch tích
hợp.
• C|c dòng thường dùng: Intel, FreeScale IBM, MIPS,
ARM, SUN PARC, …
HungPN-HUST

Embedded System

24


Vi điều khiển
 Microcontroller: (Bộ vi điều khiển)
• Chứa bộ vi xử lý, bộ nhớ, c|c cổng v{o ra trên một
chip đơn, mạch tích hợp.
• Thường sử dụng trong c|c hệ nhúng
• Phạm vi rộng: AVRs, PICs, ARMs, …
• Kiến trúc: 8 bit, 16 bit, 32 bit, (64 bit).

• Bộ nhớ trong cùng chip hoặc phối ghép mở rộng
bên ngoài.

 SoC (System-on-chip):

HungPN-HUST

Embedded System

25