Thuyết trình môn công nghệ phần mềm Chủ đề Embedded Systems

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN
Môn học: Công Nghệ Phần Mềm

Chương 20 - Embedded Systems
Học viên thực hiện:
1. Lê Thị Huế
2. Trần Thông Trung
3. Phạm Đình Cường
4. Nguyễn Tiến Thụy
5. Phạm Quốc Tuấn
6. Lê Mạnh Tân
Hà Nội, 12/2016


Nội dung trình bày

Thiết kế hệ thống nhúng
Mô hình kiến trúc
Phân tích thời gian
Hệ điều hành thời gian thực


THIẾT KẾ
HỆ THỐNG NHÚNG


Thiết kế hệ thống nhúng
 Phần mềm nhúng
 Responsiveness

 Khái niệm về hệ thống PM thời gian thực
 Đặc điểm của hệ thống nhúng
 Thiết kế hệ thống nhúng
 Hệ thống phản ứng
 Kích thích và phản ứng đối với một hệ thống báo động chống trộm
 Mô hình tổng quát của một hệ thống nhúng thời gian thực
 Các thành phần của hệ thống
 Hoạt động của quá trình thiết kế
 Mô hình hệ thống thời gian thực


Phần mềm nhúng
Máy tính được sử dụng để kiểm soát một loạt các hệ thống từ các máy đơn giản, các trò chơi điều khiển,
cho đến toàn bộ nhà máy sản xuất.

Phần mềm phải phản ứng với các sự kiện được tạo ra bởi phần cứng và thường là tín hiệu điều khiển vấn
đề để đáp ứng với những sự kiện này.

Các phần mềm trong các hệ thống được nhúng trong phần cứng hệ thống, thường là trong bộ nhớ chỉ đọc,
và thường phản ứng, trong thời gian thực đối với các hoạt động từ môi trường của hệ thống.


Responsiveness (phản ứng)
Phản ứng trong thời gian thực là sự khác biệt quan trọng giữa các hệ thống nhúng và các hệ thống phần
mềm khác, chẳng hạn như hệ thống thông tin, hệ thống dựa trên web hoặc các hệ thống phần mềm cá
nhân.

Trong một hệ thống thời gian thực, tính chính xác phụ thuộc cả vào việc ứng phó với một đầu vào và thời
gian thực hiện để tạo ra phản ứng đó.

Khái niệm hệ thống PM thời gian thực

Một hệ thống phần mềm thời gian thực là một hệ thống phần mềm mà tính đúng đắn của

hệ thống phụ thuộc vào kết quả được thực hiện bởi hệ thống và thời điểm mà kết quả đó
được tạo ra.
Một hệ thống thời gian thực mềm là khi hệ thống hoạt động với yêu cầu thỏa mãn ràng
buộc trong khung thời gian mềm, nếu vi phạm và sai lệch nằm trong khoảng cho phép thì
hệ thống vẫn có thể hoạt động và chấp nhận được.
Một hệ thống phần mềm thời gian thực cứng (A hard real-time system) là khi hệ thống
hoạt động với yêu cầu thỏa mãn sự ràng buộc trong khung thời gian cứng tức là nếu vi
phạm thì sẽ dẫn đến hoạt động của toàn hệ thống bị sai hoặc bị phá hủy





Đặc điểm của hệ thống nhúng

Các hệ thống nhúng thường chạy liên tục và không chấm dứt.
Tương tác với môi trường của hệ thống là không kiểm soát được và không thể đoán trước
Có thể có các hạn chế vật lý (ví dụ điện) làm ảnh hưởng đến thiết kế của một hệ thống.
Tương tác phần cứng trực tiếp có thể là cần thiết.
Các vấn đề về an toàn và độ tin cậy có thể chiếm ưu thế trong thiết kế hệ thống.


Thiết kế hệ thống nhúng
Quá trình thiết kế cho các hệ thống nhúng là một hệ thống quy trình kỹ thuật, trong đó các nhà thiết kế phần
mềm phải xem xét cụ thể về thiết kế và hiệu suất của hệ thống phần cứng.

Một phần của quá trình thiết kế hệ thống có thể liên quan đến việc quyết định mà hệ thống khả năng sẽ được
thực hiện trong phần mềm và phần cứng.

Quyết định mức độ thấp về phần cứng, phần mềm hỗ trợ và thời gian hệ thống phải được xem xét sớm trong
quá trình này.

Những hạn chế sự linh hoạt của thiết kế hệ thống và có thể có nghĩa là phần mềm chức năng bổ sung.


Hệ thống phản ứng

Với một kích thích, hệ thống phải tạo ra một phản ứng hoặc phản hồi
trong vòng một thời gian quy định. Có 2 loại kích thích:
Kích thích tuần hoàn.
Kích thích không tuần hoàn.


Kích thích và phản ứng đối với một hệ thống báo động chống
trộm


Mô hình tổng quát của một hệ thống nhúng thời gian thực


Architectural considerations
Bởi vì sự cần thiết để đáp ứng nhu cầu thời gian thực bằng cách kích thích khác nhau / hồi đáp, các
kiến trúc hệ thống phải cho phép nhanh chóng chuyển đổi giữa các bộ xử lý chính xác.

Sensor and actuator processes


Các thành phần của hệ thống
(System elements)

Quy trình kiểm soát cảm biến
Xử lý dữ liệu
Quy trình kiểm soát thiết bị truyền động


Hoạt động của quá trình thiết kế

Platform selection (Lựa chọn nền tảng)
Stimuli/response identification (Xác định kích thích/ trả lời)
Timing analysis (Phân tích thời gian)
Process design (Thiết kế quy trình)
Algorithm design (Thiết kế thuật toán)
Data design (Thiết kế dữ liệu)
Process scheduling ( quy trình lập kế hoạch)


Phối hợp tiến trình

Quy trình trong một hệ thống thời gian thực phải được phối hợp và chia sẻ thông tin.
Đảm bảo cơ chế phối hợp quy trình loại trừ lẫn nhau để chia sẻ tài nguyên.
Khi một tiến trình được sửa đổi một nguồn tài nguyên chia sẻ, quá trình khác không nên thay
đổi nguồn tài nguyên đó.

Khi thiết kế các quá trình trao đổi thông tin, bạn phải đưa vào tài khoản thực tế là các quá

trình này có thể chạy ở tốc độ khác nhau.


Producer/consumer processes sharing a circular buffer


Mô hình hệ thống thời gian thực

Khi một sự kích thích được nhận, điều này có thể gây ra một quá trình chuyển đổi
sang một trạng thái khác nhau

Mô hình trạng thái thường được sử dụng để mô tả các hệ thống nhúng thời gian
thực.

Sử dụng sơ đồ trạng thái UML để hiển thị các trạng thái và chuyển trạng thái trong
một hệ thống thời gian thực.


Mô hình máy trạng thái của một trạm xăng


Chương trình thời gian thực
Ngôn ngữ lập trình cho phát triển các hệ thống thời gian thực phải bao gồm thiết bị để truy cập vào hệ thống
phần cứng, và có thể dự đoán được thời gian của các hoạt động cụ thể trong các ngôn ngữ.

Ngôn ngữ lập trình hệ thống, chẳng hạn như C, cho phép mã hiệu quả được tạo ra cũng được sử dụng rộng
rãi ưu thế hơn các ngôn ngữ Java.


MÔ HÌNH KIẾN TRÚC

Giới thiệu
Các mô hình được bàn luận ở đây là mô hình kiến trúc mô tả một cấu trúc tổng thể của một hệ thống nhúng.

Những mô hình thiết kế dùng để kiểm soát việc thực thi, truyền thông, phân bổ nguồn lực, sự an toàn và độ
tin cậy cho hệ thống.

Những mô hình kiến trúc này là sự khởi đầu cho một thiết kế hệ thống nhúng. Tuy nhiên chúng không phải
là mẫu thiết kế, do đó phải tối ưu hóa cấu trúc quy trình để đảm bảo không có quá nhiều quy trình và cần có
một sự tương ứng rõ ràng giữa các quy trình, các cảm biến và cơ chế truy xuất trong hệ thống.


Giới thiệu
1. Mô hình Giám sát và Phản ứng được sử dụng khi một bộ cảm biến hệ thống được giám sát thường xuyên
và cần hiển thị.

2. Mô hình Kiểm soát môi trường được sử dụng khi một hệ thống bao gồm các cảm biến để cung cấp thông
tin và cơ cấu vận hành

3. Mô hình Quy trình đường ống được sử dụng chuyển đổi dữ liệu từ được một đại diện khác trước khi được
xử lý.


I. Mô hình Quan sát và phản ứng
Hệ thống giám sát là một phần quan trọng của các hệ thống nhúng thời gian thực
Một hệ thống Giám sát theo dõi thông qua một bộ cảm biến và hiển thị trạng thái của môi trường
bằng một số cách: có thể trên một màn hình được xây dựng hoặc trên một màn hình từ xa.

Khi xuất hiện một số sự kiện hoặc trạng thái cảm biến bất thường được phát hiện bởi hệ thống, hệ

thống giám sát sẽ đưa ra một số phản ứng hành động.