Documentos sobre tecnología integrada (2)
Tecnología de aplicación de sistemas integrados
Presenta el significado, el desarrollo, la situación actual y las oportunidades que enfrenta mi país en los sistemas integrados, enfocándose en el hardware de los sistemas integrados y una breve descripción del sistema operativo integrado.
Microcomputadora de un solo chip; microcomputadora; sistema operativo; sistema integrado Linux
1. Definición y perspectivas de mercado de los sistemas integrados
Los sistemas integrados se refieren a aplicaciones. un sistema informático dedicado que se centra en la tecnología informática y puede adaptarse en software y hardware para cumplir con los estrictos requisitos de los sistemas de aplicación en cuanto a funcionamiento, confiabilidad, volumen y consumo de energía. Se compone principalmente de un microprocesador integrado, dispositivos de hardware periféricos, un sistema operativo integrado y software de aplicación, y se utiliza para controlar, monitorear y administrar otros dispositivos.
La PC se utiliza principalmente en el campo de la automatización de oficinas, y los sistemas integrados han penetrado en el trabajo y la vida de las personas, como el control industrial, la gestión del tráfico, los dispositivos de información, los sistemas de gestión inteligente del hogar, las redes POS y los sistemas electrónicos. comercio, medio ambiente Vigilancia, robótica y otros campos. Hoy en día, el valor de la producción industrial anual generado por los sistemas integrados ha superado los 65.438+0 billones de dólares estadounidenses. Un informe de la Conferencia Estadounidense de Sistemas Embebidos señaló que los productos de televisión totalmente digitales basados en sistemas informáticos integrados generarán un nuevo mercado de 1,5 billones de dólares al año en los Estados Unidos en los próximos cinco años. ¿También afirmó un alto directivo del gigante automovilístico estadounidense Ford? Ford vendido? ¿Poder de cálculo? ¿Ya superó a IBM? A partir de esto, podemos imaginar el tamaño y la amplitud de la industria de las calculadoras integradas. 1998 11 Internet integrado basado en RTOS se convirtió en un punto caliente de nueva tecnología en la Conferencia de Sistemas Integrados celebrada en California, EE. UU. Cuando el famoso futurista estadounidense Negroponte visitó China en junio de 1999, predijo que las herramientas (computadoras) de inteligencia integradas serían el mayor invento después de las computadoras personales e Internet en cuatro o cinco años. ¿Así se llama? ¿Era post-PC? concepto.
2. La etapa de desarrollo de los sistemas integrados
Los sistemas integrados existen desde hace más de 30 años. En los últimos años, la tendencia a la integración de computadoras, comunicaciones y electrónica de consumo se ha vuelto cada vez más obvia, al darse cuenta de la tendencia de la integración 3C. A lo largo de su proceso de desarrollo ha pasado por varias etapas.
La primera etapa es un sistema en forma de controlador programable (PLC) con un microcontrolador como núcleo, que tiene las funciones de monitoreo, servo y equipo indicador. La mayoría de estos sistemas se utilizan en algunos sistemas de control industrial profesionales, sin soporte de sistema operativo y solo utilizan control de programación en lenguaje ensamblador.
La segunda etapa se basa en el microcontrolador (también llamado unidad microcontroladora MCU). En este momento, el lenguaje de programación cambió del lenguaje ensamblador al lenguaje C. En esta etapa, las MCU son de varios tipos y precios bajos, y todavía desempeñan un papel importante.
La tercera etapa es el sistema integrado marcado por el sistema operativo integrado. En ese momento, los microcontroladores eran cada vez más rápidos y tenían cada vez más funciones. En este momento, el software se ejecuta principalmente en el sistema operativo integrado. El sistema operativo integrado puede ejecutarse en varios tipos de microcontroladores y tiene buena compatibilidad. La interfaz de usuario es amigable, hay una gran cantidad de API de interfaz de programación de aplicaciones y es sencillo desarrollar aplicaciones.
La cuarta etapa es el sistema embebido marcado por Internet. Con el desarrollo de Internet y la creciente integración de la tecnología de Internet con dispositivos de información y tecnología de control, los sistemas integrados se integran cada vez más con Internet a través de diversas formas de bus.
3. El hardware central del sistema integrado
El hardware central del sistema integrado es el microcontrolador, también conocido como microcontrolador (MCU). Es una microcomputadora en la que los componentes básicos de una computadora están miniaturizados e integrados en un solo chip. Normalmente, un chip contiene CPU, ROM, RAM, E/S paralela, E/S serie, temporizadores/contadores, control de interrupciones, reloj del sistema y bus del sistema. Con el desarrollo de la tecnología, las funciones integradas en el chip del microcontrolador son cada vez más potentes y se están desarrollando en la dirección de SoC (System on chip). Los microcontroladores tienen ventajas obvias, como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones potentes, rendimiento de alto costo y fácil promoción y aplicación. Han sido ampliamente utilizados en dispositivos de automatización, instrumentos inteligentes, control de procesos, comunicaciones, electrodomésticos y muchos otros campos.
En la actualidad, según estadísticas incompletas, el número total de procesadores integrados en el mundo ha superado los 1.000 y hay más de 30 series de arquitecturas populares, de las cuales 8.051 representan la mayoría. Hay más de 20 fabricantes de semiconductores que producen 8051 microcontroladores y más de 350 productos derivados.
Por lo general, según la cantidad de bits en el bus de datos del microcontrolador, los microcontroladores se dividen en computadoras de 4 bits, 8 bits, 16 bits y 32 bits.
Microcontrolador 3.1 de cuatro bits. El microcontrolador de cuatro bits es adecuado para diversos productos de consumo de pequeños electrodomésticos. Generalmente, los fabricantes de microcontroladores tienen sus propios productos de microcontroladores de cuatro bits, incluidos el MSM64164C de OKI, el MSM64481 de NEC y el 75006 de NEC. serie, serie SMC62 de Epson, etc.
Las áreas de aplicación típicas incluyen: dispositivos de entrada para PC (ratón, joysticks), cargadores de baterías (baterías de níquel-cadmio, baterías de litio), equipos deportivos, control de productos de audio y vídeo con pantallas LCD, dispositivos de control y control remoto. control de electrodomésticos en general, controles de juguetes, cronómetros, relojes, calculadoras, teléfonos multifunción y consolas de juegos LCD.
MCU 3.2 de ocho bits. Los microcontroladores de ocho bits son actualmente los microcontroladores más abundantes y utilizados. Tienen ventajas obvias, como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones potentes, rendimiento de alto costo y fácil promoción y aplicación. En la actualidad, se divide principalmente en la serie MCS-51 y sus modelos compatibles y microcontroladores que no pertenecen a la serie MCS-51.
Los productos compatibles con MCS-51 tienen una ventaja debido a sus completas herramientas de desarrollo y recursos de software y hardware. ATMEL, Philips y Winbond son los antiguos fabricantes de microcontroladores MCS-51. CYGNAL y ST también han lanzado nuevos productos. Entre ellos, ¿el nuevo modelo de ST? Los chips de la serie PSD tienen muchas funciones avanzadas, como FLASH de gran capacidad (128/256 KB), SRAM de 8/32 KB, A/D integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, UART bidireccional, soporte de programación ISP y aplicación en el sistema IAP. programación, etc , fue rápidamente aceptado por la mayoría de los 51 usuarios de microcontroladores. CYGNAL lanza el microcontrolador serie 51 C8051F Soc. Circuito A/D D/A integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, I C, SPI, bus CAN, tecnología FLASH, depuración de simulación JTAG, hasta 100MIPS.
Los microcontroladores que no son de la serie 51 se utilizan ampliamente en China, incluida la serie MOTOROLA68HC05/08, los microcontroladores PIC de MICROCHIP y los microcontroladores AVR de ATMEL.
Los microcontroladores de ocho bits se han utilizado ampliamente en dispositivos de automatización, instrumentos inteligentes, control de procesos, comunicaciones, electrodomésticos y muchos otros campos.
Microcontrolador 3.3 de dieciséis bits. La velocidad de computación y el rendimiento de datos de los microcontroladores de 16 bits mejoran enormemente en rendimiento en comparación con las computadoras de 8 bits. Los principales productos actuales incluyen la serie MCS-96/196 de INTEL, la serie MSP430 de TI y la serie 68HC11 de Motorola.
Los microcontroladores de dieciséis bits se utilizan principalmente en control industrial, instrumentación inteligente, equipos portátiles y otras ocasiones. Entre ellos, la serie MSP430 de TI se usa ampliamente en aplicaciones de bajo consumo debido a su consumo de energía ultrabajo.
3.4 Microcontrolador de 32 bits. Los microcontroladores de 32 bits son la tendencia de desarrollo de los microcontroladores. A medida que la tecnología se desarrolle, los costos de desarrollo y los precios de los productos disminuyan, seguirá el ritmo de las computadoras de 8 bits. Hay tantos fabricantes de microcontroladores de 32 bits como fabricantes de ordenadores de 8 bits. Motorola, Toshiba, Hitachi, NEC, Epson, Mitsubishi, Samsung, entre los que se utilizan ampliamente los microcontroladores ARM de 32 bits y las series MC683 y 68K de Motorola. Los MCU basados en núcleos ARM representaron el 75% del mercado de MCU de 32 bits en 2001.
3.5 Desarrollo de la tecnología de microcontroladores. Se puede ver en la historia del desarrollo de microcontroladores en los últimos 20 años que el desarrollo de la tecnología de microcontroladores está guiado por el desarrollo de la tecnología de microprocesador (MPU) y la tecnología VLSI, impulsado por una amplia gama de campos de aplicación, y presenta las siguientes características técnicas características.
Los microcontroladores de 8 y 32 bits se desarrollan juntos. Ésta es otra tendencia en el desarrollo actual de la tecnología de microcontroladores. Durante mucho tiempo, el desarrollo de la tecnología de microcontroladores se ha basado principalmente en ordenadores de 8 bits. A medida que los productos de alta tecnología, como las comunicaciones móviles, la tecnología de redes y la tecnología multimedia, llegan al hogar, la aplicación de los microcontroladores de 32 bits se ha desarrollado rápidamente.
Las MCU son cada vez más rápidas. Para mejorar la capacidad antiinterferente del microcontrolador, reducir el ruido y la frecuencia del reloj sin sacrificar la velocidad de computación es el objetivo del desarrollo de la tecnología de microcontrolador. Algunos fabricantes compatibles con el microcontrolador 8051 han mejorado la sincronización interna del microcontrolador y la velocidad de computación ha mejorado enormemente sin aumentar la frecuencia del reloj.
Los microcontroladores Motorola utilizan tecnología de bucle de bloqueo de fase o tecnología de multiplicación de frecuencia interna para hacer que la velocidad del bus interno sea mucho mayor que la frecuencia del generador de reloj. El microcontrolador 68HC08 utiliza un oscilador externo de 4,9MHz y el reloj interno alcanza los 32M. Samsung Electronics lanzó recientemente el núcleo del procesador ARM Halla de 1,2 GHz.
Bajo voltaje y bajo consumo energético. Casi todos los microcontroladores tienen modos operativos de ahorro de energía, como esperar y detener. El rango de tensión de alimentación admisible también es cada vez más amplio. Generalmente, los microcontroladores pueden funcionar en el rango de 3 ~ 6 V y los microcontroladores que funcionan con baterías ya no necesitan regular la fuente de alimentación. El límite inferior de suministro de energía para microcontroladores de bajo voltaje se redujo de 2,7 V a 2,2 V y 1,8 V, y se lanzaron microcontroladores con suministro de energía de 0,9 V.
Tecnología de bajo ruido y alta confiabilidad. Para mejorar la capacidad antiinterferencia electromagnética del sistema de microcontrolador, adaptar el producto a entornos de trabajo hostiles y cumplir con estándares más altos de compatibilidad electromagnética, varios fabricantes de microcontroladores han adoptado algunas medidas técnicas nuevas en los circuitos internos del microcontrolador. ¿Como la empresa ST? Los microcontroladores de la serie PSD han agregado un temporizador de vigilancia y los microcontroladores COP8 de NS han agregado circuitos anti-EMI. ¿Están mejorados? ¿Perro guardián? actuación.
ISP e IAP. En la programación de sistemas y programación de aplicaciones, los microcontroladores se programan a través de líneas de programación, datos en serie, líneas de reloj, etc. Compartido con líneas de E/S, eliminando la necesidad de agregar pines adicionales al microcontrolador. ISP brinda comodidad para el desarrollo y la depuración, haciendo realidad la depuración remota y la actualización de sistemas de microcontroladores.
4. Software de sistema integrado
El software de sistema integrado se ha desarrollado gradualmente desde el lenguaje ensamblador inicial hasta el lenguaje C avanzado. Ahora finalmente ha formado un sistema operativo con docenas de productos. como VxWorks, QNX, Nucleus,? Serie C/OS, Palm OS, Windows CE y Linux. Técnicamente hablando tiene las siguientes características.
(1) Se cree que con el creciente número de nuevos procesadores, el diseño de sistemas integrados es más fácil de trasplantar, lo que admite múltiples microprocesadores en poco tiempo.
(2)Los productos Linux se han utilizado ampliamente en sistemas integrados. Linux tiene un rendimiento estable, buena adaptabilidad, fácil desarrollo y uso y es adecuado para una variedad de procesadores integrados. Linux ha sido compatible con muchos fabricantes y los productos RT-Linux también han logrado grandes avances. Existe un gran potencial en electrodomésticos y control industrial.
5. Desarrollar y aplicar la tecnología de sistemas integrados independientes de China.
La arquitectura actual de PC está controlada y monopolizada por Wintel. En este ámbito, ahora no tenemos iniciativa y hay poco margen para la innovación. Los expertos estiman que será difícil lograr un gran avance dentro de diez años. Sin embargo, los sistemas integrados no tienen una arquitectura unificada, requieren una variedad de combinaciones de software y hardware, requieren mucha tecnología y tienen una gran capacidad de mercado. China tiene un margen ilimitado para la innovación en este campo. ¿Cómo qué? ¿Proyecto del chip Starlight China? ¿Es esta la primera vez que se utilizan chips multimedia digitales como un gran avance? ¿Núcleo Starlight One de China? Ser el primero en ingresar a proyectos estratégicos en el mercado internacional y estar en una posición de liderazgo a nivel internacional. Siempre ha sido líder en este campo. En el campo de los sistemas operativos, ¿hay algún producto lanzado por ChinaSoft? ¿Sistema operativo Linux integrado suave en tiempo real? Puede responder a interrupciones externas a nivel de microsegundos y proporcionar control preciso en tiempo real, operaciones concurrentes y mecanismos de sincronización para tareas e hilos en tiempo real.
6. Conclusión
Lo anterior presenta el significado de sistema integrado, así como su historial de desarrollo, hardware y sistema operativo integrado. Finalmente, se resumen las oportunidades que enfrenta China en los sistemas integrados, proporcionando una referencia para futuras investigaciones sobre sistemas integrados, con la esperanza de ser útiles para las personas en este campo.
¿Lo viste? ¿Papel con tecnología integrada? La gente todavía ve:
1. Artículos de investigación basados en el desarrollo de aplicaciones de sistemas integrados C/OS
2. Aplicación de la tecnología JNI en el desarrollo de software integrado.
3. Tesis de graduación de tesis de informática y tecnología
4. Colección completa de ensayos de muestra de tecnología electrónica.
5. Documentación técnica sobre microcontroladores