Встраиваемые микропроцессоры

Встраиваемый микропроцессор -это, по сути, модель поведения процессора, выполненная на языке HDL (Hardware Description Language - язык описания аппаратуры интегральных схем). Он поставляется в виде так называемого IP-ядра. IP в данном случае — это аббревиатура от Intellectual Property (интеллектуальная собственность), то есть разработчику предоставляется право пользоваться интеллектуальной собственностью на описание МП.

Встроенный микропроцессор иначе встроенная система функционирует непосредственно в устройстве, которым управляет

Отличается 

• минимальным собственным энергопотреблением,
• минимальным весом и габаритами,
• собственная защита корпуса минимальна,
• теплоотвод обеспечивает минимум требований тепловых режимов,
• микропроцессор и ключевые микросхемы по возможности совмещены на одном кристалле

Основой построения простых встроенных систем часто служат одноплатные (однокристальные) ЭВМ,( Простейший ОМК представляет собой БИС (большая интегральная схема)площадью не более 1 см и всего с восемью выводами.) специализированные или универсальные микропроцессоры (предназначены для построения операционных блоков вычислительных устройств с разрядностью, кратной восьми, выполняют арифметические, логические и регистровые функции), ПЛИС. Для построения некоторых видов встроенных систем широко используют микропроцессоры архитектуры ARM.

Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма ПЛИС - электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования

Advanced RISC Machine, Acorn RISC Machine, усовершенствованная RISC -машина — семейство лицензируемых 32-битных и 64-битных микропроцессорных ядер. Микропроцессоры типа RISC (Вычислитель с сокращенным набором команд)содержат набор только простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложных команд в микропроцессоре производится их автоматическая сборка из простых. В этих МП на выполнение каждой простой команды за счет их наложения и параллельного выполнения тратится 1 машинный такт

Областью применения встроенных систем являются:

• Средства автоматического регулирования и управления техпроцессами, например авионика, контроль доступа.
• станки с Числовым Программным Управлением.
• банкоматы, платёжные терминалы.
• телекоммуникационное оборудование.

Любая механическая или электрическая  система, которая имеет в своем  составе устройство управления, выполненное  на основе вычислителя, являющегося неотъемлемой составной частью этой системы, называется встраиваемой системой.  Все вычислители обязательно состоят из следующих функциональных блоков: центрального процессора (ЦП), запоминающего устройства (ЗУ) устройств ввода/вывода (УВВ) и межмодульных магистралей. Центральный процессор содержит в себе арифметико–логическое устройство (АЛУ), устройство управления и некоторое количество регистров.

Следует различать вычислители  общего применения, которые называют компьютерами, и вычислители встраиваемых систем. Компьютер общего применения, например ноутбук, может выполнять  множество программ, начиная от текстового редактора, заканчивая сложными расчетными задачами моделирования механических конструкций и электронных схем. Вычислитель встраиваемой системы, который может быть реализован на процессоре с не меньшей вычислительной производительностью, чем ноутбук, выполняет только специальную программу  управления. При этом вычислитель встраиваемой системы может иметь дополнительные аппаратные средства, которые будут отличать его от компьютера общего применения.

Большинство современных  встраиваемых систем выполняется на основе микроконтроллеров (МК) — вычислителей, все функциональные блоки которых объединены на одном полупроводниковом кристалле.

Большое количество встраиваемых систем могут быть реализованы как  на МК с соответствующей управляющей  программой, так и на основе высокоинтегрированной жесткой логики, например, на программируемых логических ИС. Первое решение обладает большей гибкостью, поскольку управляющая программа может быть многократно доработана без изменения аппаратного решения устройства. Второе решение обязательно будет более быстродействующим по сравнению с первым. Возможны и комбинированные варианты решения, при которых часть функций будет возложена на МК, а часть — на устройства жесткой логики.

Встраиваемая микропроцессорная  система должна отвечать следующим  требованиям:

1. Работа в реальном времени - Когда мы говорим, что встраиваемая система должна работать в реальном масштабе времени, мы подразумеваем, что система должна производить определенные вычисления за строго определенные временные интервалы.
2. Миниатюризация размеров - Очень часто геометрия печатной платы системы определяется корпусом того устройства, для которого она предназначается.
3. Минимизация энергии потребления - современные встраиваемые системы должны работать в условиях резкого ограничения потребляемой энергии, поскольку число встраиваемых систем с автономным питанием непрерывно возрастает. К тому же пользователи предъявляют все большие требования к миниатюризации систем.  Для ограничения энергии потребления разработчики используют  снижение частоты тактирования МК. Однако такая мера имеет ограничение, поскольку для любой задачи реального времени имеется ограничение снизу по вычислительной производительности. Другим решением (или дополнительным к первому) является временное отключение питания тех периферийных модулей МК, которые в данный момент исполнения программы не используются.
4. Многозадачность - Большинство встраиваемых систем должно обслуживать в реальном времени сразу несколько внешних устройств. Решением является использование одного высокоскоростного МК или мультипроцессорной системы, в которой для каждой задачи будет использован собственный микропроцессор или микроконтроллер.
5. Минимизация стоимости
6. Ограничение объема памяти - объем резидентной памяти МК оказывает существенное влияние на его стоимость.