ДонНТУ   Портал магистров

Аннотация

Рассмотрено понятие встраиваемой системы и особенности ее архитектурной организации. Проанализированы области применения данных систем, а так же прикладные задачи, решаемые на их основе. Приведен анализ и примеры наиболее распространенных платформ для реализации встроенных систем. Особое внимание уделено применение встроенных систем в технологии «интернет вещей» и для автоматизации и управления транспортом.

Ключевые слова

Встраиваемая система, микроконтроллер, интернет вещей, управ¬ление транспортом.

Введение

Встроенной системой называется такая система, в составе которой имеется вычислительный элемент АЛУ (арифметико-логическое устройство), запоминающее устройство, подсистема ввода-вывода для управления периферийными устройствами, а так же, непосредственно, сами периферийные устройства. Такие системы, как правило, разделяются на устройство управления и управляемую часть. В качестве устройства управления обычно выступает микроконтроллер, управляемой же частью называют периферийные устройства. Большинство современных контроллеров имеют внутри себя АЛУ, запоминающее устройство (оперативное и, иногда, постоянное), а так же, в некоторых случаях, интерфейс для подключения внешних запоминающих устройств, внешние интерфейсы подсистемы ввода-вывода и опциональные периферийные устройства, такие как часы реального времени, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи и т.д.

Практика показывает, что такая система позволяет управлять большинством современных объектов управления в самых разнообразных сферах человеческой жизни. В быту ВсС (встраиваемые системы) применяются для автоматизации управления бытовыми приборами, системами освещения, подачи воды, климат контроля и т.д. На предприятиях и охраняемых объектах данные системы находят применения в различных системах безопасности и слежения. В производстве они используются для управления конвейерами и прочими производственными мощностями. Подобные системы, так же, используются в космической и военной промышленностях. По мере развития искусственного интеллекта становится возможным использование ВсС для управления автомобилями и другими транспортными средствами. В таблице 1 приведены некоторые области применения .

На данный момент существует огромное количество различных решений для разработки встраиваемых систем. В данной статье будут рассмотрены только наиболее популярные и универсальные из них, т.к. рассмотрение полного множества технологий не укладывается в формат данной статьи.

Платформы и средства разработки встроенных систем для интернет вещей

Достаточно популярной идеей в современном мире ИТ-технологий является концепция интернета вещей (Internet of Things, IoT). Она предполагает соединение отдельных встраиваемых систем, решающих различные конкретные задачи, в единую сеть для взаимодействия друг с другом и с внешней средой. В будущем подобные сети позволят реорганизовать общественные и экономические процессы в целях минимизации участия в них человека. На данный момент такая концепция еще не реализована в полном объеме, однако уже существуют платформы, решающие достаточно интересные задачи управления и мониторинга.

В 2015 г. компания Amazon анонсировала платформу Web Services IoT (рис. 1) [2].

Она имеет следующие возможности:

- реестр распознающих устройств;

- SDK для данных устройств;

- Device shadows – постоянное состояние каждого устройства;

- Device Gateway – безопасный канал связи между устройствами на базе НTTР 1.1, WebSockets или MQTT;

- Rules Engine – движок для преобразования сообщений от устройств и передачи их на серверы Amazon.

Следующим примером может служить Google Cloud IoT (рис. 2). Данная платформа входит в число лучших среди популярных IoT решений. Компания предоставляет не только средства для разработки встраиваемых систем, но и широкий спектр технологий для сбора и анализа данных, полученных с этих устройств.

Основные особенности технологии:

- оптимизация бизнеса;

- ускорение устройств;

- удешевление систем с помощью Cloud Service;

- партнерская экосистема.

Интерес также представляет система ThingsWorx IoT Platforms (рис. 3). По словам разработчиков – это лидирующая промышленная технология в области интернета вещей на сегодняшний день. Она позволяет осуществлять быструю разработку и развертывание приложений и систем в современном умном и объединенном мире ИТ-технологий.

ThingsWorx – это IoT платформа, спроектированная для корпоративной разработки.

Далее перечислены ее особенности:

- простое подключение устройств к платформе;

- снижение сложности из процесса разработки;

- распределение платформы между программистами для ускорения процесса разработки;

- интегрированное машинное обучение для автоматизации сложности аналитики больших данных;

- облачное развертывание и встраиваемые IoT решения.

Применение встраиваемых систем для автоматизации и управления транспортом

В автомобильной промышленности механические части все больше и больше замещаются электронными. При этом растет спрос на встраиваемые системы в этой области. В автомобилях ВсС используются, например, в системе управления дворниками, в комплексной системе безопасности и анти-угона, подушек безопасности, круиз-контроля и т.д. [3]. Примером может быть автомобиль Tesla. Салон автомобиля практически полностью лишен механических органов управления. Для манипуляций в центре торпеды расположен Full HD сенсорный экран, с помощью которого осуществляется управление [4].

Примером применения ВсС может служить система диспетчеризации карьерного транспорта, применяемая на Докучаевском флюсо-доломитном комбинате [5]. Внедрение системы позиционирования автомобилей, транспортирующих горную массу, с передачей полученных данных на диспетчерский пункт позволило существенно снизить непроизводственные потери и повысить производительность транспортных средств.

Система глобального позиционирования (рис. 4) реализована по технологии системы на кристалле (СнК) и осуществляет получение данных от спутников и передачу кодированных сообщений диспетчеру.

Прием и передача данных выполняется в «старт-стопном» режиме. При реализации на плате Spartan 3e разработанный контроллер занял около 1100 логических вентилей, что составляет около 12% площади кристалла.

Выводы

В данной статье были рассмотрены современные тенденции применения встраиваемых систем. Выполнен обзор наиболее популярных платформ для интернет-вещей и транс-портных систем.

Литература

1. Хамблер Д.О. Введение во встроенные системы и Windows Embedded CE [Элек-тронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.intuit.ru/studies/courses/1461/349/ lecture/8337 – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 26.03.2018).

2. Top 20 IoT Platforms in 2018 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://internetofthingswiki.com/top-20-iot-platforms/634/. – Заглавие с экрана. – (Дата обраще-ния: 26.03.2018).

3. Embedded Systems Role in Automobiles with Applications [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.edgefx.in/importance-of-embedded-systems-in-automobiles-with-applications/. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 26.03.2018).

4. Обзор бортовой системы в Tesla [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habrahabr.ru/company/mailru/blog/231627/. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 26.03.2018).

5. Malcheva R., Naaem H. Development of the data transferring system using SoC // European Scientific Journal, 2014. Vol.10. N7. PP.191-195.