Podela procesora- Chapter 2 -

Podela sistemaPodela sistema

Računarski sistemi se dele na:

1. Embedded - Multimedia sistemi, Video igre, Elektronika u automobilu, 2. General purpose processors – PC mašine

99% od svih sistema su embedded, a svega 1% su GPP

What are embedded systems?

Embedded systems are electronic systems that execute a limited number of fixed tasks.

Because the tasks do not change during the lifespan of an embedded system, it is not general programmable in the way that a personal computer or workstation is.

Examples of embedded systems are controller in washing machine or in a compact disk player, the automatic pilot in an aircraft, the controller of a robot arm.

What is an embedded system?

- another alternative definition -

Embedded systems are electronic devices that incorporate microprocessors within their implementations.

The main purposes of the microprocessors are to simplify system design and provide flexibility.

Unlike PCs, however, ESs may not have a disk drive and so the software is often stored in a read-only memory (ROM) chip.

This means that modifying the software requires either replacing or “reprogramming” the ROM

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? u odnosu na mašine opšte namene?

1) Embedded sistemi su namenjeni da obavljaju specifične zadatke dok se PC računari prvenstveno koriste kao računarske mašine opšte namene. Tako na primer, mobilni srčani monitor/defibrilator je namenski sistem koji nadgleda rad srca i od koga se ne očekuje da izvršava aplikacije tipa Word procesor pa zbog toga se znatno razlikuje od Pentium PC zasnovane mašine koja može da izvršava veliki broj raznih složenih aplikacija.

2) Rad embedded sistema podržan je od strane širokog dijapazona procesora i procesorskih arhitektura. Za razliku od ovakvog pristupa, najveći broj inženjera koji se bave računarstvom nisu skoro nikad radili ili programirali na bilo kojoj platformi osim na x86 Intel. Sa druge strane, projektanti embedded sistema koriste danas više od 140 različitih mikroprocesora koji se nude od strane više od 40 različitih komapanija koje proizvode ove čipove, tako da se oni suočavaju sa jednim velikim problemom a to je izbor-procesora.

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? – u odnosu na mašine opšte namene? –

nast.nast.3) Embedded sistemi treba da su jeftini. Često se kaže da ako projektant

embedded sistema, koji se aplicira kao računarski sistem za upravljanje radom motora kod automobila, uštedi 1 evro, on će biti proglašen za heroja od strane kompanije za proizvodnju automobila. Kada se govori o ceni tu se pre svega misli na cenu celog sistema uključujući procesor, štampanu ploču, napajanje, periferije, itd.

4) Embedded sistemi imaju ograničenja koja se odnose na rad u realnom vremenu. Ograničenja se mogu svrstati u sledeće dve kategorije: a) vremensko osetljiva ograničenja (time sensitive constraints) - ako je inkjet štampaču potrebno vvreme od 4.5 ms da odštampa jedan red, a on to uradi za period od 6.3 ms, tada će umesto tri stranice on štampati dve stranice u minuti; i b) vremensko kritična ograničenja (time critical constraints) - upravljanje putanjom po kojoj se kreće raketa kada se gađa borbeni avion u letu je tipičan primer kod koga ni do kakvog kašnjenja u procesiranju signala ne sme doći, jer će avion pobeći dometu rakete.

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? – u odnosu na mašine opšte namene? –

nast.nast.

5) Ako embedded sistem koristi operativni sistem to obično mora biti RTOS (Real Time Operating System). Svakom zadatku se zadaje vremenski period za koji on treba da se završi. Ako CPU nema dovoljno vremena da to obavi, tada taj problem ostaje da reši projektant sistema.

6) Implikacije softverskih grešaka su značajno serioznije kod embedded sistema u odnosu na desktop sisteme. Tragične posledice koje mogu biti uzrok pogrešno određene radijacione doze kod medicinskih uređaja su znatno ozbiljnije od grešaka koje nastaju kod unošenja teksta u Word-u.

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? – u odnosu na mašine opšte namene? –

nast.nast.7) Embedded sistemi se u velikom broju slučajeva izrađuju kao baterijsko

napajani uređaji pa zbog toga je imperativ da se oni izvode kao sistemi sa minimalnom potrošnjom. Zahtevi za ograničenom potrošnjom su diktirani od strane CPU-ove taktne frekvencije, broj aktivnih elektronskih komponenata (CPU, RAM, ROM, U/I uređaji), i td. Sa tačke gledišta projektanta softvera, ograničenja u potrošnji postaju dominantna sistemska ograničenja, koja diktiraju izbor softverskih sredstava, obima memorije, i performansi.

8) Embedded sistemi moraju da rade u ekstremnim ambijentalnim uslovima. Ovi sistemi se danas ugrađuju takoreći svuda: u avionima, kolima, medicinskim uređajima, satelitima, procesnoj industriji, kućnim aparatima, i td. Ambijentalni uslovi često diktiraju stroge zahteve u pogledu visoke-pouzdanosti u radu, mikro-potrošnje, rada u realnom vremenu, jednostavnosti upravljanja, i td.

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? – u odnosu na mašine opšte namene? –

nast.nast.9) Embedded sistemi imaju ugrađeno daleko manji broj sistemskih

resursa u poređenju sa desktop sistemima. Ilustracije radi, jednu tipičnu konfiguraciju PC mašine čine sledeći resursi: CPU koji radi na frekvenciji 3 GHz, 2 GB RAM, 512 MB keš, 300 GB hard disk, 19-inčni LCD monitor, mrežna kartica, miš, tastatura, i dr. U samom sistemu je implementiran veći broj magistrala kakve su: procesorska, AGP, PCI, ISA, SCSI, USB, RS-232, i paralelna. Sa druge strane, sagledajmo složenost jednog embedded sistema koji se ugrađuje u video plejer. Ovakav sistem čini manji broj resursa, CPU koji radi na nižoj frekvenciji, memorija manjeg kapaciteta, nema hard disk, monitor je manjih dimenzija, nema miš, tastaturu čini nekoliko dirki, i dr.

10) Embedded sistemi čuvaju sav svoj objektni kôd u ROM-u. Zbog niske cene, mikro-potrošnje, i td. postoje ograničenja u pogledu ugrađenog memorijskog prostora. Takođe, s obzirom da je RAM prostor ograničen, postoje i specifični zahtevi koji se odnose na aspekte testiranja i debagiranja ovakvih sistema. Recimo, kako se može postaviti break-point (prekidna tačka) u programu ako se on izvršava iz ROM prostora.

Zbog čega su Zbog čega su embedded embedded sistemi različiti sistemi različiti u odnosu na mašine opšte namene? – u odnosu na mašine opšte namene? –

nast.nast.

11) Embedded sistemi zahtevaju korišćenje specijalnih sredstava i metoda za projektovanje. Recimo, ROM emulator se obično koristi kao hardware-assist uređaj za razvoj.

12) Embedded mikroprocesori obično imaju implementirano namenska debugging kola (watchdog tajmeri, self-test kola, i td.).

How ES are characterized - continued

program m abilityre str ic ted to n um berd irecto ry,ring m e lo dy, ...

id le m ost o f the tim e,real tim e p ro cessingw h en activ e

sm all s ize ,low pow erconsu m ption ,low fab rica tion cost

ap p lica tio n - sp ec ific : reac tive : e ffic ien t:

Application areas The following list comprises key areas in which ESs are used:

automotive electronics

aircraft electronics

trains

telecommunication

medical systems

military applications

authentication circuits

consumer electronics

fabrication equipment

smart buildings

robotics

An ES example - a digital camera

Microcontroller

CCD preprocessor Pixel coprocessorA2D

D2A

JPEG codec

DMA controller

Memory controller ISA bus interface UART LCD ctrl

Display ctrl

Multiplier/Accum

Digital camera chip

lens

CCD

Microcontroller

CCD preprocessor Pixel coprocessorA2D

D2A

JPEG codec

DMA controller

Memory controller ISA bus interface UART LCD ctrl

Display ctrl

Multiplier/Accum

Digital camera chip

lens

CCD

Microcontroller

CCD preprocessor Pixel coprocessorA2D

D2A

JPEG codec

DMA controller

Memory controller ISA bus interface UART LCD ctrl

Display ctrl

Multiplier/Accum

Digital camera chip

lens

CCD

Single-functioned -- always a digital camera Tightly-constrained -- Low cost, low power, small, fast Reactive and real-time -- only to a small extent

General-purpose processors

IR PC

Registerfile

GeneralALU

DatapathController

Program memory

Assembly code for:

total = 0for i =1 to …

Control logic and

State register

Datamemory

IR PC

Registerfile

GeneralALU

DatapathController

Program memory

Assembly code for:

total = 0for i =1 to …

Control logic and

State register

Datamemory

Programmable device used in a variety of applications

Also known as “microprocessor”

Features Program memory General datapath with large register file and general ALU

User benefits

Low time-to-market and NRE costs High flexibility

“Pentium” the most well-known, but there are hundreds of others