Gömülü Sistemler (Embedded Systems)
Tanım Gömülü Sistem (Embedded System): Programlanabilir bilgisayar içeren fakat kendisi genel amaçlı bilgisayar olmayan her türlü cihazdır. Gömülü Sistem (Embedded System): Gömülü sistem daha büyük sistemin bir paçası olarak bilgisayar içermektedir ve standart bilgisayar servisleri kullanıcıya sağlamaz.
Özel amaçlı bir bilgisayar sistemidir. (A special-purpose computer system) Adanmış birkaç görevi yerine getirmek için tasarlanmışlardır ve çoğu durumda gerçek zamanlı kısıtlar altında çalışmaktadırlar. Algılayıcılar (sensörler) ve aktüator (actuator) içeririler. Genellikle başka bir sistemin bir parçasıdırlar.
Genel Görünüm
Uygulama Alanları
Temel Özellikleri Güvenilirlik (Reliability) Yönetilebilirlik (Maintainability) Bulunabilirlik (Availability) Emniyetlilik (Safety) Güvenlilik (Security)
Aynı zamanda verimli olmalıdır (Efficiency) Bu bağlamda : Enerji Kod büyüklüğü (Code-size) Çalışma zamanlı (Run-time ) Ağırlık (Weight ) Maliyet (Cost ) gibi kavramlar gözönünde bulundurulmalıdır. Bu sistemlerin bir çoğunun gerçek zamanlı çalışmaları gerekmektedir. (real-time constraints)
Karşılaştırma Gömülü Sistemler Genellikle tek bir uygulama barındırırlar. Son kullanıcı tarafından programlanamazlar. Çok fazla sistem gereksinimi yoktur. Stabilite önemlidir. (Çoğu zaman tek bir göreve adanmışlık) Genel Amaçlı PC ler Üzerlerinde çok çeşitli uygulama barındırırlar. Son kullanıcı tarafından programlanabilirler. Performans ve hız önemlidir.
Gömülü Sistemin Çalışması
Gömülü Sistemlerde Kullanılan Mikroişlemciler
Moore s Law Moore, Cramming more components onto integrated circuits, Electronics Magazine, 1965. Component counts double every year Image source: Intel 16
Number of transistors on an integrated circuit doubles ~ every two years
Von Neumann Mimarisi
CPU-Memory
Harvard Mimarisi
RISC vs CISC
Multiple implementations of an ISA
Application Specific Integrated Circuits (ASIC) Custom-designed circuits necessary if ultimate speed or energy efficiency is the goal and large numbers can be sold. Approach suffers from long design times, lack of flexibility (changing standards) and high costs Image Signal Processor ASIC for High-Quality CCD Camera
Field-programmable gate array (FPGA) FPGA (Field Programmable Gate Array - Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri), programlanabilir mantık blokları ve bu bloklar arasındaki ara bağlantılardan oluşan ve geniş uygulama alanlarına sahip olan sayısal tümleşik devrelerdir. Tasarımcının ihtiyaç duyduğu mantık işlevlerini gerçekleştirme amacına yönelik olarak üretilmiştir.
FPGA (devam ) FPGA'in içerisine gömülecek devrenin tasarımı 2 yolla yapılmaktadır. Birincisi şematik tasarımla (Şematik) devre elemanlarının teker teker yerleştirilip aralarındaki bağlantıların şematik üzerinde yapılmasıdır. İkincisi ise Donanım tanımlama dili olan Verilog veya VHDL'den birini kullanarak tasarlanacak devrenin davranışı tanımlamaktır.
System on a Chip (SoC) Bu yapı bilgisayarın tüm bileşenlerini aynı mikrokontrolcüde olduğu gibi tek bir entegre devre içerisine yerleştirir. SoC: PXA270
System on Chip (devam ) SoC her ne kadar mikrodenetleyici ile benzerlik gösterse de farklılığı mevcuttur. Mikrokontrolcüler genellikle 100 kb RAM ve tek işlemcili sistemler iken SoC ler daha güçlü işlemciler ve OS leri üzerlerinde barındırılar.
AMD Am286ZX/LX, SoC based on 80286 Microcontroller-based system on a chip
Intel Galileo, Intel Quark Soc X1000 işlemcisine sahiptir.
Neden Mikroişlemciler Tercih Ediliyor? FPGA ler ve özelleştirilmiş lojik elemanlara bir alternatiftir. Mikroişlemciler genellikle oldukça verimlidir. Aynı işlemci ile pek çok farklı fonksiyonu yerine getirmek mümkündür. Mikroişlemci ürün ailelerinin tasarımını basitleştirmektedir.
Performans Paradoksu