Documentos sobre tecnología integrada(2)

Documento sobre tecnología integrada, parte 2

Tecnología de aplicación de sistemas integrados

Resumen Este artículo presenta el significado, el desarrollo, la situación actual y el desarrollo de los sistemas integrados en mi país. Las oportunidades que enfrenta el sistema se centran en el hardware del sistema integrado y explican brevemente el sistema operativo integrado.

Palabras clave microcontrolador; sistema operativo; sistema integrado

1. Definición y perspectivas de mercado de los sistemas integrados

Los sistemas integrados se refieren a aplicaciones. Sistema que se centra en la tecnología informática y cuyo software y hardware se pueden adaptar 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 microprocesadores integrados, dispositivos de hardware periféricos, sistemas operativos integrados y software de aplicación, y se utiliza para controlar, monitorear y administrar otros dispositivos.

Las PC se utilizan principalmente en el campo de la automatización de oficinas, mientras que 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, vigilancia ambiental, robótica y otros campos. Hoy en día, el valor de la producción industrial anual aportado por los sistemas integrados ha superado el billón de dólares estadounidenses. Un informe de la Conferencia de Sistemas Integrados celebrada en los Estados Unidos en 1997 señaló que en los próximos cinco años, los productos de televisión totalmente digitales se basarán únicamente en computadoras integradas. Los sistemas crearán un nuevo mercado de 150 mil millones de dólares al año en los Estados Unidos. Un alto directivo del gigante automovilístico estadounidense Ford también afirmó que la potencia informática vendida por Ford ha superado a la de IBM. A partir de esto, podemos imaginar la escala y la amplitud de la industria de las calculadoras integradas. En la Conferencia de Sistemas Integrados celebrada en California, EE. UU., en noviembre de 1998, Internet integrado basado en RTOS se convirtió en un nuevo punto de acceso tecnológico. Cuando el famoso futurista estadounidense Negroponte visitó China en enero de 1999, predijo que las herramientas (informáticas) inteligentes integradas serán el mayor invento después de la PC e Internet en 4 o 5 años. Este es el concepto de la llamada "era post-PC".

2. Etapa de desarrollo del sistema integrado

La aparición de los sistemas integrados tiene una historia de más de 30 años. En los últimos años, la tendencia de integración de computadoras, comunicaciones y electrónica de consumo se ha vuelto cada vez más obvia, creando la tendencia de la integración 3C. A lo largo de su historia de desarrollo, ha pasado aproximadamente por varias etapas.

La primera etapa es un sistema en forma de controlador programable (PLC) con un solo chip como núcleo, que tiene las funciones de monitoreo, servo e indicador de equipo. La mayoría de estos sistemas se utilizan en algunos sistemas de control industrial altamente profesionales. No están soportados por el sistema operativo y sólo se programan y controlan mediante lenguaje ensamblador.

La segunda etapa se basa en el microcontrolador (también conocido como microcontrolador MCU Microcontroller Unit). En este momento, el lenguaje de programación cambia del lenguaje ensamblador al lenguaje C. Hay muchos tipos de MCU en esta etapa, sus precios son más 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 y tiene una gran cantidad de API de interfaz de programa de aplicación, lo que facilita el desarrollo de 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 están integrando 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). Miniaturiza e integra los componentes básicos. de la computadora Una microcomputadora en un chip generalmente contiene CPU, ROM, RAM, E/S paralela, E/S serie, temporizador/contador, control de interrupciones, reloj del sistema y bus del sistema, etc.

Con el desarrollo de la tecnología, las funciones integradas de los microcontroladores se están volviendo cada vez más poderosas y se están desarrollando en la dirección de SoC (System on chip). Los microcontroladores tienen ventajas significativas, como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones sólidas, alta relación rendimiento-precio y fácil promoción y aplicación. Se utilizan cada vez más en muchos campos, como dispositivos de automatización, instrumentación inteligente, control de procesos, comunicaciones y. electrodomésticos.

Según estadísticas incompletas, el número total de procesadores integrados en el mundo ha superado las 1.000 variedades y hay más de 30 series de arquitecturas populares, de las cuales 8.051 sistemas representan la mayoría. Hay más de 20 fabricantes de semiconductores que producen 8051 microcontroladores y más de 350 productos derivados. Por lo general, los microcontroladores se dividen en computadoras de 4, 8, 16 y 32 bits según la cantidad de bits en el bus de datos del microcontrolador.

3.1 Microcontrolador de cuatro bits. Los microcontroladores de cuatro bits son adecuados para su uso en diversos productos de consumo de electrodomésticos más pequeños. Los fabricantes generales de microcontroladores tienen sus propios productos de microcontroladores de cuatro bits, incluidos MSM64164C y MSM64481 de OKI, la serie 75006 de NEC, la serie SMC62 de EPSON, etc.

Las áreas de aplicación típicas incluyen: dispositivos de entrada de PC (ratón, joystick), cargadores de baterías (baterías de Ni-Cd, baterías de litio), equipos deportivos, control de productos de audio y vídeo con dispositivos de pantalla LCD, controles generales de electrodomésticos. y controles remotos, controles de juguetes, cronómetros, relojes, calculadoras, teléfonos multifunción y consolas de juegos LCD.

3.2 Microcontrolador de ocho bits. Los microcontroladores de ocho bits son actualmente los microcontroladores más diversos y utilizados. Tienen importantes ventajas, como tamaño pequeño, bajo consumo de energía, funciones potentes, alta relación rendimiento-precio 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 dominan 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 que también han lanzado nuevos productos. entre los cuales la serie PSD recientemente lanzada por ST tiene FLASH de gran capacidad (128/256 KB), SRAM de 8/32 KB, A/D integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, UART bidireccional y admite programación en el sistema ISP y muchos Las funciones avanzadas, como la programación IAP en aplicaciones, han sido aceptadas rápidamente por la mayoría de los 51 usuarios de microcontroladores. CYGNAL ha lanzado la serie C8051F del microcontrolador serie 51 de Soc. Circuito A/D D/A integrado, vigilancia, circuito de reinicio de encendido, I C, SPI, bus CAN, tecnología FLASH, depuración de simulación JTAG y alcanza un máximo de 100 MIPS

Microcontroladores que no son de la serie 51 en China Los más utilizados incluyen la serie MOTOROLA68HC05/08, el microcontrolador PIC de MICROCHIP y el microcontrolador AVR de ATMEL.

Los microcontroladores de ocho bits se utilizan ampliamente en muchos campos, como dispositivos de automatización, instrumentación inteligente, control de procesos, comunicaciones y electrodomésticos.

3.3 Microcontrolador de dieciséis bits. La velocidad de funcionamiento y la capacidad de rendimiento de datos de los microcontroladores de 16 bits mejoran enormemente en rendimiento en comparación con los microcontroladores de 8 bits. Actualmente, la serie MCS-96/196 de INTEL, la serie MSP430 de TI y la serie 68HC11 de MOTOROLA son las principales.

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 con sus características de consumo de energía ultrabajo.

3.4 Microcontrolador de treinta y dos bits. Los microcontroladores de 32 bits son la tendencia de desarrollo de los microcontroladores. Con el desarrollo de la tecnología y la disminución de los costos de desarrollo y los precios de los productos, seguirán el ritmo de los microcontroladores de 8 bits. Hay tantos fabricantes de microcontroladores de 32 bits como fabricantes de microcontroladores de 8 bits. MOTOROLA, TOSHIBA, HITACH, NEC, EPSON, MITSUBISHI y SAMSUNG se dividen entre ellos, los microcontroladores ARM de 32 bits y las series MC683 y 68K de MOTOROLA. Los microcontroladores basados ​​en el núcleo ARM representaron el 75% del mercado de microcontroladores de 32 bits en 2001.

3.5 Desarrollo de la tecnología de microcontroladores.

Se puede ver en la historia del desarrollo de los microcontroladores en los últimos 20 años que el desarrollo de la tecnología de microcontroladores está guiado por el desarrollo de la tecnología de microprocesadores (MPU) y la tecnología de circuitos integrados a muy gran escala, impulsados ​​por una amplia gama de campos de aplicación. y presenta las siguientes características técnicas.

Se desarrollan microcontroladores de 8 y 32 bits simultáneamente. Ésta es otra tendencia en el desarrollo actual de la tecnología de microcontroladores. Durante mucho tiempo, el desarrollo de la tecnología de microcontroladores ha estado dominado por las computadoras de 8 bits. A medida que los productos de alta tecnología, como las comunicaciones móviles, la tecnología de redes y la tecnología multimedia, ingresan al hogar, la aplicación de microcontroladores de 32 bits ha logrado un desarrollo rápido y veloz.

Los microcontroladores son cada vez más rápidos. Para mejorar la capacidad antiinterferencias del microcontrolador, reducir el ruido y reducir la frecuencia del reloj sin sacrificar la velocidad de computación, se busca desarrollar la tecnología de microcontroladores. Algunos fabricantes compatibles con el microcontrolador 8051 han mejorado la sincronización interna del microcontrolador, lo que ha mejorado en gran medida la velocidad de funcionamiento sin aumentar la frecuencia del reloj. Los microcontroladores Motorola utilizan tecnología de anillo de fase zodiacal o tecnología de multiplicación de frecuencia interna para hacer que la velocidad del bus interno sea mucho más alta que la. Frecuencia del generador. El microcontrolador 68HC08 utiliza un oscilador externo de 4,9 MHz y un reloj interno de 32 M. Samsung Electronics lanzó recientemente el núcleo del procesador ARM Halla de 1,2 GHz

con bajo voltaje y bajo consumo de energía. Casi todos los microcontroladores tienen modos de operación de ahorro de energía, como Esperar y Detener. El rango de tensión de alimentación permitido también es cada vez más amplio. Generalmente, los microcontroladores pueden funcionar en el rango de 3 a 6 V y los microcontroladores que funcionan con baterías ya no requieren medidas de estabilización de voltaje para el suministro de energía. El límite inferior de la fuente de alimentación de los microcontroladores de bajo voltaje se ha reducido de 2,7 V a 2,2 V y 1,8 V. Se han introducido microcontroladores alimentados por 0,9 V.

Tecnología de bajo ruido y alta confiabilidad. Para mejorar la capacidad antiinterferencia electromagnética del sistema de microcontrolador, permitir que el producto se adapte a entornos de trabajo hostiles y cumplir con estándares más altos de compatibilidad electromagnética, varios comerciantes de microcontroladores han adoptado algunas medidas técnicas nuevas en los circuitos internos del microcontrolador. Por ejemplo, los microcontroladores de la serie PSD de ST tienen un temporizador de vigilancia integrado en el chip, y los microcontroladores COP8 de NS tienen un circuito anti-EMI integrado para mejorar el rendimiento del mecanismo de vigilancia.

ISP e IAP. La tecnología de programación en chip (en programación del sistema) y en la programación de aplicaciones (en programación de aplicaciones) programan el microcontrolador a través de las líneas de programación, datos en serie, líneas de reloj, etc. extraídas del microcontrolador. Las líneas de programación y las líneas de E/S se comparten. No se agregan pines adicionales al microcontrolador. ISP proporciona comodidad para el desarrollo y la depuración, y hace realidad la depuración y actualización remota de sistemas de microcontroladores

4. Software de sistema integrado

El software de sistema integrado ha evolucionado gradualmente desde el lenguaje ensamblador inicial Transición Al lenguaje de alto nivel C, finalmente se ha formado un sistema operativo y han aparecido docenas de productos, entre los que se incluyen las series VxWorks, QNX, Nucleus, C/OS, Palm OS, Windows CE y Linux. Técnicamente tiene las siguientes características.

(1) Se cree que cada vez hay más procesadores nuevos y que el diseño de sistemas integrados es más fácil de trasplantar para admitir múltiples microprocesadores en poco tiempo.

(2)Los productos Linux se han utilizado ampliamente en aplicaciones integradas. Linux tiene un rendimiento estable, buena adaptabilidad, desarrollo y uso relativamente fáciles y es adecuado para una variedad de procesadores integrados. Linux cuenta con el respaldo de una amplia gama de fabricantes. Los productos RT-Linux también han logrado grandes avances. Tiene un gran potencial en electrodomésticos y control industrial.

5. Desarrollar y aplicar la tecnología de sistemas integrados independientes de mi país.

En la actualidad, la arquitectura de las PC está controlada y monopolizada por Wintel. En este ámbito, actualmente no tenemos iniciativa y hay poco margen para la innovación. Los expertos estiman que será difícil lograr avances dentro de diez años. Sin embargo, los sistemas integrados no tienen una arquitectura unificada y requieren una variedad de combinaciones de software y hardware. Son intensivos en tecnología y tienen una gran capacidad de mercado. Nuestro país tiene un espacio ilimitado para la innovación en este campo. Por ejemplo, "Starlight China Core Project" es un proyecto estratégico que toma los chips multimedia digitales como un gran avance y lidera la entrada al mercado internacional con "China Core Starlight No. 1". Ya es un líder en este campo. En el campo de los sistemas operativos, existe el "Sistema operativo Linux integrado en tiempo real de ChinaSoft" lanzado por ChinaSoft, que puede responder a interrupciones externas en el nivel de microsegundos y puede proporcionar control preciso en tiempo real, operación concurrente y mecanismo de sincronización de datos reales. -tareas e hilos de tiempo.

6. Conclusión

Lo anterior describe el significado de los sistemas integrados, así como el historial de desarrollo de los sistemas integrados, el hardware del sistema integrado y los sistemas operativos integrados. Finalmente, se resume. desarrollo de sistemas integrados en nuestro país Las oportunidades que enfrentan los sistemas integrados proporcionan una referencia para un mayor aprendizaje sobre los sistemas integrados, con la esperanza de ser de ayuda para las personas que estudian este campo.

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