Sisteme de operare pentru sistemele embedded

Sisteme de operare pt sistemele embedded

Exemple de sisteme embedded:

PDA (Personal Digital Assistant);

Telefoane mobile;

Echipamente active de retea (switch, router.);

DVD playere;

Camere video.

Cerintele unor astfel de sisteme ar putea fi considerate dimensiunea mica si consumul de putere cat mai mic. Sistemele de operare trebuie deci sa fie cat mai mici, eficiente dar si inteligente.

Daca aceste aparate s-ar baza pe sisteme de operare PC precum Windows 98, ar trebui sa aiba dimensiunile de mai sus, pentru a putea gazdui tehnica necesara. Telefoanele mobile nu ar fi nici pe departe mobile, stimulatoarele cardiace ar sparge de-a dreptul pieptul bolnavilor, iar tehnica lor ar avea de suferit aceleasi neajunsuri ca si PC-urile din birou. Insa miniaturile isi fac treaba fara asemenea probleme, avand in dotare componente hardware si software care necesita spatiu mic, nu se blocheaza si reactioneaza in timp real la o apasare de buton.

Blocari minime cu sisteme gandite

Acest lucru devine posibil datorita sistemelor embedded, care se remarca printr-un sistem de operare stabil si printr-o dotare tehnica minima. Se gasesc in tot felul de obiecte din care isi au loc in viata cotidiana, de la telefon la videorecorder. Sistemele embedded se folosesc in medii controlate de calculator, in care functionalitatea unui PC de birou ar fi superflua. Chiar mai des sunt implementate in situatiile in care securitatea minima a unui calculator de birou ar reprezenta un adevarat risc pentru aplicatie si pentru om. Acest lucru este valabil indeosebi pentru tehnica medicala complexa, dar si pentru roboti industriali, rachete cu raza medie sau in instalatii de telecomunicatii in birouri mari.
De exemplu, Motorola produce sisteme integrate pentru retele de telecomunicatii, ca acelea pe care le utilizeaza Telekom sau Telegate. Ca software se implementeaza o solutie speciala Linux. Aceasta permite dezvoltarea si utilizarea de aplicatii, care ating o disponibilitate de "5NINES", adica de 99,999 procente. Aceasta inseamna cel mult cinci minute de blocare pe an. Utilizatorii de Windows 98 se confrunta mult mai des cu erori sau blocari. Cel putin din studiile Microsoft rezulta ca rata de blocare este de aproximativ "noua zile". Referitor la Windows 95, concernul nu a dat publicitatii asemenea date

Aparatele cu un cip se bazeaza pe independenta

Avantajul aparatelor cu un singur cip consta in faptul intregul proces de control al comenzilor este realizat central si calculeaza exact, deoarece lucreaza in mod autonom, deci nu depind de fluxul de date al altor componente precum placile grafice sau cele de sunet.
Dezavantajul: cipurile construite in acest mod nu pot prelucra comenzi complicate, asemenea celor care solicita intens memoria. In telefoane mobile sau computerele din sistemul de franare al automobilelor sunt insa suficiente frecvente de 20 pana la 40 MHz.
Modulele de functionare necesare precum hardware-timer, interfete seriale, porturi I/O sau convertori se afla direct pe cip, care poate fi produs foarte rentabil. Unele procesoare Motorola implica niste costuri de productie nu mai mari ca cele pentru fabricarea unei ciocolate. In schimb, aproape toate sistemele embedded nu sunt dotate cu modulele DRAM obisnuite, ci necesita memorii speciale ON-Chip, care sunt destul de scumpe. Sistemul de operare se afla pe un cip EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), care este apelat prin impulsuri electronice. EEPROM-urile nu au nevoie de o tensiune de alimentare proprie si pot fi rescrise de ori de cate ori este nevoie.
In cazul aplicatiilor complexe, se adauga mai multe memorii flash ca baza pentru sistemul de operare si pentru aplicatii. Avantajul acestora este ca nu sunt sensibile la socuri, influente magnetice sau temperaturi inalte si permit accesul la software sau la driverele pentru periferice in timpul functionarii.
Software-ul complet controlat de controller trebuie sa poata rula cu foarte putina memorie, nu doar din cauza pretului de productie, ci si din cauza lipsei de spatiu in terminale. Scopul este de a "ingramadi" cat mai multe aplicatii si drivere intr-o memorie cat mai mica. Si tocmai la acest capitol clacheaza majoritatea sistemelor Windows. Windows CE actual necesita minim 150 KB ROM precum si memorie de lucru suplimentara si nu ar putea fi folosit niciodata ca sistem integrat pentru hardware cu un cip, cum sunt aparatele de masurare a pulsului.
Unul dintre cele mai raspandite sisteme de operare pentru Embedded Systems este cel compatibil Linux, QNX RTOS al companiei canadiene QNX (www.qnx.com). Spre deosebire de Windows 98, QNX este un sistem ce functioneaza in timp real, care nu cunoaste ce sunt acelea intarzieri la prelucrarea comenzilor prin ciclurile de incarcare in memorie. Acesta este folosit in aparate de dializa, in astronautica, de exemplu in Space Shuttle, in controlul proceselor sau in telecomunicatii.
Sistemul de operare isi pune in valoare calitatile in asemenea situatii, in care este nevoie de un management strict al resurselor, de exemplu atunci cand memoria de lucru este foarte mica. Stabilitatea de 100% a sistemului este asigurata de microkernel, inima sistemului, care se ocupa de transmiterea comenzilor si de executarea la timp a acestora. Driverele nu se incarca direct in kernel, ci intr-un spatiu de adrese protejat al memoriei.

Interes tarziu al MS fata de Embedded Systems

Cu totul alta este situatia in cazul Windows 95 sau 98, unde accesarea eronata a memoriei blocheaza aplicatiile sau chiar intregul sistem. Microsoft isi incearca fortele in domeniul sistemelor in timp real de circa cinci ani. Dar abia din iunie anul trecut si-a intensificat eforturile compania lui Bill Gates: sistemul cunoscut din Pocket-PC, Windows CE, a fost declarat incepand cu versiunea 3.0 ca sistem de operare embedded.
Acest pas este indreptatit de tool-uri precum Platformbuilder, cu ajutorul caruia dezvoltatorii de aplicatii pot scrie si testa sub CE indicatii de control si pot depista erori.
Windows CE urmeaza a-si gasi locul indeosebi in tehnica de comunicatii - de exemplu ca software de baza pentru sisteme grafice de navigare in autoturisme sau in settop-boxes, care doteaza televizoarele cu functii suplimentare precum Web-TV sau decodor Pay-TV. Impreuna cu firma Bosch si fiica sa Blaupunkt, urmeaza ca Microsoft sa dezvolte un computer de bord interactiv, care sa poata prelua in masina, intre altele si planificarea rutelor. Asemenea sisteme trebuie sa lucreze in timp real, pentru a putea indica soferului prin voce la timp drumul corect.
Human Interface respectiv interfata cu utilizatorul nu va mai aminti insa utilizatorului deloc de Windows CE. Conform afirmatiilor lui Detlev Schenk, Sales Manager si expert in domeniul embedded la Microsoft, "reprezentarea interfetei este o chestiune a producatorului automobilului. Este posibil ca in modelele de la Mercedes-Benz sau BMW sa para computere de bord cu infatisare total diferita, dar care sa ruleze cu sisteme software identice".
Aceste sisteme de comunicare sunt asteptate in 2002 - inclusiv acces la Internet, acces permanent la servicii de salvare si de service precum si aplicatii de control, care sa sporeasca si confortul in timpul mersului sau in parcare. Chiar si un player DVD ar putea fi integrat.

Totul sub control - sisteme embedded in Internet

In cazul in care sistemele embedded ar prelua actiunile de control, care nu vin direct de la utilizator sau de la aparat in sine, este nevoie ca fluxul de comunicare sa treaca prin Internet sau prin intranet, pentru ca datele sa poata fi expediate sau receptionate. Asa de exemplu, Funkwecker (ceas electronic care se bazeaza pe tehnologia solara, pentru reglare) obtine semnalele si, implicit, indicatiile de control, prin unde electromagnetice, pe care procesorul le prelucreaza apoi si le afiseaza la frecventa de secunda ca cifre.
Asa-numitele servere Web Embedded preiau functii de control si management pentru instalatii industriale. Si in aceste situatii, arhitectura hardware trebuie sa se supuna legilor modestiei: cipurile si memoria sunt adaptate perfect la aplicatiile implementate. Emisia de caldura si consumul de energie nu mai au atunci nici o importanta.
Astfel, un management complet digital supravegheaza incaperile centralei Microsoft Germania. Prin peretii despartitori si din orice loc al cladirii, utilizatorii pot regla lumina, caldura, jaluzelele si ventilatia locului de munca prin intermediul unui browser Web. Pentru fiecare cladire, un PC industrial preia controlul tuturor functiilor. Starea lampilor si a termostatelor este solicitata de catre circuite electronice, iar acestea le transmit calculatorului central, care la randul sau transmite informatiile workstation-urilor sau Pocket-PC-urilor conectate.
Cea mai mare diferenta a acestor servere fata de sistemele embedded din masinile de spalat sau din telefoanele mobile este Human Interface-ul confortabil: cu ajutorul unei tastaturi si a display-urilor, utilizatorul introduce cerintele, pentru a supraveghea sau, eventual, a corecta procese.

Astfel functioneaza sistemele embedded

Sistemele embedded integreaza dife-rite module de functii pe un cip. In mod normal, functioneaza fara interventia omului si controleaza, regleaza sau supravegheaza procese tehnice. In cazul unei masini de spalat ar arata in felul urmator:
- Procesor: este nucleul sistemului, care transmite datele conform indicatiilor temporale initiale. Pe el sunt integrate memorii RAM, ROM si interfete seriale.
- Firmware: prin aceasta se inteleg programele, care sunt stocate permanent, deci nu pot fi suprascrise. Ele repre-zinta baza pentru functiile masinii de spalat.
- Interface: interfata intre hardware si software este reprezentata de butoanele de selectie, tastele cu senzori si afisajul LED. Prin intermediul lor sunt programate operatiunile de spalare si stoarcere.
- Drivere: in masina de spalat de azi, senzorii supravegheaza aproape toate functiile. Driverul traduce mesajul de stare in comenzi pentru masina de spalat. In acest fel se regleaza temperatura, fluxul de apa, scurgerea apei in functie de puterea de absorbtie a rufelor.
Firma Miele ofera intre timp masini de spalat, unde serviciul de depanare poate transfera datele prin diode foto-sensibile pe EEPROM. In acest fel se pot localiza erorile si se poate actualiza software-ul. In cazul anumitor uscatoare, utilizatorul poate solicita versiunea actuala a programului si prin radio.

Blocarea sistemelor embedded

Printre cele mai importante cerinte pentru sistemele integrate se numara stabilitatea in timpul rularii. La cedarea unui driver, de exemplu, sistemul de operare trebuie sa afiseze instantaneu un mesaj de eroare, dar nu are voie sa-si intrerupa activitatea. Aceasta ar fi teoria. Dar in practica lucrurile arata cu totul altfel:
- Semafoarele: intr-un oras din Germania in noaptea de revelion 2000, calculatorul a afisat anul 100. Din fericire, semafoarele erau oprite, altfel puteau avea loc evenimente grave.
- Calculatoare de spionaj: la 1 ianuarie 2000, calculatorul sistemului american de spionaj sare la anul 1900. Specialistii si-au pierdut mai multe zile sa actualizeze sistemul.
- Automatele bancare: la 29 februarie 2000 (an bisect), s-au blocat in Japonia in jur de 1200 de automate bancare.
- Instalatia telefonica: in aprilie (tot 2000) a luat-o razna instalatia telefonica a postului de televiziune german ZDF. Toate apelurile sunt inregistrate.
- Planificarea zborurilor: in iunie anul trecut s-a blocat planner-ul digital de la aeroportul din Londra Heathrow. Urmarea: interzicerea decolarilor si intarzieri pe toate aeroporturile europene.
- Sistemul de bursa: in aprilie anul trecut s-a blocat sistemul de tranzactii in timp real al bursei din Londra - programul s-a prelungit pana a doua zi dimineata.
- Usi rotative: in iulie, la expozitia de la Hanovra s-a blocat calculatorul care controla usile rotative de la intrarea in expozitie - intrarea a fost oprita