نظام مضمن

ممكن ان يتكون من عدة أنظمة مضمنة

• ماذا تحتوي الأنظمة المضمنة؟
• وحدات المعالجة المركزية
• وحدات تخزين للمعلومات

استخدامات الأنظمة المدمجة

• غالباً ما تجد الأنظمة المدمجة في:
• في المعامل والمصانع في دارات التحكم بالروبوتات وفي المصانع النووية
• في الشوارع والطرقات كدارات المراقبة ودارات تنظيم المرور
• في الأجهزة المنزلية كالغسالات، والمايكروويف وأجهزة الديجيتال
• أجهزة الهواتف النقالة أو الـPDA
• أجهزة الإنترنت المحمول والثابت
• المعدات العسكرية مثل أجهزة التحكم بالصواريخ
• أجهزة الاتصالات الحديثة مثل الأقمار الصناعية
• الأجهزة الطبية باختلاف أنواعها
• منهجية التصميم

وتقسم وحدات المعالجة المركزية إلى ثلاثة أقسام

• أولا: معالجات وحيدة الهدف:
• وهي عبارة عن دارة رقمية مصممة لتنفيذ برنامج واحد محدد، خصائصها:
• تحتوي فقط على العناصر التي نحتاجها لتنفيذ البرنامج

ولها أسلوبان

Homogeneous: وفيها تُقَسَّم الوظائف من قبل مصمم النظام

إضافةً إلى ذلك، Heterogeneous: وفيها تُقَسَّم الوظائف في المرحلة السابقة عند تشكيل النماذج

تشكيل النماذج والوحدات Modeling

وعلى صعيد آخر، التصميم المبدئي وتقسيم الوظائف Design Space Exploration And Partitioning

علاوةً على ذلك، هي عملية التصور والتخيل للنظام مع إعادة ترتيب للمرحلة الأولى وفيها يتم إنشاء نموذج الكيان الصلب ونموذج الكيان البرمجي

الحجم الصغير

خط معطيات محسن: Optimized Databath

ثانيا: معالجات التطبيقات الخاصة:

من جهة ثانية، وهي عبارة عن معالجات قابلة للبرمجة صُمِّمَت وصُنِّعَت من أجل تنفيذ مجموعة محددة من التطبيقات في حالاتها العامة فهي مزيج بين نوعين من المعالجات النوع الأول الذي رأيناه والنوع الثالث الذي سنراه خصائصها:

تمتلك ذاكرة برامج

السمات العامة للأنظمة المدمجة

في هذا الإطار، الأنظمة المدمجة هي أنظمة تتفاعل مع البيئة من خلال حساسات ومفعلات (actuators) حيث تقوم باستقبال المعطيات من محيطها ومعالجتها، لتؤدي وظائف محددة بناءً على تلك المعطيات.

إضافةً إلى ذلك، قابلية الصيانة: وهي تمكنك من استعادة النظام إلى العمل، بعد حصول عطل خلال وقت قصير.

الأمان: أي أن فشل النظام لن يسبب أذى.

علاوةً على ذلك، فعالة من حيث العمل في الزمن الحقيقي: المقصود بعبارة «العمل بالزمن الحقيقي» هو أن النظام لا يحتمل أي تأخير أي أن النظام يستجيب فورا لأي تغير يحدث بالبيئة المحيطة بعمل مقابل لهذا التغير دون أي تأخير زمني.

من جانب آخر، فعالة من حيث حجم كود البرنامج: كل التعليمات التي ستنفذ في النظام، يجب أن تكون مخزنة ضمن النظام، والأنظمة المدمجة عادة لا تحوي قرصا صلبا.

من جهة ثانية، الإتاحية: هي احتمالية أن النظام متاح في لحظة زمنية ما، ولتحقيق إتاحية عالية، يجب أن يكون كل من الوثوقية وقابلية الصيانة عاليتين.

هي أنظمة تقوم بعملها خلال الزمن المحدد لإنهاء العمل.

وفي هذا الصدد، هي أنظمة هجينة في أغلب الحالات: أي أنها تحوي أجزاء تماثلية وأجزاء رقمية، الأولى تستعمل قيم معطيات تماثلية والثانية قيم معطيات رقمية (متقطعة).

من جهة ثانية، الأنظمة المدمجة عادة ما تكون أنظمة تفاعلية: بمعنى أنها تتفاعل مع البيئة، فتبقى مستعدة لاستقبال أي معطيات جديدة من البيئة ومعالجتها ومن ثم توليد خرج مناسب، حسب البرنامج الذي زودت به، فهي دائما في حالة تفاعل مستمر مع البيئة بوتيرة تحددها تلك البيئة.

هي أنظمة تقوم بوظيفة محددة، أي لا تقوم بوظائف متنوعة.

• تتسم الأنظمة المدمجة بسمات رئيسة:
• يمكن الاعتماد عليها:
• الوثوقية: هي احتمالية عدم فشل النظام في القيام بالوظيفة الموكلة إليه.

كذلك، وهي أنظمة لا تستعمل - بشكل عام - وحدات التخاطب المألوفة في الحواسيب كالفأرة ولوحة الكتابة والشاشة، بل يتمّ استخدام الأزرار ودواليب التحكم وغيرها، ولذلك لا يلاحظ المستعمل وجود أي نمط للمعالجة المعطيات، ولهذا السبب، تسمى هذه الأنظمة أحيانا بالحواسيب الداخلية.

• هي أنظمة فعالة:
• فعالة من حيث الكلفة.
• فعالة من حيث الوزن: إذ يجب أن تكون أخف ما يمكن.

وفي هذا السياق، فعالة من حيث الطاقة: يجب أن تستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة مع ضمان قيامها بوظيفتها بالشكل المطلوب.

وفي هذا الصدد، أمن المعطيات: يكفل النظام بقاء المعلومات السرية أمنة، كما أن النظام يضمن أي نوع من الاتصالات التي بحاجة إلى تأكيد هوية.

وكمثال عليها معالجات البنتيوم من شركة إنتل

علاوةً على ذلك، وتشمل كافة أنواع العدادات والمؤقتين وتُسْتَخْدَمُ في الأنظمة المطمورة من أجل تحقيق التزامن في عمل معين

إضافةً إلى ذلك، وهي من أهم الوحدات التي تتواجد في الأنظمة المطمورة فيها تقوم بتحويل الإشارات التشابهية إلى رقمية وبالعكس وذلك حسب متطلبات الدارات الموضوعة في النظام الرقمي

علاوةً على ذلك، وحدات الخرج لإظهار النتائج والرسائل وكذلك للإعلام بحالات النظام ومن أهم هذه الدارات شاشات الإظهار الكريستالية. لوحات السبع قطع. الليدات وحدات الدخل تستعمل لإدخال المعطيات مثل لوحات المفاتيح والحساسات وغيرها

وحدات إرسال واستقبال المعلومات:

وحدات الخرج والدخل:

وحدات التوقيت والعد:

كذلك، ازدادت أهمية هذه العناصر خاصة في الآونة الأخيرة حيث أصبح العالم بأكمله يتجه نحو التقنيات اللاسلكية ومن أهم هذه الدارات مرسلات ومستقبلات البلوتوث ومرسلات ومستقبلات الإشارات الراديوية.

من جهة ثانية، وحدات التحويل من الإشارات التشابهية إلى الإشارات الرقمية والرقمية إلى تشابهية:

تحديد مواصفات النظام Specifications

من جهة ثانية، وتتضمن تحديد الوظائف والمهام المطلوبة من النظام مع وصف واضح ودقيق لكل وظيفة بشكل بعيد عن الغموض، ولا ينبغي أن يفرض شيئا من حيث ألية تنفيذ تلك الوظائف أو المهام. كما يجب أن يتضمن التوصيف ذكرا لكل الشروط الوظيفية والغير الوظيفية المفروض توافرها في ذلك النظام.

الحجم الصغير وطاقة منخفضة

ثالثا: معالجات الأهداف العامة:

من جانب آخر، وهي عبارة عن معالجات قابلة للبرمجة تستعمل وتصنيعها من أجل تنفيذ تطبيقات مختلفة وتعرف بالمعالجات الصغرية خصائصها:

أهداف التصميم

• التأكد من قيام البرنامج بوظيفته، ومن عمل لوحات التخاطب بشكل صحيح.
• التأكد من الأداء الجيد للنظام كزمن التنفيذ والسرعة.
• تكاليف التصنيع.
• استهلاك القدرة.
• كيف يُصَنَّعُ النظام المضمن:: مراحل التصنيع
• تحديد مواصفات النظام مواصفة

مرحلة التنفيذ Implementations

علاوةً على ذلك، وهي المرحلة الأخيرة من مراحل تصنيع الأنظمة المضمنة وفيها يُبْنَى النظام بشكله الأخير ثم يختبر بشكل عملي قبل طرحه في الأسواق

• السؤال التالي ماذا يمكن أن تحتوي الأنظمة المضمنة؟
• خصائص الأنظمة المضمنة؟
• يخزن على ذاكرة ثابتة أو فلاش ميموري
• يقوم بأداء وظيفة واحدة على الأغلب

مرحلة التجميع وتحسين الأداء synthesis and optimization

كذلك، وفيها تُجَمَّع الوظائف مع بعضها البعض لِتُخْتَبَر في المرحلة اللاحقة كما يتم فيها عملية تحسين للتصميم بشكل عام

وحدات وظائفية محددة

• فوائدها:
• مرنة نوعا ما
• أداء جيد

تشكيل النماذج والوحدات Modeling

• التصميم المبدئي وتقسيم الوظائف Design Space Exploration And Partitioning
• مرحلة التجميع وتحسين الأداء synthesis and optimization
• مرحلة التحقق والإثبات Validations
• مرحلة التنفيذ Implementations

وضع خوارزمية للتصميم

• فهم الخوارزمية يتيح لنا التأكد من عدم إهمال أي شيء أساسي في التصميم.
• اختبار التصميم من خلال أدوات محاكاة ونمذجة برمجية قبل الشروع في تطبيقه.
• وهناك إجمالا طريقتان للتصميم:

في هذا الإطار، من الأعلى للأسفل: البدء من توصيف مجرد للنظام ومن ثم الانتقال إلى التفصيل شيئا فشيئا.

ومن ناحية أخرى، في الواقع يعتمد خليطا من الطريقتين حسب الحاجة وما يراه المصمم مناسبا.

ومن جهة أخرى، من الأسفل للأعلى: البدء أولا بالمكونات البالغة الصغر ومن ثم الانتقال إلى المكونات الأكبر.

لا يوجد فيها ذاكرة

• فوائدها:
• السرعة في الأداء
• الطاقة المنخفضة

مرحلة التحقق والإثبات Validations

إضافةً إلى ذلك، وفيها يُخْتَبَر التصميم عن طريق إحدى بيئات المحاكاة وذلك للتأكد من سلامة التصميم والتأكد من أن النظام يقوم بالوظائف المطلوبة منه كاملة.

وحدات توقيت وعد

• وحدات التحويل من الإشارات التشابهية إلى الإشارات الرقمية
• وحدات إظهار للنتائج
• وحدات إرسال واستقبال معلومات
• وحدات المعالجة المركزية

تمتلك ذاكرة برامج

• فوائدها:
• إنتاجها سريع وتكلفة إنتاجها منخفضة
• مرنة بدرجة كبيرة

وعلى صعيد آخر، خط معطيات عام إلى جانب وجود عدد كبير من المسجلات العامة ووجود وحدة حساب ومنطق عامة كذلك