Design eingebettetes system

Arten von eingebetteten Designsystemen

Das eingebettete Designsystem hat verschiedene Variationen, die sich je nach Anwendung und den Anforderungen der Branche ändern können. Hier sind einige Arten von eingebetteten Frameworks:

• Echtzeit-Eingebettete Systeme:

  Diese Frameworks müssen gelegentliche Aufgaben oder Aufträge innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens erledigen. Eine zeitkritische Anwendung muss die Fristen einhalten, da ein Versagen zu mechanischen, finanziellen oder menschlichen Verlusten führen könnte. Nicht zeitkritische Anwendungen benötigen keine explizite Ausführungszeit. Echtzeit-Eingebettete Systeme werden in missionskritischen Anwendungen wie Flugsteuerungssystemen und Industrierobotik eingesetzt.

• Vernetzte Eingebettete Systeme:

  Diese eingebetteten Frameworks kommunizieren und tauschen Informationen mit anderen über Netzwerkprotokolle aus. Die Kommunikation kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Vernetzte Systeme werden in der industriellen Automatisierung, intelligenten Verkehrssystemen und in Anwendungen zur Fernüberwachung eingesetzt.

• Standalone-Eingebettete Systeme:

  Diese Frameworks können unabhängig voneinander arbeiten, ohne auf externe Geräte angewiesen zu sein. Sie enthalten alle wichtigen Komponenten, darunter Verarbeitungseinheiten, Speichergeräte, Ausgabegeräte und Eingabegeräte. Standalone-Systeme werden in gesteuerten, tragbaren Anwendungen wie Haushaltsgeräten und industriellen Mischmaschinen eingesetzt.

• Offen-Schleifen-Eingebettete Systeme:

  Diese Frameworks nehmen nur Eingangssignale auf und liefern Ausgangssignale. Das Ausgangssignal hängt nicht vom Eingangssignal ab. Vorhersehbares Verhalten kann von Offen-Schleifen-Systemen erzielt werden, wie z. B. bei automatischen Ankunftskontrollen, wenn die Systemfaktoren als bekannt angenommen werden. Allerdings können Systemfaktoren selten als bekannt angesehen werden, so dass eine indifferente Ausgabe nicht immer erzielt werden kann.

• Geschlossen-Schleifen-Eingebettete Systeme:

  Diese Frameworks implementieren Rückkopplungsmechanismen. Ausgabefaktoren werden über Ausgabegeräte gemessen und mit Referenzrichtlinien verglichen. Die Differenz wird verwendet, um die Ausgabefaktoren letztendlich durch die Erstellung einer variablen Aufgabe zu beeinflussen. Geschlossen-Schleifen-Systeme sind im Allgemeinen zuverlässiger als Offen-Schleifen-Systeme, da es in Offen-Schleifen-Systemen kein Rückkopplungsgerät gibt.

• Mikrocontroller-basierte Systeme:

  Diese Frameworks verwenden kleine Computer, um Aufgaben zu steuern und zu verwalten. Mikrocontroller integrieren alle wichtigen Komponenten auf einem einzigen Chip. Sie sind das Herzstück unzähliger eingebetteter Systeme, wie z. B. Roboter, Computerspiele und Autogadgets.

• FPGA-basierte Systeme:

  Diese Frameworks verwenden programmierbare Logik, um parallele Verarbeitung mit bestimmten Vorteilen durchzuführen. Programmierbare Logik bietet Flexibilität und Neuprogrammierbarkeit für eingebettete Systeme. Unterstützte Systeme werden in Anwendungen für fortschrittliche Videoverarbeitung, Robotik und Telekommunikation eingesetzt.

Funktionen und Merkmale

Das Design eingebetteter Systeme beinhaltet die Entwicklung eines eigenständigen eingebetteten Systems. Dieses besteht aus Hardware (z. B. Mikrocontroller, Sensoren, Ein-/Ausgabe-Schnittstellen und Kommunikationsschnittstellen) und Software (eingebettete Firmware und Echtzeitbetriebssystem). Das eingebettete System ist so konzipiert, dass es bestimmte Funktionen ausführt, die auf die vorgesehene Anwendung zugeschnitten sind. Dies kann Datenverarbeitung, Steuerung, Benutzeroberfläche, Kommunikation und Sicherheitsfunktionen umfassen.

Hier sind einige allgemeine Merkmale eines gestalteten eingebetteten Systems:

• Echtzeitbetrieb: Das System führt Aufgaben aus und verarbeitet Daten gemäß präzisen Zeitvorgaben. Dies stellt ein vorhersehbares Verhalten und zeitnahe Antworten sicher. Das System erfüllt die Zeitvorgaben für die Anwendung und kann je nach Kritikalität Soft-, Hard- oder Firm-basiert sein.
• Energieeffizienz: Das System optimiert den Stromverbrauch, um die Akkulaufzeit tragbarer Geräte zu maximieren. Dies ist wichtig in Fällen, in denen das Gerät häufig durch Energiequellen begrenzt ist. Das System sollte auch energiesparende Techniken und Hardware integrieren, um den gesamten Energieverbrauch zu minimieren.
• Kosteneffizienz: Die Systemkosten werden ohne Qualitätsverlust reduziert. Dies ist wichtig in Fällen, in denen Geräte in großem Umfang hergestellt werden, was eine Reduzierung der Stückliste erfordert. Dies ermöglicht die Implementierung des Systems innerhalb der Budgetvorgaben, während gleichzeitig Zuverlässigkeit und Leistung erhalten bleiben.
• Kompaktheit: Die Hardware des eingebetteten Systems ist so konzipiert, dass sie kompakt ist. Dies ermöglicht die Integration in begrenzte physische Räume, während gleichzeitig eine effiziente Nutzung der Systemressourcen und kleinerer Teile gewährleistet wird.
• Anwendungsspezifisch: Das eingebettete System ist so konzipiert, dass es die spezifischen Bedürfnisse der Zielanwendungen erfüllt. Dies stellt eine optimale Leistung und Ressourcennutzung basierend auf den Anforderungen sicher. Universell einsetzbare Systeme bieten möglicherweise nicht dieses Maß an Anpassung.
• Zuverlässigkeit und Robustheit: Zuverlässige eingebettete Systeme sind für kritische Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Sie laufen kontinuierlich unter verschiedenen Umgebungsbedingungen ohne Ausfall. Solche Systeme werden mit fehlertoleranten Techniken entwickelt, um die Zuverlässigkeit zu maximieren und einen langfristigen Betrieb unter den erwarteten Arbeitslast- und Umgebungsbedingungen zu gewährleisten.
• Benutzeroberfläche: Ein eingebettetes System kann eine Benutzeroberfläche zur Überwachung, Steuerung und Konfiguration bereitstellen.
• Datenspeicher: Eingebettete Systeme speichern Firmware, Konfigurationsdaten und Benutzerdaten im Speicher.
• Konnektivität: Einige eingebettete Systeme kommunizieren mit anderen Geräten oder Netzwerken.
• Sicherheit: Ein eingebettetes System kann Sicherheitsmaßnahmen implementieren, um Daten und Geräte zu schützen.

Szenarien für das Design von eingebetteten Systemen

Das gestaltete eingebettete System hat viele Einsatzmöglichkeiten, und der Markt soll von 223,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023 auf 552,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2033 wachsen (laut einem Bericht von Allied Market Research). Dies zeigt, dass immer mehr Branchen diese Systeme in ihre Produkte integrieren.

• Industrielle Automatisierung: Der Einsatz von eingebetteten Systemen bei der Entwicklung von Lösungen für komplexe Industrieprozesse wird die betriebliche Effizienz, Produktivität und Konsistenz im Fertigungsbereich verbessern. Zu den Anwendungen gehören Robotik, Maschinensteuerung und fortschrittliche Fertigungssysteme.
• Automotive-Anwendungen: Eingebettete Designsysteme haben die Automobilindustrie revolutioniert. Sie bieten fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainmentsysteme und Fahrzeugkontrollsysteme.
• Konsumelektronik: Basierend auf dem anwendungsspezifischen Systemmodell können zahlreiche Konsumelektronikgeräte verbessert werden, wie z. B. Smartphones, Smart-TVs und Spielkonsolen.
• Gesundheitswesen: Ein eingebettetes Systemdesign ist für medizinische Diagnose-, Überwachungs- und Bildgebungsgeräte unerlässlich.
• Mobile Computing: Tragbare Geräte wie Tablets, Laptops und Mobiltelefone sind stark von eingebetteten Systemen abhängig, um unterwegs effektiv zu funktionieren.
• Sicherheitsanlagen: Die Sicherheits- und Überwachungsindustrie setzt auf eingebettete Designsysteme für Alarmsysteme, biometrische Sensoren und CCTV-Kameras.
• Luft- und Raumfahrt: Die Luft- und Raumfahrtindustrie integriert eingebettete Systeme in Flugsteuerungen, Navigation und Flugzeugüberwachung.
• Intelligente Netze: Ein eingebettetes Systemdesign ist für die Entwicklung intelligenter Netzsysteme wie Energiezählung und Lastausgleich unerlässlich.
• Telekommunikation: Aufgaben wie Signalverarbeitung, Leitungsrouting und Datenübertragung werden in Telekommunikationszentren von eingebetteten Systemen abgewickelt.
• Energiemanagementsysteme: Diese Systeme sind unerlässlich, um den Energieverbrauch in Gebäuden und Industrieanlagen zu überwachen und zu regulieren.

So wählen Sie ein eingebettetes Designsystem

Bei der Auswahl eines eingebetteten Systemdesign-Dienstes müssen Käufer mehrere Faktoren berücksichtigen, um sicherzustellen, dass sie eine Lösung erhalten, die ihren Anforderungen entspricht.

• Erfahrung: Die Erfahrung des Designteams ist ein entscheidender Faktor, der den Erfolg beeinflusst. Erfahrung bedeutet in diesem Fall die Anzahl der Jahre und das Branchenwissen. Suchen Sie nach Teams mit tiefgreifendem Fachwissen im Design von Systemen für bestimmte Branchen wie die Unterhaltungselektronik.
• Entwicklungsprozess: Ein etabliertes Team mit bewährten Designstrategien bietet wahrscheinlich innovative Lösungen. Solche Teams verfügen über dokumentierte Designprozesse, Optimierungstechniken und bewährte Verfahren zur Fehlerbehebung.
• Hardware und Software: Systemdesigner mit soliden Designfähigkeiten in Hardwareschaltungen, eingebetteter Software und Konnektivität bieten wahrscheinlich umfassende, kohärente Lösungen. Kohärente Lösungen stellen sicher, dass alle Komponenten nahtlos zusammenarbeiten.
• Prototyping und Testen: Schnelles Prototyping hilft Designteams, Konzepte schnell zu validieren. Dies kann die Markteinführungszeit beschleunigen. Suchen Sie außerdem nach Teams, die über robuste Teststrategien verfügen, einschließlich Stress- und Usability-Tests.
• Anpassung: Jedes Produkt ist einzigartig, daher ist die Fähigkeit des Designteams, maßgeschneiderte Lösungen anzubieten, ein entscheidender Faktor, den Käufer bei der Auswahl eines Designteams berücksichtigen müssen.
• Bewertungen und Portfolio: Dies sind wichtige Indikatoren für den Ruf des Teams oder Lieferanten. Bewertungen zeigen die Stärken und Schwächen des Teams auf, während das Portfolio die Expertise des Teams demonstriert. Bewertungen helfen auch, Erwartungen hinsichtlich der Reaktionszeiten und Qualitätsstandards zu setzen.
• Kundendienst: Wartung ist entscheidend für die Optimierung der Leistung von eingebetteten Systemen. Auch Produkt-Upgrades und Designänderungen, um den Marktbedürfnissen gerecht zu werden, sind wichtig. Diese Faktoren machen Anbieter mit reaktionsschnellem Kundendienst zu einer bevorzugten Wahl für Geschäftskunden.

Fragen und Antworten zum Design von eingebetteten Systemen

F1: Welche Branchen nutzen eingebettete Systeme?

A1: Die Automobil-, Luftfahrt-, Robotik-, Industrieanlagen-, Medizintechnik- und Unterhaltungselektronikbranche nutzen alle eingebettete Systeme.

F2: Wie wichtig sind eingebettete Systeme in unserem täglichen Leben?

A2: Eingebettete Systeme befinden sich in vielen elektronischen Geräten, die Menschen täglich benutzen, wie z. B. Mikrowellen, Smartphones, Waschmaschinen und Wecker. Diese Systeme verbessern Komfort, Sicherheit und Effizienz in den Häusern und Arbeitsplätzen der Menschen.

F3: Wie sieht die Zukunft des Designs von eingebetteten Systemen aus?

A3: Die Zukunft sieht rosig aus. Fortschritte in Bereichen wie dem Internet der Dinge (IoT), künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Edge Computing werden eingebettete Systeme verändern.

F4: Welche Arten von eingebetteten Systemen gibt es?

A4: Es gibt verschiedene Arten von eingebetteten Systemen, darunter Echtzeit-, Standalone-, vernetzte und Desktop-Systeme. Jede Art hat einzigartige Anwendungen.

F5: Vor welchen Herausforderungen stehen Designer von eingebetteten Systemen?

A5: Designer müssen Herausforderungen wie Systemkomplexität, Interoperabilität, Sicherheit, geringer Stromverbrauch und Designverifikation/Testen bewältigen.