، جاسازی شده است و وظیفه کنترل عملکرد و پردازش درست سیستم را برعهده دارد]1[ . با توجه به پیشرفت صنعت نیمه‌هادی و ارزان شدن محصولات نیمه‌هادی، چند سالی است که سیستم‌های تعبیه‌شده جای خود را در زندگی روزمره انسان‌ها باز کرده‌اند و به عنوان یک کالای عادی به فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. گوشی‌های تلفن‌همراه، ادوات صوتی و تصویری، لوازم خانگی و… نمونه‌های کوچکی از نفوذ این صنعت در زندگی انسان‌ها هستند. با توجه به تقاضای روزافزون برای این تجهیزات و نیز قیمت رو به کاهش آنها در سال‌های آینده نیز این روند به شدت رشد خواهد‌کرد. بر‌خلاف رایانه‌های همه‌منظوره، مانند رایانه‌های رومیزی که برای رفع نیاز‌های عمومی طراحی شده‌اند، سیستم‌های تعبیه‌شده به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که برای یک کاربرد خاص با کمترین هزینه، بهترین کارایی را از خود نشان دهند. سیستم‌های تعبیه‌شده دارای هسته‌های پردازشی هستند که می‌توانند ریزکنترل‌کننده، ریزپردازنده و یا پردازنده سیگنال‌های دیجیتال (14DSP) باشند.مشخصه کلیدی این سیستم‌ها طراحی اختصاصی برای انجام یک کار مشخص است، به همین دلیل مهندسین طراح می‌توانند محصول را برای کاهش اندازه و قیمت و مصرف انرژی بهینه کرده و اطمینان‌پذیری و کارایی آن را بالا ببرند.
برخی از مهمترین خواص سیستم‌های تعبیه‌شده به شرح زیر می‌باشد:
معمولاً برای یک کاربرد خاص طراحی و تولید می‌شوند.
عموماً ابزار‌هایی هستند که به‌صورت قابل حمل استفاده شده ودر نتیجه باید مصرف توان کمی داشته باشند.
معمولاً سطح کارایی بسیار بالایی ندارند ولی باید نیاز کاربرد مورد نظر خود را برآورده سازند.
معمولاً نیازمندی‌های بی‌درنگ در آنها مطرح است.
بیشتر واسط‌های کاربری خاصی لازم دارند.
معمولاً از طریق حسگر‌ها و فعال‌کننده‌های15 متعددی با محیط اطراف تعامل زیادی دارند.
عموماً به‌صورت سیستم‌های ترکیبی آنالوگ و دیجیتال ساخته می‌شوند.
باتوجه به فراوانی سیستمهای تعبیه‌شده در زندگی بشر طراحان باید بتوانند سیستمهای تعبیه‌شده‌ای با حداقل قیمت و بالاترین کارایی طراحی کنند. بنابراین منابع موجود برای طراحان محدود است.
پیش‌بینی رفتار این سیستم‌ها بسیار مهم است. این بدین معنی است که رفتار این سیستمها، تحت هر شرایطی باید قابل پیشبینی باشد. این سیستمها شامل سخت‌افزاری هستند که تضمین میکند هر زیربرنامه‌ای که روی آنها اجرا می‌شود، در هر زمان اجرا، سربار اجرای یکسانی داشته باشد. علاوه بر این نرم‌افزارهای موجود با در نظر‌گرفتن بدترین شرایط ممکن طراحی می‌شوند و به این طریق است که سربار زمانی سیستم را می‌توان بصورت قطعی درنظر گرفت.
قابلیت اعتماد16 : قابلیت اعتماد به عنوان یک توانایی در یک سیستم برای ارائه یک سرویسی که می‌توان به نحو موجهی به آن اعتماد کرد، تعریف شده است. همچنین قابلیت اعتماد، توانایی یک سیستم برای جلوگیری از شکستی است که بسیار شدیدتر از چیزی باشد که برای کاربران قابل قبول باشد. در واقع سیستم باید در سطح قابل قبولی از اعتماد‌پذیری قرار داشته باشد. تجهیزات انرژی هسته‌ای یک نمونه از سیستم‌های به شدت بحرانی امن هستند که بخش‌های بحرانی آن باید بطور کامل توسط نرم افزار کنترل شوند. راه اصلی برای رسیدن به قابلیت اعتماد، اجتناب از خطاهای مربوطه است، راه‌هایی مانند: پیشگیری خطا17، تحمل خطا18، حذف خطا19 و پیشبینی خطا20 که توسط ویژگی‌های زیر مشخص می‌شود]2[ :
قابلیت اطمینان21
دردسترس‌بودن22
بی‌عیبی23
ایمنی24
محرمانگی25
نگهداشت‌پذیری26
2-1-1 مصرف انرژی در سیستم‌های تعبیه‌شده
با نگاهی به تاریخچه تکنولوژی، می‌بینیم که بهره‌وری پردازنده‌ها در هر نسل جدید، با افزایش نرخ ساعت بهبود پیدا کرده است اما افزایش انرژی مصرفی و تراکم حرارتی مانع از این قضیه شده و سبب شده که نرخ ساعت پردازنده‌ها تقریبا از حرکت بایستد. همواره یک تقاضای همیشگی برای بهره‌وری محاسباتی بیشتر، در عین حال مصرف انرژی کمتر، در پردازنده‌های مدرن امروزی وجود دارد. بهتر شدن در عملکرد و توان، نتنها به برنامه‌های کاربردی اجازه می‌دهد که سریع‌تر اجرا شوند، در عین حال که انرژی کمتری را مصرف می‌کنند، بلکه آن‌ها را قادر می‌سازند که برنامه‌های کاربردی جدیدی را که قبلا به هیچ عنوان درنظر گرفته نمی‌شدند را هم پوشش دهند. به عنوان مثال انجام بازی‌های سه‌بعدی، داشتن یک مرورگر وب در حد اندازه‌های مرورگرهای رایانه‌های رومیزی و ضبط ویدئوهایی با کیفیت فوق العاده بالا 27 تا ده سال پیش بروی تلفن‌های همراه امکان‌پذیر نبود ]3[ .
افزایش کاربرد پردازنده‌های تعبیه‌شده در سیستم‌های سیار و قابل‌حمل مانند تلفن‌های همراه باعث شده‌است مصرف انرژی به عنوان یکی از مهمترین محدودیت‌های طراحی سیستم‌های تعبیه‌شده مطرح شود. بسیاری از این سیستم‌ها انرژی موردنیاز خود را از طریق باطری تامین می‌کنند. به‌علاوه در بسیاری از موارد تعویض و یا شارژ باطری در محیط عملیاتی سیستم‌های تعبیه‌شده با دشواری همراه است. در این گونه سیستم‌ها استفاده از روش‌های کاهش مصرف انرژی برای بالا بردن طول عمر باطری ضروری است ]4[ . یک حقیقت مهم در اینجا این است که پیشرفت در تکنولوژی باطری‌ها بسیار آهسته‌تر از پیشرفت در سرعت انجام محاسبات و پردازش و در نتیجه آن، مصرف انرژی بیشتر در پردازنده‌ها بوده‌است .با توجه به این دلایل و برای بهبود کارایی سیستم‌های تعبیه‌شده مدرن، سیستم احتیاج دارد تا توان محاسباتی بیشتری را فراهم کند و در عین حال که کارایی حفظ شده، توان مصرفی را هم کاهش بدهد. یکی از راه‌های ممکن برای کاهش مصرف انرژی و در عین حال افزایش بهروری، اختصاص دادن موثر وظایف بین هسته‌های پردازنده می‌باشد، که در این پژوهش، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های ما می‌باشد.
2-2 سیستم های تعبیه‌شده بی‌درنگ
امروزه بیشتر سیستم‌های تعبیه‌شده دارای ویژگی‌ بی‌درنگ بودن هستند.در این گونه سیستم‌ها وظیفه‌های مربوط به درخواست‌ها باید در کمتر از زمان مشخص‌شده اجرا شوند. یک سیستم بی‌درنگ را می‌توان به این صورت تعریف کرد : ” به سیستمی بی‌درنگ گفته می‌شود که صحت درستی یک فرایند تنها وابسته به صحت منطقی آن نباشد، بلکه به زمانی که در آن اجرا می‌شود نیز وابسته باشد.”
از جمله کاربرد‌های این نوع سیستم‌ها می‌توان به سیستم‌های حساس پزشکی، سیستم‌های نظامی، کنترل سیستم‌های نیروگاه هسته‌ای،سیستم فرمان و کنترل، پردازش سیگنال، سیستم ارتباطات راه دور، سیستم‌های کنترل دیجیتال، پردازش پروتکل‌های شبکه و … اشاره کرد. سیستم ضدقفل28 در ترمز ماشین یکی دیگر از نمونه های ساده‌ای از سیستم‌های بی‌درنگ است که محدودیت زمانی در این سیستم زمان کوتاهی است که باید ترمز گرفته‌شود تا از قفل‌شدن چرخ‌ها جلوگیری شود. محاسبات بی‌درنگ اگر قبل از محدودیت زمانی، جایی که این محدودیت مربوط به یک رویداد است، کامل نشده‌باشد، با شکست مواجه می‌شود. در این گونه سیستم‌ها باید پاسخ درخواست‌ها حتما در زمان مشخصی ارسال گردد و در غیر‌این صورت سیستم دچار اختلال شده و حتی در کاربردهای حساس می‌تواند منجر به یک فاجعه گردد. از این‌رو نوع پیاده‌سازی، کنترل زمان پاسخ‌گویی، سربار و نحوه الگوریتم‌های پیاده‌سازی شده و همچنین بستر سیستم‌عامل و سخت‌افزار حائز اهمیت فراوانی است. به طور کلی سیستم‌های بی‌درنگ و سیستم‌های توزیع زمانی29 دو پیاده‌سازی کاملا متفاوت داشته و در نوع عملکرد کاملا متفاوت عمل می‌کنند، زیرا به علت ماهیت پاسخ‌دهی بی‌درنگ، حافظه اشتراکی و اشتراک زمانی عملا کاربرد نخواهد داشت. به همین دلیل است که در سیستم‌های بی‌درنگ معمولا اثری از سیستم‌عامل‌های نسل جدید و مدرن به چشم نمی‌خورد و در اکثر آن‌ها از رسانه‌های ذخیره‌سازی مانند دیسک سخت نیز خبری نیست. در واقع سیستم‌های بی‌درنگ پاسخی برای یک سری از ورودی‌های خارجی هستند که به‌صورت غیرقابل پیشبینی وارد سیستم می‌شوند، سپس این ورودی‌ها به‌وسیله سیستم بی‌درنگ پردازش شده و تصمیمات مناسب در زمان مناسب اتخاذ می‌شوند. همچنین خروجی لازم برای کنترل دستگاه‌های جانبی متصل به آنها نیز تولید می‌شود و در صورتی که سرویس‌ها و منابع خواسته شده توسط وظیفه، قبل از اتمام آن، در اختیارش قرار‌نگیرد و وظیفه نتواند در زمان مناسب و تعیین‌شده خاتمه یابد، وظیفه مورد‌نظر از اعتبار ساقط می‌شود. در پردازش‌های بی‌درنگ، هر وظیفه یک سررسید دارد که این بدین معنی است که برای اینکه سیستم به درستی کار کند می‌بایست اجرای هر وظیفه تا قبل از فرارسیدن سررسید مربوطه‌اش به اتمام برسد. بر همین اساس تقسیم‌بندی سیستم‌های بی‌درنگ انجام می‌شود. در جدول 2-1 خلاصه‌ای از مشخصه‌های مختلف یک سیستم تعبیه‌شده بی‌درنگ و زیرمشخصه‌های آن را مشاهده می‌کنید.
جدول 1جدول 2-1 خلاصه‌ای از مشخصه‌های یک سیستم تعبیه‌شده بی‌درنگ
جدول 2-1 خلاصه‌ای از مشخصه‌های یک سیستم تعبیه‌شده بی‌درنگ
مشخصه‌ها
زیرمشخصه‌ها
خواص بی‌درنگ بودن
زمان پاسخ یا تاخیر
زمان اجرای وظیفه
بدترین حالت زمان اجرا30
سررسید
قابلیت اعتماد
قابلیت اطمینان
در دسترس‌بودن
بی‌عیبی
محرمانگی
ایمنی
منابع مصرفی
توان مصرفی
توان محاسباتی
حافظه مصرفی
زمان اجرای پردازنده
مشخصه طول عمر
نگهداشت‌پذیری
2-2-1 انواع سیستم های بی‌درنگ از نظر محدودیت زمانی
سیستم‌های بی‌درنگ از نظر محدودیت زمانی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
سیستم‌های بی‌درنگ سخت31
سیستم‌های بی‌درنگ نرم32
سیستم های بی‌درنگ ثابت33
در سیستم‌های بی‌درنگ سخت، کار انجام شده توسط سیستم، بایستی دقیقا به موقع انجام شود و هیچ گونه تاخیری قابل قبول نیست در غیر این صورت سبب ناتوانی سیستم می‌شود. در سیستم‌های تعبیه‌شده، سیستم بی‌درنگ سخت در سطح پایینی از سخت افزار فیزیکی عمل می کند. برای مثال سیستم کنترل موتور ماشین یک سیستم بی‌درنگ سخت است چون ممکن است سیگنال های تاخیر به موتور آسیب برسانند. مثال دیگر از سیستم بی‌درنگ سخت، سیستم‌های تعبیه‌شده در دستگاه‌های پزشکی مثل دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب وپردازشگر های کنترل صنعتی می‌باشد. سیستم بی‌درنگ سخت برای رویدادهایی که به محدودیت زمانی واکنش نشان می دهند، ضروری اند، به عبارتی، تعریف مهلت زمانی سخت لزوماَ این نیست که این زمان غیر قابل از دست دادن باشد، بلکه مهلت زمانی سخت به سادگی تعیین می‌کند که یک عمل اگر مهلت زمانی‌اش از دست برود بی‌فایده است. معمولاً ضمانت‌های معتبر مهلت‌های زمانی، برای سیستم‌هایی موردنیاز هستند که در فاصله‌های زمانی از خود واکنش نشان نمی‌دهند و باعث خسارت‌های بزرگی می‌شوند]5[ .
در سیستم‌های بی‌درنگ نرم، ضرورتی در بررسی تمامی محدودیت‌های زمانی سیستم نیست و در صورت تاخیر در اجرای وظیفه، سیستم دچار بحران و یا وقوع فاجعه نمی‌شود. یعنی هرچند این سیستم‌ها می‌بایست پاسخی سریع داشته باشند ولی مسئله پاسخ‌دهی، به حادی سیستم‌های بی‌درنگ سخت نیست. سیستم‌های بی‌درنگ نرم در دستیابی‌های همزمان استفاده می‌شوند و قابلیت پاسخ‌گویی به چند واقعه را دارا بوده و همچنین قابلیت تقسیم‌بندی پدیده‌ها به بحرانی و غیربحرانی را دارا می‌باشند. در این‌گونه سیستم‌ها، اولویت اجرا همیشه با پدیده‌های بحرانی می‌باشد. یکی از معایب این سیستم‌ها این است که وظایف غیربحرانی تا زمانی که وظایف بحرانی پاسخ داده‌نشوند، بی‌پاسخ می‌مانند و این موضوع ممکن است سیستم را دچار تاخیر در پاسخ‌گویی نماید. در سیستم‌های بی‌درنگ نرم، خطاهای ناشی از عدم اهمیت جدی به محدودیت زمانی، کیفیت را کاهش می‌دهد اما

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   تحقیق دربارهفازی، ریزی، محدودیت
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید