Cómo instalar el sistema operativo integrado en el microcontrolador_Principios y aplicaciones de los sistemas integrados en el microcontrolador
1. Historia del desarrollo tecnológico de las computadoras modernas
1. Las aplicaciones integradas en la era de las microcomputadoras
Nacieron las computadoras digitales electrónicas. en 1946. En el largo proceso histórico transcurrido desde entonces, las computadoras han sido equipos grandes y costosos que implementan cálculos numéricos en salas de computación especiales. No fue hasta la llegada de los microprocesadores en la década de 1970 que las computadoras experimentaron cambios históricos. Las microcomputadoras basadas en microprocesadores están saliendo rápidamente de las salas de computación debido a su pequeño tamaño, bajo precio y alta confiabilidad. Las microcomputadoras basadas en capacidades de computación numérica de alta velocidad han despertado el interés de los profesionales del control, lo que requiere que las microcomputadoras se integren en sistemas de objetos para lograr un control inteligente de los sistemas de objetos. Por ejemplo, una microcomputadora se mejora eléctrica y mecánicamente, se equipa con varios circuitos de interfaz periféricos y se instala en un barco grande para formar un piloto automático o un sistema de monitoreo del estado del motor marino. De esta forma, la computadora pierde su forma original y sus funciones generales de computadora. Para distinguirlo del sistema informático de propósito general original, la computadora está integrada en el sistema de objetos para realizar un control inteligente del sistema de objetos, lo que se denomina sistema informático integrado. Por lo tanto, los sistemas integrados nacieron en la era de las microcomputadoras. La naturaleza integrada de los sistemas integrados es integrar una computadora en un sistema de objetos. Estos son los puntos de partida básicos para comprender los sistemas integrados.
2. Dos ramas de la tecnología informática moderna.
Debido a que los sistemas informáticos integrados deben integrarse en sistemas de objetos para lograr un control inteligente de los objetos, tienen requisitos técnicos y direcciones de desarrollo completamente diferentes a los de los sistemas informáticos generales. Los requisitos técnicos de los sistemas informáticos generales son cálculos numéricos masivos y de alta velocidad; la dirección del desarrollo de la tecnología es la mejora infinita de la velocidad del autobús y la expansión infinita de la capacidad de almacenamiento. El requisito técnico del sistema informático integrado es la capacidad de control inteligente del objeto; la dirección de desarrollo de la tecnología es el rendimiento integrado, la capacidad de control y la confiabilidad del control que están estrechamente relacionados con el sistema del objeto.
Al principio, los sistemas informáticos generales se adaptaban a regañadientes para aplicaciones integradas en dispositivos grandes. Sin embargo, para muchos sistemas de objetos (como electrodomésticos, instrumentación y unidades de control industrial), es imposible integrar sistemas informáticos de uso general. Las direcciones de desarrollo técnico de los sistemas integrados y los sistemas informáticos de uso general son completamente diferentes. Por lo tanto, es necesario desarrollar de forma independiente sistemas informáticos generales y sistemas informáticos integrados, que forman dos ramas principales del desarrollo de la tecnología informática moderna.
Si la aparición de las microcomputadoras ha llevado a las computadoras a la etapa de desarrollo informático moderno, entonces el nacimiento de los sistemas informáticos integrados ha marcado la entrada de las computadoras en una era de desarrollo paralelo de los sistemas informáticos generales y los sistemas informáticos integrados. , lo que llevó al período de rápido desarrollo de las computadoras a finales del siglo XX.
3. Hitos en el desarrollo de las dos ramas
El desarrollo especializado entre los sistemas informáticos generales y los sistemas informáticos integrados condujo al rápido desarrollo de la tecnología informática a finales del siglo XX. y principios del siglo XX. El campo de la informática se centra en el desarrollo de tecnologías de software y hardware para sistemas informáticos de uso general, independientemente de los requisitos de las aplicaciones integradas. Los microprocesadores de uso general están cambiando rápidamente de las series 286, 386 y 486 a los sistemas operativos Pentium; archivos basados en datos masivos y de alta velocidad han llevado los sistemas informáticos generales a un nivel de perfección.
Los sistemas informáticos integrados se han embarcado en un camino completamente diferente, que es el camino del desarrollo de un solo chip. Movilizó a fabricantes y profesionales originales en el campo de los sistemas electrónicos tradicionales, se hizo cargo de los sistemas integrados que se originaron en el campo de la informática, asumió la tarea histórica de desarrollar y popularizar los sistemas integrados y permitió que los sistemas electrónicos tradicionales se convirtieran rápidamente en sistemas electrónicos modernos e inteligentes. . era.
Por lo tanto, el hito de las dos ramas principales del desarrollo de la tecnología informática moderna es que no sólo formaron una división especializada del trabajo en el desarrollo informático, sino que también extendieron la tarea de desarrollar la tecnología informática a la electrónica tradicional. En el campo del sistema, la fabricación de computadoras se ha convertido en una herramienta poderosa para que la sociedad humana ingrese a la era de la inteligencia integral.
2. Definición y características de los sistemas integrados
Si entendemos el origen y desarrollo de los sistemas (informáticos) integrados, no tendremos demasiados malentendidos sobre los sistemas integrados, pero sí. Puede definir sistemas integrados histórica, intrínseca y universalmente.
1. Definición de sistema integrado
Según los requisitos históricos, esenciales y universales, un sistema integrado debe definirse como un "sistema informático especial integrado en el sistema de destino". La integración, la especialización y los sistemas informáticos son los tres elementos básicos de los sistemas integrados. El sistema de destino se refiere al sistema host integrado en el sistema integrado.
2. Características de los sistemas embebidos
Las características de los sistemas embebidos son diferentes a la definición, las cuales se derivan de los tres elementos básicos de la definición. Los diferentes sistemas integrados tendrán diferentes características. Características relevantes de "integración": debido a que está integrada en el sistema de objetos, debe cumplir con los requisitos ambientales del sistema de objetos, como el entorno físico (pequeño), el entorno eléctrico/atmosférico (confiable), el costo (precio bajo), etc. . Características relacionadas con la "especialidad": Personalización de software y hardware; configuración mínima de software y hardware para satisfacer los requisitos del objeto. Características relacionadas con el "sistema informático": el sistema integrado debe ser un sistema informático que pueda cumplir con los requisitos de control del sistema de destino. En vista de las dos características anteriores, este tipo de computadora debe estar equipada con un circuito de interfaz adecuado para el sistema de destino.
Además, a la hora de comprender la definición de sistemas integrados, no la confunda con dispositivos integrados. Los dispositivos integrados se refieren a productos y equipos con sistemas integrados, como electrodomésticos, instrumentación, unidades de control industrial, robots, teléfonos móviles, PDA, etc.
3. Tipos y desarrollo de sistemas integrados
Según la definición anterior de sistemas integrados, siempre que se cumplan los tres elementos de la definición, el sistema informático puede denominarse sistema informático. sistema embebido. Los sistemas integrados se pueden dividir en nivel de dispositivo (computadora industrial), nivel de placa (placa única, módulo) y nivel de chip (MCU, SoC).
Algunas personas consideran los procesadores integrados como sistemas integrados, pero debido a que los sistemas integrados son sistemas informáticos integrados, dichos sistemas informáticos solo pueden denominarse sistemas integrados cuando los procesadores integrados se utilizan como aplicaciones integradas.
El sistema integrado está estrechamente relacionado con el sistema de destino. Su principal dirección de desarrollo técnico es cumplir con los requisitos de las aplicaciones integradas y expandir continuamente los circuitos periféricos requeridos por el sistema de destino (como ADC, DAC, PWM). , reloj calendario, monitoreo de suministro de energía, circuito de monitoreo de operación de programas, etc.) y forman un sistema de aplicación que cumple con los requisitos del sistema de destino. Por lo tanto, como sistema informático especial, los sistemas integrados deberían seguir desarrollándose hasta convertirse en sistemas de aplicaciones informáticas. Por lo tanto, el sistema informático especial en la definición se puede ampliar a un sistema de aplicación informática que cumpla con los requisitos del sistema de destino.
En tercer lugar, el camino del desarrollo independiente de los sistemas integrados
1. El microcontrolador fue pionero en el desarrollo independiente de sistemas integrados.
Aunque los sistemas integrados se originaron en la era de las microcomputadoras, el tamaño, el precio y la confiabilidad de las microcomputadoras no pueden cumplir con los requisitos de las aplicaciones integradas de la mayoría de los sistemas de destino, por lo que los sistemas integrados deben desarrollarse de forma independiente. Este camino es un camino de chips. La computadora se construyó sobre un chip, lo que marcó el comienzo de la era de los microcontroladores que desarrollaron sistemas integrados de forma independiente.
Al explorar el camino de desarrollo de los microcontroladores, han surgido dos modos, a saber, el "modo σ" y el "modo de innovación". El "modo Σ" es esencialmente un modo de chip directo de computadora de uso general, que corta las unidades básicas en un sistema informático de propósito general y las integra en un chip para formar una microcomputadora de un solo chip. El "modo innovación" diseña una nueva arquitectura, microprocesador, sistema de instrucción, modo bus, modo de gestión, etc. en función de los requisitos de las aplicaciones integradas. Los MCS-48 y MCS-51 de Intel son sistemas integrados de un solo chip (microcomputadoras de un solo chip) desarrollados según un modelo innovador. MCS-51 es un sistema integrado integral desarrollado en base a MCS-48. La historia ha demostrado que el "modo de innovación" es la forma correcta de desarrollar sistemas integrados de forma independiente y, por lo tanto, la arquitectura MCS-51 se ha convertido en una arquitectura típica para sistemas integrados de un solo chip.
2. Historia del desarrollo de la tecnología de microcomputadoras de un solo chip
La microcomputadora de un solo chip nació a fines de la década de 1970 y ha pasado por tres etapas: SCM, MCU y SoC.
1. SCM es la etapa de la microcomputadora de un solo chip, que busca principalmente la mejor arquitectura de sistemas integrados en la mejor forma de un solo chip. El éxito del "modelo de innovación" ha abierto un camino de desarrollo completamente diferente para los microcontroladores y los ordenadores de uso general. Intel ha hecho grandes contribuciones al desarrollo independiente de sistemas integrados.
2. MCU es la etapa de la unidad de microcontrolador. Su principal dirección de desarrollo técnico es expandir varios circuitos periféricos y circuitos de interfaz que cumplan con los requisitos de las aplicaciones integradas y resalten las capacidades de control inteligente de sus objetos.
Todos los campos que involucra están relacionados con sistemas de objetos, por lo que la tarea de desarrollar MCU recae inevitablemente en los fabricantes de tecnología eléctrica y electrónica. Desde este punto de vista, la desaparición gradual de Intel del MCU también tiene sus factores objetivos. En el desarrollo de MCU, el fabricante más famoso es Philips.
Philips confía en sus enormes ventajas en aplicaciones integradas para desarrollar rápidamente MCS-51 desde una computadora de un solo chip hasta un microcontrolador. Por lo tanto, cuando revisamos el camino de desarrollo de los sistemas integrados, no olvidemos los logros históricos de Intel y Philips.
3. El microcontrolador es un camino de desarrollo independiente para sistemas integrados. Un factor importante en el desarrollo hasta la etapa MCU es buscar la solución más grande para los sistemas de aplicación en el chip, por lo tanto, el desarrollo de microcontroladores dedicados se forma naturalmente; La tendencia del SoC. Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, el diseño de circuitos integrados y las herramientas EDA, el diseño de sistemas de aplicaciones de microcontroladores basados en SoC tendrá un gran desarrollo. Por lo tanto, la comprensión de los microcontroladores se puede ampliar desde los microcontroladores y los microcontroladores hasta los sistemas de aplicación de microcontroladores.
IV.Dos modos de aplicación de los sistemas embebidos
Las características de aplicación embebida de los sistemas embebidos determinan sus características interdisciplinarias. Como la connotación de las computadoras, las personas en el campo de la informática deben dedicarse a la investigación de su arquitectura, tecnología de software y aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, para comprender los requisitos de control del sistema de objetos e implementar el modo de control del sistema, debe tener conocimientos profesionales en el campo de objetos. Por lo tanto, a partir del proceso histórico de desarrollo de sistemas integrados y la diversidad de aplicaciones integradas, podemos comprender dos modelos de aplicaciones formados objetivamente.
1. Dos modos de aplicación objetivamente existentes
Los sistemas informáticos integrados se originaron en la era de las microcomputadoras, pero pronto entraron en la era del desarrollo independiente de computadoras de un solo chip. En la era de los microcontroladores, los sistemas integrados ingresaron rápidamente al campo de la tecnología electrónica tradicional en forma de dispositivos. Los ingenieros de aplicaciones de tecnología electrónica fueron el cuerpo principal para realizar la inteligencia de los sistemas electrónicos tradicionales, mientras que los equipos informáticos profesionales realmente no ingresaron al campo. Aplicaciones de microcontroladores. Por lo tanto, los ingenieros de aplicaciones de tecnología electrónica se dedican al desarrollo de aplicaciones de microcontroladores en el modo de aplicación de tecnología electrónica al que están acostumbrados. Las características más importantes de este modelo de aplicación son: la naturaleza subyacente y la aleatoriedad del software y el hardware; la estrecha correlación del conocimiento profesional de los sistemas de objetos y la falta de métodos de diseño de ingeniería informática;
Aunque la profesión informática ha desaparecido del campo de los sistemas integrados en la era de los microcontroladores, con la llegada de la era post-PC, la tecnología de redes y comunicaciones se ha desarrollado al mismo tiempo, el software; y la tecnología de hardware de los sistemas integrados ha logrado grandes avances. La mejora ha abierto un amplio mundo para que los profesionales de la informática se involucren en las aplicaciones de sistemas integrados. Con la intervención de profesionales de la informática, el modelo de aplicación informática tiene características obvias de aplicación de ingeniería informática, es decir, aplicaciones subyacentes no integradas basadas en plataformas de software y hardware de sistemas integrados, principalmente redes y comunicaciones.
2. La coexistencia y complementariedad de los dos modos de aplicación.
Dado que la aplicación más grande, más extensa y más baja de los sistemas integrados es la transformación inteligente de los campos de la tecnología electrónica tradicional, los modelos de aplicaciones de sistemas electrónicos con fuertes colores de diseño de sistemas electrónicos existirán durante mucho tiempo, principalmente basados en Objetos familiares. El equipo de tecnología electrónica utiliza principalmente el menor costo de software y hardware del sistema integrado, principalmente computadoras de 8 bits.
Además, los profesionales de la informática estarán cada vez más involucrados en aplicaciones de sistemas integrados. Sin embargo, debido a la brecha en la experiencia en la materia, sus campos de aplicación se concentrarán en redes, comunicaciones, multimedia, electrónica empresarial, etc. puede reemplazar las aplicaciones integradas originales de los ingenieros electrónicos en control, instrumentación, maquinaria, electrónica, etc. Por lo tanto, estos dos modos de aplicación objetivamente existentes coexistirán durante mucho tiempo y se complementarán en diferentes campos. El modelo de diseño de sistemas electrónicos necesita aprender métodos de ingeniería informática y tecnología de software de sistemas integrados a partir del modelo de diseño de aplicaciones informáticas; el modelo de diseño de aplicaciones informáticas debe comprender las características del sistema de circuitos, los métodos básicos de diseño de circuitos periféricos y los requisitos básicos del sistema objeto; El modelo de diseño del sistema electrónico.
3. Aplicaciones de sistemas integrados de gama alta y baja
Debido a que los sistemas integrados tienen un largo camino de desarrollo independiente para microcontroladores, la mayoría de ellos se basan en microcontroladores de 8 bits, logrando así El nivel más bajo de los sistemas integrados tiene características obvias de patrón de diseño de sistemas electrónicos. La mayoría de los desarrolladores involucrados en aplicaciones de microcontroladores son ingenieros de sistemas electrónicos en el campo del sistema de destino. Además, la aparición de los microcontroladores abandonó inmediatamente el campo de la informática y entró en el campo de los sistemas electrónicos como dispositivos "inteligentes" sin introducir el concepto de "sistemas integrados". Por lo tanto, muchas personas que se dedican a aplicaciones de microcontroladores no comprenden la relación entre los microcontroladores y los sistemas integrados.
Cuando se habla del campo de los "sistemas integrados", a menudo lo entienden como el campo de la informática, basada en procesadores integrados de 32 bits, dedicada a redes, comunicaciones, multimedia y otras aplicaciones. De esta manera, "microcomputadora de un solo chip" y "sistema integrado" forman dos términos independientes que son comunes en los sistemas integrados. Sin embargo, dado que la "microcomputadora de un solo chip" es un sistema integrado típico desarrollado de forma independiente, desde la perspectiva de la construcción del tema, debería unificarse como "sistema integrado". Teniendo en cuenta las características de la aplicación subyacente del sistema electrónico de un solo chip original, las aplicaciones de los sistemas integrados se pueden dividir en gama alta y de gama baja. La aplicación de un solo chip original puede entenderse como la aplicación de gama baja. sistema integrado, lo que significa su naturaleza de bajo nivel y estrecho acoplamiento con el sistema objetivo.