Thiết kế hệ thống mạng cảm biến

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CẢM BIẾN 1 1 GIỚI THIỆU Đặc điểm của các hệ thống nhúng hiện đại là khả năng gia[.]

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH

VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CẢM BIẾN

1.1 GIỚI THIỆU

Đặc điểm của các hệ thống nhúng hiện đại là khả năng giao tiếpqua mạng và để thích ứng với môi trường hoạt động khác nhau-đường ron Hệ thống nhúng có thể được tìm thấy trong các thiết

bị tiêu dùng hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện, ví dụ, trợ lý kỹthuật số cá nhân, mạng máy tính và thiết bị liên lạc di động Chiphí thấp, người tiêu dùng-các mục tiêu theo định hướng và thờigian tiếp cận thị trường nhanh chóng chiếm ưu thế trong hệ thốngnhúng thiết kế Thiết kế mã phần cứng và phần mềm được sửdụng để đối phó với sự phát triển độ phức tạp của thiết kế.Thiết

kế phần cứng kỹ thuật số của hệ thống nhúng ngày càng trở nêntương tự như thiết kế phần mềm Việc sử dụng rộng rãi mô tảphần cứng ngôn ngữ và các công cụ tổng hợp làm cho thiết kếmạch trừu tượng hơn Thị trường áp lực giảm thời gian và nỗ lựcphát triển khuyến khích các đặc điểm trừu tượng- cation cũng nhưthúc đẩy việc tái sử dụng các thành phần phần cứng và phầnmềm.Do đó, một ngôn ngữ đặc tả phải cung cấp một phương tiệnthoải mái để tích hợp các thư viện tái sử dụng.Java là một ngônngữ hướng đối tượng, linh hoạt, có độ phức tạp vừa phải có thểđược sử dụng làm ngôn ngữ đặc tả trong quy trình thiết kế Javađược tích hợp sẵn nguyên thủy để xử lý nhiều luồng và hỗ trợđồng thời và quản lý các luồng kiểm soát khác nhau Các ứngdụng mới có thể nhanh chóng được phát triển bằng Java Mộtphương pháp tổng hợp và nền tảng tạo mẫu có thể được phát triển

cụ thể ically cho các thiết bị nhúng kết hợp phần cứng tích hợpchặt chẽ và các thành phần phần mềm Khám phá và tổng hợp cácgiải pháp thay thế thiết kế khác nhau và đồng xác minh triển khai

cụ thể là những nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe nhất trong việc thiết kế

hệ thống phần cứng và phần mềm nhúng Hệ thống nhúng nốimạng đặt ra những thách thức mới đối với các phương pháp luận

thiết kế hiện có như những yêu cầu mới như khả năng thích ứng,thời gian chạy và khả năng cấu hình lại phát sinh Một môi trườngthiết kế mã dựa trên ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Java hỗtrợ đặc tả,tổng hợp và thực thi nguyên mẫu để có thể cấu hình lạiđộng kho và hệ thống phần mềm.Hệ thống nhúng nối mạng đượctrang bị capa-cơ sở vật chất và có thể được kiểm soát qua mạng.JaCoP (Thiết kế mã điều khiển Java và môi trường Prototyping)

là một môi trường thiết kế mã dựa trên Java hỗ trợ đặc điểm kỹthuật, tổng hợp và tạo mẫu của nhúng được nối mạng các hệthống.Các hệ thống nhúng mới nổi chạy nhiều ứng dụng như webtrình duyệt, ứng dụng giao tiếp âm thanh và video và yêu cầumạng kết nối

Hệ thống nhúng nối mạng được chia thành:

● hệ thống đa chức năng thực thi nhiều ứng dụng đồng thời và

● hệ thống đa chế độ cung cấp cho người dùng một số chế độthay thế hoạt động

Trong các hệ thống đa chức năng, các hệ thống nhúng có thể thựcthi nhiều ứng dụng đồng thời Các ứng dụng này bao gồm thuthập dữ liệu video,xử lý các luồng âm thanh và duyệt WWW(World Wide Web) Hệ thống nhúng thường phải thích ứng vớicác điều kiện hoạt động thay đổi Đối với ví dụ, các ứng dụng đaphương tiện thích ứng với tốc độ mạng thay đổi bằng cách sửa đổitốc độ khung hình video để đáp ứng với tình trạng tắc nghẽnmạng Một cuộc trao đổi-giữa chất lượng dịch vụ (QoS) và tỷ lệmạng được áp dụng Âm thanh các ứng dụng sử dụng các kỹ thuậtnén khác nhau, tùy thuộc vào mạng phản hồi về tải và chất lượngdịch vụ (QoS) từ các ứng dụng khách.Trong hệ thống đa chế độ,

hệ thống đa chế độ nhúng trải nghiệm số lượng các phương thứchoạt động thay thế Ví dụ: điện thoại di động thực hiện một chứcnăng duy nhất có thể thay đổi cách nó hoạt động để phù hợp với

các giao thức truyền thông khác nhau hỗ trợ các chức năng vàtính năng khác nhau.Các thiết bị linh hoạt, đa chế độ là bắt buộcđối với các ứng dụng như điện tử ngân hàng và thương mại điện

tử Tùy thuộc vào loại kết nối và mức độ bảo mật cần thiết, cácthiết bị áp dụng các thuật toán mã hóa khác nhau khi truyền dữliệu.Một cách sử dụng khác của các hệ thống đa chế độ nhúng bịảnh hưởng bởi tốc độ sự phát triển của các ứng dụng dựa trênweb Việc thay đổi ứng dụng gây ra yêu cầu đối với các thiết bịnhư hộp giải mã tín hiệu thay đổi trong vòng vài tháng Đối vớicác miền ứng dụng nhất định, nhà thiết kế có thể giảm bớt vấn đềthiếu thời gian tồn tại của sản phẩm bằng cách thiết kế các thànhphần hệ thống phần cứng và phần mềm người dùng có thể cấuhình hoặc nâng cấp sau khi sản xuất Tuy nhiên, nhiều thiết bịkhông hỗ trợ các tác vụ này.Quản trị từ xa các sản phẩm điện tửqua Internet đã trở thành một tính năng quan trọng: có máy inhoặc máy photocopy với Web nhúng may chủ Bằng cách sửdụng các thành phần phần cứng có thể định cấu hình lại, nhà cungcấp có thể thay đổi phần cứng được triển khai chức năng sau khicài đặt các thiết bị nối mạng tại trang web của khách hàng

1.2 THIẾT KẾ THEO ĐỊNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

Hệ thống nhúng yêu cầu các công cụ thiết kế mã phần cứng vàphần mềm Tuy nhiên, thiết kế hệ thống phần cứng và phần mềm

có thể cấu hình tạo ra một vấn đề Một môi trường thiết kế hoànchỉnh cho hệ thống nhúng nên bao gồm các thành phần phần cứng

có thể cấu hình lại động Các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng,Java được sử dụng để đặc tả và hồ sơ ban đầu và để triển khaicuối cùng phần mềm của hệ thống các thành phần Một số xuhướng ảnh hưởng đến sự phát triển và hình thành hệ thống nhúng

yêu cầu đối với công cụ phát triển tối ưu Thiết kế hệ thốngnhúng-phần cứng kỹ thuật số của tem ngày càng trở nên giống vớithiết kế phần mềm Việc sử dụng rộng rãi các ngôn ngữ mô tảphần cứng và các công cụ tổng hợp làm cho thiết kế mạch trở nêntrừu tượng hơn Áp lực thị trường để giảm phát triển-đề cập đếnthời gian và nỗ lực cũng khuyến khích đặc tả trừu tượng và thúcđẩy việc tái sử dụng các thành phần phần cứng và phần mềm Do

đó, một cụ thể ngôn ngữ phải cung cấp một phương tiện thoải mái

để tích hợp tái sử dụng các thư viện.Lập trình hướng đối tượng đãđược chứng minh là một mô hình hiệu quả cho thiết kế các hệthống phần mềm phức tạp Mặc dù "hướng đối tượng" có thể ngụ

ý suy giảm hiệu suất, nó đi kèm với những lợi ích đáng kể: khôngchỉ cung cấp một phương tiện tốt hơn để quản lý độ phức tạp và

sử dụng lại modules, nó cũng làm giảm các vấn đề và chi phí liênquan đến việc bảo trì mã.Những lợi ích này vượt xa sự suy giảmhiệu suất.Trong thiết kế hệ thống nhúng, một xu hướng chínhngày càng được triển khai chức năng trong phần mềm Điều nàycho phép thực hiện nhanh hơn, linh hoạt ,tiện lợi hơn, khả năngnâng cấp dễ dàng hơn và tùy chỉnh với các tính năng bổ sung.Không giống như phần cứng, phần mềm không phát sinh chi phísản xuất, mặc dù chi phí bảo trì phần mềm gây ra mối quan tâmngày càng tăng.Việc thiết kế các hệ thống nhúng nối mạng đòi hỏi

sự hỗ trợ đa dạng bộ tính năng bao gồm tính di động của Internet,lập trình mạng, bảo mật, tái sử dụng mã, đa luồng và đồng bộ hóa.Tuy nhiên, Java đã không được thiết kế để chỉ định các hệ thống

có hạn chế về thời gian thực Nhu cầu giao tiếp với các hệ thốngnhúng qua Internet thúc đẩy nhiều nhà thiết kế hơn hướng tớiJava, vốn đã được chấp nhận là ứng dụng hàng đầu nền tảng thiết

kế để triển khai các ứng dụng hộp set-top Hộp set-top tạo ra mộtthị trường hệ thống nhúng đang phát triển nhanh chóng hứa hẹn

sẽ tiếp cận hàng triệu ngôi nhà

1.3 TÍCH HỢP THIẾT KẾ

Một phương pháp tổng hợp và nền tảng tạo mẫu có thể được pháttriển cụ thể ically cho các thiết bị nhúng kết hợp phần cứng tíchhợp chặt chẽ và các thành phần phần mềm

Sự tổng hợp được sử dụng để phân công nhiệm vụ hiệu quả nhấtphần mềm hoặc phần cứng và phương pháp tổng hợp sử dụng mộtJava ban đầu đặc điểm kỹ thuật của chức năng mong muốn Cấuhình phần mềm bằng Java virtual xác định các nút thắt cổ chai vàcác tác vụ đòi hỏi nhiều tính toán Sử dụng một công cụ trực quanhóa đồ họa hiển thị tương đối của từng nhiệm vụ và thời gian thựcthi lute, nhà thiết kế nhanh chóng khám phá ra hầu hết các ứngdụng các nhiệm vụ đòi hỏi tính toán.Các nhiệm vụ ứng viên đểtriển khai phần cứng được chọn trên cơ sở của kết quả cấu hình

và thư viện tái sử dụng các thành phần phần cứng có sẵn Mộtcông cụ tổng hợp cấp cao được sử dụng để chuyển đổi cácphương thức Java thành thanh ghi mức chuyển VHDL (Mô tảphần cứng mạch tích hợp tốc độ rất cao-ngôn ngữ) Công cụ tạo

mô tả giao diện thích hợp cho mỗi khối phần cứng.Kiến trúc mụctiêu để tổng hợp là tạo mẫu và khám phá nền tảng thể hiện trongHình 1.1 Trong kiến trúc này, phần mềm và phần cứng của thiết

kế được xử lý riêng biệt Đã triển khai môi trường thời gian chạytrong

phần mềm trên PC (Máy tính Cá nhân) được sử dụng để tạonguyên mẫu phần mềm An toàn tiện ích mở rộng phần cứng có

thể định cấu hình bổ sung, có thể cấu hình lại động board mảngcổng lập trình trường (DPGA), xử lý phần cứng.

Trong môi trường thời gian chạy, máy ảo Java tạo thành phần lõiponent của công cụ thực thi phần mềm Cơ sở dữ liệu lưu trữthông tin về các lớp và phương thức được sử dụng bởi thiết kế.Tổng hợp phần mềm có dạng mã byte được tạo, mã hóa trình biêndịch, mã độc lập với nền tảng

Hình 1.1 Thiết kế nền tảng thăm dò cho các hệ thống nhúng nốimạng

Máy ảo chứa các cơ chế giao diện cần thiết (phần cứng trình baobọc và trình điều khiển thiết bị) để giao tiếp với các mô-đun phầncứng.Cách tiếp cận này mang lại quá trình di chuyển suôn sẻ từviệc triển khai phần mềm vào hệ thống phần cứng và phần mềm

mà không cần sửa đổi mã nguồn Java.Các thành phần để xử lý đối

tượng phần cứng cho máy ảo Java có thể được thêm vào và giaotiếp với một thành phần phần cứng bên ngoài Thiết kế này tựđộng hóa việc quản lý thiết bị phần cứng có thể định cấuhình.Bảng tạo mẫu được kết nối với PC thông qua bus PCI (Giaodiện PC) là được sử dụng để thiết kế nền tảng thăm dò Bo mạchbao gồm một chip DPGA và một bộ nhớ cục bộ DPGA cung cấpthời gian cấu hình lại ngắn và đầy đủ truy cập vào các thanh ghibên trong mạch được triển khai, cho phép ánh xạ nhiều đối tượngphần cứng trên một chip Các bộ phận của chip có thể được cấuhình lại ngay cả khi các bộ phận khác của chip đang hoạt động,cho phép thực thi nhiều phương thức trên bảng DPGA khi chạy

hệ thống nguyên mẫu Trong thực tế, môi trường thời gian chạytrong Hình 1.1 đọc trong một bảng với các phân vùng chức năngmong muốn được chuyển đến các triển khai phần cứng hoặc phầnmềm.Môi trường xử lý trực tiếp các tác vụ này được thực thi dướidạng phần mềm trên Máy ảo Java Đối với mô-đun phần cứng, nócấu hình DPGA (với thông tin từ các tệp bit DPGA) và quản lýgiao tiếp của nó với DPGA.Trong quá trình thực thi ứng dụng,thông dịch viên phải kích hoạt mô-đun gọi phần cứng bất cứ khinào luồng điều khiển đến phương pháp phần cứng Tùy thuộcvào trạng thái hiện tại của bo mạch DPGA, một lệnh gọi phầncứng có thể kích hoạt một hoặc nhiều hành động sau:

● Cấu hình lại hoàn toàn hoặc một phần của DPGA;

● Chuyển dữ liệu đầu vào cho hội đồng quản trị;

● Chuyển dữ liệu trở lại luồng gọi;

● Truyền tín hiệu cho phép đến lượt nó bắt đầu mô phỏng thiết

kế phần cứng và

● Chuyển dữ liệu trở lại chuỗi cuộc gọi

Các thủ tục này được thực hiện trong trình bao bọc phần cứngđược hiển thị trong Hình 1.1 Cơ chế đồng bộ hóa chỉ cho phépmột luồng tại một thời điểm để truy cập bảng DPGA.Đặc tả phầnmềm ban đầu không thể cung cấp đủ chi tiết để tối ưu hóa ranhgiới phần cứng-phần mềm vì không có đủ chi tiết về thực hiệncuối cùng Trong quá trình tạo mẫu, điều thú vị nhất là giao thức

và cơ chế giao diện

1.4 TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ

Các nhà thiết kế hệ thống nhúng tìm cách tối đa hóa hiệu suấttrong hạn chế về tài nguyên phần cứng Trong quá trình tối ưuhóa, trọng tâm là trên những phần của thiết kế có thể được triểnkhai cách khác trong phần mềm hoặc phần cứng và các giao diệntương ứng của chúng Tạo mẫu môi trường thu thập thông tin đặctrưng về phần cứng và phần mềm và lưu trữ nó trong thư viện cácmô-đun có thể tái sử dụng Điều quan trọng nhất các thông sốđược đo bao gồm:

• Thời gian thực thi của một mô-đun cho cả triển khai phần cứng

và phần mềm

• Khu vực cần thiết để triển khai phần cứng, và

• Chi phí giao diện cụ thể (về thời gian thực hiện bổ sung cho dữliệu chuyển, vùng phần cứng hoặc mã phần mềm)

Trong các hệ thống phụ thuộc vào cả phần cứng và phần mềm,giao diện hiệu quả thiết kế là rất quan trọng để đạt được hiệu suấttối đa Vì lý do này, tùy chọn quy trình thu nhỏ nhấn mạnh thiết

kế giao diện hiệu quả trong khi tìm kiếm để ánh xạ tối ưu các đun tới phần cứng và phần mềm

mô-Hình 1.2 Mô hình giao tiếp hệ thống.

Cấu trúc cơ bản và các kiểu giao diện được thể hiện trong Hình1.2 Giao diện mô hình chứa một kênh giao tiếp cho các mô-đunphần mềm, một giao diện để trao đổi dữ liệu giữa miền phần cứng

và phần mềm, và hai kênh giao tiếp lớp cho các thực thể phầncứng Lớp 1 đại diện cho một liên kết giao tiếp trực tiếp đượcthực hiện trên chip Lớp 2 đại diện giao tiếp thông qua bộ nhớbảng cào SRAM.Trong quá trình tối ưu hóa thiết kế, môi trườngtạo mẫu sẽ tính toán chi phí giao diện cho ánh xạ hiện tại của cácmô-đun với phần cứng và phân vùng phần mềm Nếu các mô-đunđược kết hợp chặt chẽ được ánh xạ tới phần cứng,giao tiếp đượcthực hiện bằng cách sử dụng các thanh ghi trên chip hoặc thôngqua bộ nhớ chia sẻ, sử dụng RAM tĩnh (bộ nhớ truy cập ngẫunhiên).Môi trường tạo mẫu tối ưu hóa thiết kế hệ thống ở mức tối

thiểu thời gian thực thi trong giới hạn của khu vực chip DPGAgiới hạn và giao tiếp băng thông nication Để đại diện cho chấtlượng của việc thực hiện bởi một giá trị số, hàm chi phí được sửdụng Hàm chi phí là một tổng bình phương của chi phí phầncứng, phần mềm và giao tiếp Đối với các thiết kế nhỏ, các phânvùng có thể được chỉ định bằng cách sử dụng thuật toán tìm kiếm,tìm cách triển khai cung cấp mức tối thiểu chức năng ước lượng.

Sự phức tạp của giải pháp này tăng lên theo cấp số nhân và trởnên không khả thi đối với các hệ thống có hơn 25 mô-đun Phânvùng này thuộc nhóm bài toán NP-hoàn chỉnh Một thích hợphơn, heuristic phương pháp tối ưu hóa là ủ mô phỏng Phươngpháp ủ mô phỏng mô hình hóa quá trình nóng chảy vật lý một vậtliệu và sau đó làm lạnh nó để nó kết tinh ở trạng thái tối thiểunăng lượng Phương pháp này đã được áp dụng thành công chomột số vấn đề trong rất tích hợp hệ thống lớn Hơn nữa, nó rất dễthực hiện với chi phí khác nhau và thường mang lại kết quả tốt.Thuật toán, một xác suất phương pháp tìm kiếm có thể vượt rakhỏi mức tối thiểu cục bộ, bao gồm hai vòng lồng nhau:

• Vòng ngoài giảm nhiệt độ hiện tại theo một lịch làm mát dongười dùng chỉ định

• Vòng lặp bên trong tạo và đánh giá một số phân vùng mới bằngshift-ing các mô-đun từ phân vùng này sang phân vùng khác (tùythuộc vào hiện tại nhiệt độ)

Thuật toán chấp nhận di chuyển một mô-đun từ phân vùng nàysang phân vùng khác nếu làm như vậy sẽ giảm hàm chi phí tổngthể Với một xác suất nhất định điều đó phụ thuộc vào nhiệt độhiện tại, nó cũng có thể chấp nhận tăng chi phí

Bằng cách này, thuật toán có thể thoát khỏi mức tối thiểu cục bộ.Vòng lặp bên trong lặp lại cho đến khi thuật toán phát hiện trạngthái ổn định cho nhiệt độ hiện tại-chắc chắn Tùy thuộc vào lịchtrình nhiệt độ và tiêu chí dừng, Có thể đánh đổi giữa thời giantính toán và chất lượng kết quả.

Thời gian tính toán có thể được giảm đáng kể bằng cách chọn mộtmệnh giá ban đầu thay vì phân vùng ngẫu nhiên trước khi bắt đầutối ưu hóa Điều này cách thuật toán bắt đầu với nhiệt độ bắt đầuthấp hơn, do đó giảm số lần lặp lại

Ví dụ: quá trình tối ưu hóa cho một hệ thống có kích thước hợp lývới khoảng 100 mô-đun chỉ mất chưa đầy một phút với bộ xử lýPentium II

Bởi vì ủ mô phỏng là một phương pháp xác suất, hai lần thực hiệnthuật toán có thể tạo ra kết quả hơi khác một chút, nhưng với thờigian chạy, quá trình tối ưu hóa có thể được lặp lại nhiều lần, do

đó tăng khả năng thu được một kết quả gần như tối ưu

Tạo mẫu nhanh dựa trên Java của các hệ thống nhúng mang lạimột số lợi ích.mức độ và các biện pháp đặc trưng của việc thựchiện nguyên mẫu Combin- lấy những dữ liệu này đưa ra dự đoánchắc chắn hơn về hiệu suất của hệ thống cuối cùng và chi phí, tạo

ra một chiến lược tối ưu hóa đáng tin cậy

1.5 ĐỒNG THIẾT KẾ VÀ CẤU HÌNH

Khám phá và tổng hợp các giải pháp thay thế thiết kế khác nhau

và đồng xác minh triển khai cụ thể là những nhiệm vụ đòi hỏikhắt khe nhất trong việc thiết kế hệ thống phần cứng và phầnmềm nhúng Hệ thống nhúng nối mạng đặt ra những thách thứcmới đối với các phương pháp luận thiết kế hiện có như những yêu

cầu mới như khả năng thích ứng, thời gian chạy và khả năng cấuhình lại phát sinh Một môi trường thiết kế mã dựa trên ngôn ngữlập trình hướng đối tượng Java hỗ trợ cụ thể tion, tổng hợp vàthực thi nguyên mẫu để có thể cấu hình lại động hệ thống phầncứng và phần mềm Một nền tảng tạo mẫu và khám phá thiết kế

đã được phát triển cho hệ thống phần cứng và phần mềm nhúngvới khả năng cấu hình lại

Kiến trúc đích cho các hệ thống như vậy bao gồm một bộ vi xử lýđang chạy một máy ảo Java và một bộ xử lý phần cứng bao gồmmột hoặc nhiều FPGA hơn Tổng quan về quy trình thiết kế choquá trình tổng hợp được minh họa trong

Hình 1.3 Bắt đầu từ một đặc tả Java ban đầu, dữ liệu cấu hìnhđược thu thập

Hình 1.3 Đặc điểm kỹ thuật và tổng hợp.

Công cụ thực thi cần biết liệu một phương thức có đượcthông dịch hay không dưới dạng mã byte hoặc được thực thi trongphần cứng Do đó, trình nạp lớp chỉ định một cờ đặc biệt cho mọiphương pháp phần cứng Trong quá trình thực thi ứng dụng, trìnhthông dịch phải kích hoạt mô-đun cuộc gọi phần cứng bất cứ khinào luồng kiểm soát đạt đến một phương pháp phần cứng Tùythuộc vào trạng thái hiện tại của bảng DPGA, một số hành độngđược kích hoạt với mọi lệnh gọi phần cứng.Nếu cần, dữ liệu cấuhình mới sẽ được tải xuống chip, đầu vào dữ liệu được chuyểnđến bo mạch, thiết kế phần cứng được thực thi và dữ liệu kết quảđược chuyển trở lại chuỗi cuộc gọi Các thủ tục này được thựchiện trong trình bao bọc phần cứng (Hình 1.1) Hơn nữa, mộtnghiêm ngặt cơ chế đồng bộ được thực hiện Trong triển khai này,một luồng tại một thời điểm được phép truy cập vào bảng DPGA.

Mở rộng máy ảo Java để tương tác với khả năng cấu hình lại tàinguyên phần cứng cho phép triển khai người dùng hoàn toànminh bạch cơ chế thực thi các ứng dụng phần cứng và phần mềmhỗn hợp Trong giai đoạn tạo mẫu, người dùng có thể khám phácác lựa chọn thiết kế thay thế và ánh xạ phần cứng và phần mềmthông qua giao diện người dùng đồ họa Java mã vẫn không thayđổi, vì hệ thống thời gian chạy và hệ thống mở rộng quản lý hoàntoàn việc thực thi các thành phần phần cứng và phần mềm Tuynhiên, hạn chế của cách làm này là chỉ máy ảo Java có thể được

sử dụng khi có mã nguồn Đối với các máy ảo hoặc bản phát hànhkhác nhau, các phần mở rộng và tùy chỉnh phải được thực hiện

Trong một triển khai thay thế, lớp Java và các phương thức gốc làđược sử dụng để giao tiếp với phần cứng của hệ thống Trọng tâmchính là về việc triển khai tất cả các chức năng cần thiết cho giaodiện phần cứng và cấu hình lại trong Java Do đó, API cụ thể củanền tảng (Ứng dụng Giao diện lập trình) của bảng phần cứng cóthể cấu hình lại có thể được giữ rất nhỏ Trong trường hợp này, về

cơ bản, API hội đồng quản trị bao gồm các hàm function gốc đểghi giá trị và đọc giá trị từ một địa chỉ nhất định của hội đồngquản trị Các chức năng này được thực hiện thông qua Giao diệngốc Java (JNI) Điều này có nghĩa là tất cả các phương pháp đểquản lý kết quả và thực thi cấu hình chuyên nghiệp được thựchiện trong Java và tất cả các giao tiếp với bo mạch phần cứng dựatrên các triển khai gốc của việc đọc và viết các hàm Để giao tiếpvới bo mạch bên ngoài qua PCI bus, trình điều khiển thiết bịchuyên dụng được triển khai dưới dạng mô-đun có thể tải đượchạt nhân trong Linux

1.6 TIẾN HÀNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG.

Trong các hệ thống nhúng, tỷ lệ chức năng ngày càng tăngđược triển khai trong phần mềm và tính linh hoạt hoặc khả năngcấu hình lại được thêm vào danh sách các yêu cầu phi chức năng

Hệ thống nhúng nối mạng được trang bị khả năng giao tiếp và cóthể được kiểm soát qua mạng JaCoP (Java môi trường thiết kế vàtạo mẫu được điều khiển) là một môi trường thiết kế mã dựa trênJava hỗ trợ đặc tả, tổng hợp và tạo mẫu của hệ thống nhúng nốimạng

Thị trường phát triển nhanh chóng cho các thiết bị điện tửtiêu dùng hỗ trợ web giới thiệu một sự thay đổi mô hình trongthiết kế hệ thống nhúng Theo truyền thống, hệ thống nhúng đãđược thiết kế để thực hiện một tập hợp cố định các chức năng

được chỉ định trước trong một môi trường hoạt động nổi tiếng.Các chức năng của hệ thống nhúng vẫn không thay đổi trong quátrình sản phẩm

cả đời Tuy nhiên, với thời gian tiếp thị ngắn hơn và ngày càngtăng chức năng sản phẩm, triết lý thiết kế này đã bộc lộ nhữngthiếu sót của nó Các công cụ thiết kế mã phần cứng và phần mềmngày càng được sử dụng để giảm bớt một số của các vấn đề trongthiết kế các hệ thống không đồng nhất phức tạp

Tính năng chính của các thiết bị nhúng thế hệ tiếp theo làkhả năng để giao tiếp qua mạng và thích ứng với các môi trườnghoạt động khác nhau Có một lớp hệ thống đang nổi lên đồng thờithực thi nhiều ứng dụng, chẳng hạn như xử lý luồng âm thanh,quay video dữ liệu và duyệt web Các hệ thống này cần phải thíchứng với các điều kiện hoạt động thay đổi Ví dụ, trong các ứngdụng đa phương tiện, khung video tỷ lệ phải được điều chỉnh tùythuộc vào tình trạng tắc nghẽn mạng Tương tự như vậy, đối vớicác luồng âm thanh, các kỹ thuật nén khác nhau được áp dụng tùythuộc vào trên tải mạng Bên cạnh loại hệ thống đa chức năngnày, có hệ thống đa chế độ, tức là hệ thống biết một số chế độhoạt động thay thế, ví dụ: điện thoại di động có thể chuyển đổigiữa các các giao thức giao tiếp hoặc bộ truyền có thể chuyển đổigiữa các các tiêu chuẩn mã hóa Sự thay đổi mô hình này trong cảyêu cầu chức năng và không chức năng của các thiết bị nhúngkhông chỉ giữ cho các thiết bị tiêu dùng Trong công nghiệp tựđộng hóa có nhu cầu ngày càng tăng đối với các thiết bị cảm biến

và thiết bị truyền động có thể được điều khiển và bảo trì từ xathông qua Internet

1.6.1 THIẾT KẾ

Thiết kế phần cứng kỹ thuật số của hệ thống ngày càng trở nên