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3 Hardware eingebetteter Systeme
forderung entsprechend und aufgrund des Entwurfsflusses in Abb. 3.1 beschreiben
wir nun einige wichtige Grundlagen der Hardware eingebetteter Systeme.
Bewertung & Validierung
Entwurfsdatenbank
Spezifikation
Test
Optimierung
wissen
Systemsoftware
Entwurf
Abbildung von
Anwendungen
Anwendungs(RTOS, ...)
HW-Komponenten
Abb. 3.1 Vereinfachter Entwurfsfluss
Die Hardware eingebetteter Systeme ist weit weniger standardisiert als jene von
PCs. Die große Vielfalt von eingebetteter Systemhardware macht es unmöglich,
einen umfassenden Überblick über alle Arten von Hardwarekomponenten zu geben.
Wir versuchen dennoch, einen Überblick über einige wichtige Komponenten zu geben, die in den meisten Systemen vorhanden sind. In vielen cyber-physikalischen
Systemen, insbesondere in Regelungssystemen, wird die Hardware in einer Schleife
verwendet (siehe Abb. 3.2). Informationen über die physische Umgebung werden
(physische)
Wärme
Ableitung von
Energiespeicher
Energiequelle
Sample-and-Hold
verarbeitung
InformationsSensoren
Anzeige
D/A-Wandler
Aktuatoren
Pulsbreitenmodulation
Umgebung
A/D-Wandler +
Abb. 3.2 Hardwareschleife
in dieser Schleife über Sensoren bereitgestellt. Sensoren erzeugen normalerweise
kontinuierliche Folgen von Analogwerten. In diesem Buch beschränken wir uns auf
Informationsverarbeitung, in der digitale Computer diskrete Wertefolgen verarbeiten. Die dafür erforderlichen Umwandlungen werden mit Hilfe zweier Arten von
Schaltungen vorgenommen: Abtast- und Halteschaltungen (engl. sample-and-hold
circuits) und Analog-Digital (A/D)-Wandler. Nach einer solchen Umwandlung können die Informationen digital verarbeitet werden. Die erzeugten Ergebnisse können
dann angezeigt und weiterverwendet werden, um die physische Umgebung durch
Aktuatoren zu beeinflussen. Da die meisten Aktuatoren analog arbeiten, wird hier
auch eine Wandlung von digitalen in analoge Signale benötigt. Diese Wandlung
3 Hardware eingebetteter Systeme
forderung entsprechend und aufgrund des Entwurfsflusses in Abb. 3.1 beschreiben
wir nun einige wichtige Grundlagen der Hardware eingebetteter Systeme.
Bewertung & Validierung
Entwurfsdatenbank
Spezifikation
Test
Optimierung
wissen
Systemsoftware
Entwurf
Abbildung von
Anwendungen
Anwendungs(RTOS, ...)
HW-Komponenten
Abb. 3.1 Vereinfachter Entwurfsfluss
Die Hardware eingebetteter Systeme ist weit weniger standardisiert als jene von
PCs. Die große Vielfalt von eingebetteter Systemhardware macht es unmöglich,
einen umfassenden Überblick über alle Arten von Hardwarekomponenten zu geben.
Wir versuchen dennoch, einen Überblick über einige wichtige Komponenten zu geben, die in den meisten Systemen vorhanden sind. In vielen cyber-physikalischen
Systemen, insbesondere in Regelungssystemen, wird die Hardware in einer Schleife
verwendet (siehe Abb. 3.2). Informationen über die physische Umgebung werden
(physische)
Wärme
Ableitung von
Energiespeicher
Energiequelle
Sample-and-Hold
verarbeitung
InformationsSensoren
Anzeige
D/A-Wandler
Aktuatoren
Pulsbreitenmodulation
Umgebung
A/D-Wandler +
Abb. 3.2 Hardwareschleife
in dieser Schleife über Sensoren bereitgestellt. Sensoren erzeugen normalerweise
kontinuierliche Folgen von Analogwerten. In diesem Buch beschränken wir uns auf
Informationsverarbeitung, in der digitale Computer diskrete Wertefolgen verarbeiten. Die dafür erforderlichen Umwandlungen werden mit Hilfe zweier Arten von
Schaltungen vorgenommen: Abtast- und Halteschaltungen (engl. sample-and-hold
circuits) und Analog-Digital (A/D)-Wandler. Nach einer solchen Umwandlung können die Informationen digital verarbeitet werden. Die erzeugten Ergebnisse können
dann angezeigt und weiterverwendet werden, um die physische Umgebung durch
Aktuatoren zu beeinflussen. Da die meisten Aktuatoren analog arbeiten, wird hier
auch eine Wandlung von digitalen in analoge Signale benötigt. Diese Wandlung