Sulautettujen järjestelmien varhainen kehitys Petri Kosunen

Sisällys Määritelmä Varhaiset tietokoneet Elektroniikan kehitys Varhaisia sulautettuja järjestelmiä Mikro-ohjaimet Sulautetun ohjelmiston kehitys

Määritelmä Sulautettu järjestelmä on laite, jossa tietokone on kiinteä osa eletktroniikkajärjestelmää Sulautettu järjestelmä on usein myös tosiaikajärjestelmä Esim. matkapuhelin, pesukone, elektroninen vaaka, autotietokone...

Varhaiset tietokoneet Koneet isoja, tehonkulutus valtava Ei puhuttu sulautetuista järjestelmistä Käytettiin lähinnä laskimina

Transistori Keksittiin 1947 Korvasi tyjiöputket Luotettavampi Pienempi koko Paremmat sähköiset ominaisuudet (tehonkulutus...) Transistorikoneet silti isokokoisia Ensimmäiset tosiaikajärjestelmät 1950-luvun puolivälissä

Mikropiiri Komponenttien kytkennät veivät paljon tilaa Ratkaisuna mikropiiri 1958-59 Kaikki komponentit yhdellä puolijohdepalalla Kestävä, hyvät sähköiset ominaisuudet Kaupalliseen käyttöön 1961

Sulautettujen järjestelmien alkutaival Neuvostoliitto laukaisi Sputnik I –satelliitin 4.10.1957 Herätti päättäjät Yhdysvalloissa Paljon rahaa ase- ja avaruusteknologian tutkimukseen NASA perustettiin 1.10.1958 vastaamaan haasteeseen Tietokoneiden käyttöä ”komponentteina” tutkittiin

Varhaisia sulautettuja järjestelmiä... 1950-luvun lopulla kehitettiin uudentyyppistä ohjusta 1958 yli 4600 työntekijää projektin parissa Minuteman I 1960 Sulautettu järjestelmä, tietokone kiinteä osa ohjusta Autonetics D17B Ohjaus, hallinta

Autonetics D17B 75 piirikorttia, paino n. 28kg Ennustettava toiminta

Miksi ohjelmistoa? Kätevä monimutkaiseen logiikkaan Ohjelmistolla ei ole fyysisiä ominaisuuksia paino, koko, tehonkulutus, häiriöherkkyys... mutta suorittavalla tietokoneella on Ohjelmistolla suuret kehityskulut, tuotanto halpaa Alkuaikoina ohjelmistotuotantoa ei pidetty insinööritieteenä, tekijöitä sai halvalla

Uusia vaatimuksia tietokoneille Tehonkulutus Koko Säteily Vikasietoisuus Ennustettavuus... Erikoisominaisuuksia Signaalinkäsittely (DSP) Liitännät...

Gemini 2 – Ensimmäinen tietokone avaruudessa (1965)

Varhaisia sulautettuja järjestelmiä... HP 9100 (1968) Empress (1968) Atari 2600 (1976) (sis. mikroprossori!)

Mikro-ohjain Mikroprosessori, jossa samalle lastulle lisätty oheistoimintoja elektroniikan tarpeisiin ROM- ja RAM-muistit Yleisimpiä liitäntöjä (I2C, SPI...) I/O (digitaalinen ja analoginen) PWM, ajastimia... Intel MCS-48 1976 Zilog Z80 1976, MCS-48:a kehittyneempi Intel MCS-51 1980, menestystuote

Intel 8051 –arkkitehtuuri Intel julkaisi MCS-51-mikro-ohjainarkkitehtuurin 1980 Useampi piirivalmistaja 8051-ytimelle Maailman eniten myyty mikro-ohjain-arkkitehtuuri

Intel 8051AH Perustuu Intel HMOS -teknologiaan 4KB ROM 128B RAM 32 ohjelmoitavaa I/O-linjaa 5 keskeytyslinjaa RS232-tuki Kaksi 16-bittistä ajastinta/laskuria

Digitaalinen signaalinkäsittely Signaaliprosessori 1980-luvun alussa Tekniikka jo 1960-luvulla Soveltuu raskaaseen ja toistuvaan numeeriseen laskentaan Audio (CD, GSM..), video (DVD..), tietoliikenne (modeemi..) Suotimet, signaalimuunnokset, analysointi...

Sulautettujen järjestelmien ohjelmistokehitys Poikkeaa ”tavanomaisesta” Kehitystyö yleiskäyttöisellä tietokoneella, suoritus sulautetussa koneessa Hidas kehityskaari Testaus hankalaa Perusperiaate edelleen kuten 1960-luvulla (!) Nykyään käytetyimmät kielet C ja assembler

Datamuistit (IC) Käytössä oleva muistiratkaisu vaikuttaa ohjelmiston kehityskaareen Maskiohjelmoitava lukumuisti (ROM) Ohjelmointi valmistusmaskin avulla Tieto säilyy koko piirin eliniän Kertaohjelmoitava lukumuisti (PROM) Ohjelmointi polttamalla muistikennojen sulakkeet poikki

Datamuistit (IC) UV-valolla purettava lukumuisti (EPROM) Ohjelmointi sähköisesti, tyhjennys UV-valolla piirissä olevan ”ikkunan” kautta Kertaohjelmoitava lukumuisti (OTP-EPROM) EPROM ilman ikkunaa, tieto säilyy koko piirin eliniän Sähköisesti tyhjennettävä lukumuisti (EEPROM) Tyhjennys sähköisesti

Datamuistit (IC) FLASH-muisti Haihtumaton RAM-muisti (NVRAM) Käytetään nykyään yhdessä EEPROMin kanssa Muistiavaruus jaettu sektoreihin, joita voidaan ohjelmoida ja tyhjentää sähköisesti Haihtumaton RAM-muisti (NVRAM) RAM-muistia, jossa tieto säilyy sähkökatkon yli

Yhteenveto Sulautetussa järjestelmässä tietokone on osa elektroniikkajärjestelmää Ensimmäiset sulautetut militääri- ja avaruusteknologian tarpeisiin Digitaalinen signaalinkäsittely yhdessä mikro-ohjainten kanssa mahdollistivat ”digitaalisen vallankumouksen” 1980-luvulla