تحقیق درباره طراحي سيستم هاي تعبيه شده

خلاصه

بيشتر سيستم هاي تعبيه شده محدوديت هاي طراحي متفاوتي نسبت به كاربردهاي محاسباتي روزمره دارند. در ميان طيف گوناگون اين سيستم ها هيچ توصيف اختصاصي كاربرد ندارد. با وجود اين،برخي تركيبات فشار هزينه،احتياجات بلادرنگ،ملزومات اعتبار،عدم كار فرهنگي؛ طراحي اجراي موفق روشها و ابزار طراحي محاسباتي سنتي را مشكل ساخته است. در بيشتر حالات سيستم هاي تعبيه شده براي دوره زندگي و عوامل تجاري بهينه سازي مي شود تا حاصل كار محاسباتي بيشينه شود. امروزبسط طراحي كامپيوترهاي تعبيه شده به طراحي جامع سيستم تعبيه شده حمايت ابزاري كمتري ارد. با وجود اين،با آگاهي از نقاط ضعف و قوت رويكردهاي جاري مي توانيم توقعات را بدرستي بر گزينيم، مناطق خطر را مشخص نماييم و راه هايي كه بتوانيم نيازهاي صنعتي را برآورده كنيم،ارائه دهيم.               

1- مقدمه

هاي كوچكتر (4،8و16بيتي) CPU تعبيه شده، با  CPU درهر سال تقريبا 3 ميليارد

فروخته مي شود. باوجود اين بيشتر تحقيقات و توسعه ابزار به نظر مي رسد كه بر احتياجات روزمره و محاسبات تعبيه شده فضايي/ نظامي تمركز ارد. اين مقال بدنبال اين است كه بحث هايي را به پيش بكشد تا بازه وسيعي از سيستم هاي تعبيه شده را دربرگيرد.                                                                                             

تنوع زياد كاربردهاي تعبيه شده ، تعميم سازي را مشكل مي سازد. با اين وجود ،علاقه اي به كل ذامنه سيستم هاي تعبيه شده و طرح هاي سخت افزاري/ نرم افزاري هست.                                                                                                   

اين مقاله بدنبال اينست كه مناطق اصلي را كه سيستم هاي تعبيه شده را از طرح هاي كامپيوتري روزمره سنتي متمايز مي سازد معين مي كند.                                   

مشاهدات اين مقاله از تجارب نظامي و تجاري ،روش شناسي توسعه و حمايت دوره زندگي مي آيد.                                                                                        

تمام توصيفات تلويحا براي اشاره به حالات نمونه ،نماينده يا حديثيفهمانده شده است. در حاليكه درك مي شود كه سيستم هاي تعبيه شده احتياجات منحصربفرد خودشان را دارند. اميد مي رود كه تعميم سازي و مثال هاي ارائه شده در اين مقاله پايه اي براي  و روش شناسي طرح بشمار آيد.                           CAD بحث و تكامل ابزار هاي

2- مثال سيستم هاي تعبيه شده

شكل  1 يك نوع سازمان ممكن براي يك سيستم تعبيه شده را نشان مي دهد.

  ،گوناگوني از ميانجي ها وجود دارد تا سيستم را قادرCPUبه علاوه سلسله حافظه و

به سنجش ، اداره و تعامل با محيط خارجي كند. برخي از تفاوت ها با محاسبات روزمره را مي توان اينگونه ذكر كرد:                                                          

● ميانجي بشري مي تواند به سادگي يك نور فلاش يا به پيچيدگي يك روبات همه كاره باشد.                                                                                                     

● پورت تشخيصي براي تشخيص سيستم كنترل شده نه تشخيص كامپيوتر استفاده مي  شود.                                                                                                   

● زمينه برنامه نويسي همه منظوره ، خواص كاربرد ويا حتي سخت افزار غير ديجيتال براي افزايش عملكرد و يا ايمني استفاده مي شود.                                    

● نرم افزار عمل ثابتي دارد و كاربرد خاصي مي طلبد.

بعلاوه تاكيد برتعامل با دنياي خارجي ، سيستم هاي تعبيه شده تابعيت خاصي به كاربرد هايشان ارائه مي دهند.بجاي اجرا صفحات گسترده و پردازشگركلمه وتحليل مهندسي سيستم هاي تعبيه شده عموما قانون هاي كنترلي را اجرا مي كنندو همچنين الگوريتم هاي پردازش سيگنال . اينها اغلب بايد شناسايي شوند و در مقابل كمبودهاي محاسباتي و سيستم هاي الكترومكانيكي دوروبر واكنش دهند و قطعات كاربر ميانجي را اداره كنند .                                                                                         

براي اينكه بحث عيني تر شو چهار سيستم را بعنوان مثال بحث مي كنيم. هر مثال سيستمي واقعي در تولي جاري را به نمايش مي گذارد. اما كمي براي نمايش مقطع عرضي كاربردها و حفاظت فوايد ايره افقي تعميم داده شده است.                          

اين چهار مثال ، سيستم پردازش سيگنال،سيستم كنترل ماموريت بحراني ، سيستم كنترل توزيع شده و سيستم كوچك مصرف كننده الكترونيكي هستند.سيستم هاي پردازش سيگنال و ماموريت بحراني نماينده سيستم هاي تعبيه شده نظامي/ فضايي هستند. در حقيقت در طول زمان كاربردهاي عمومي تجاري پيا مي كنند.               

●با استفاده از اين چهار مثال براي نشان ادن نقاط ،بخش هاي زير مناطق و تفاوت نگراني براي طراحي سيستم هاي تعبيه شده را نشان  مي دهند: طرح كامپيوتر ،طرح سيستم- سطح، حفاظت چرخه زندگي ، حمايت مدل تجاري و تطابق فرهنگي طرح.

روش شناسي طرح محاسباتي روزمره و حمايت ابزار تا حد زيادي با طرح اوليه خود سيستم ديجيتال درگير است. براي اطمينان طراحان با تجربه از ديگر جنبه ها با خبرند، اما با تاكيد اخيربر طرح كمي بيرون از چرخه بهينه سازي گذاشته مي شوند. با وجود اين ، چنين رويكردي براي ايجاد سيستم هاي شده كه بطور كارآمدي در بازار رقابت كنند ناكافي است. اين به اين دليل است كه در بسياري حالات مطلب اين نيست كه آيا طرح چنين سيستم پيچيده اي عملي است يا نه، بلكه اين است كه چنين طرحي آيا مي شود بهينه شود؟                                                                                  

از آنجائيكه ابزارهاي طراحي ديجيتال ، طراحي كامپيوتري را كارآمد كرده است ، با مطالب مركزي سروكار ندارند- سيستم هاي تعبيه شده درباره سيستم است نه كامپيوتر . در محاسبات روزمره ،طراحي اغلب بر ساخت سريعترين سي پي يو تمركز دارد، از اينرو با بيشينه سرغت محاسباتي آنرا حمايت مي كند.ر سيستم هاي تعبيه شده تركيب ميانجي هاي خارجي(حسگرها،محرك ها) و كنترل و يا ترتيب دهي الگوريتمها اهميت اوليه دارد. سي پي يو راهي براي اداره اين اعمال است.براي نشان دادن اين نكته آزمايش زير كمك مي كند:                                                        

از يك اتاق پر از آدم بپرسيد كه از چه نوع سي پي يو در كامپيوتر هاي شخصي يا محل كارشان استفاده مي كنند.دوباره از همان افراد بپرسيد كه چه سي پي يو را براي موتور كنترلي ماشين شان استفاده مي كنند؟                                                    

در سيستم هاي تعبيه شده گرانتر ابزارهاي استفاده شده براي كامپيوترهاي بي ارزش هستند. با وجود اين، بيشتر سيستم هاي تعبيه شده چه بزرگ و چه كوچك بايد نيزهاي اضافي كه ماوراء حوزه اي است كه با طرح اتوماسيون سروكار دارد را برآورده كند.اين نيازهاي اضافي به مقوله هاي پيش نيازهاي طرح ويژه كامپيوتري، پيش نيازهاي سطح سيستم ،مطالب حمايت چرخه زندگي ،سازگاري مدل تجاري و مطالب فرهنگي طرح تقسيم مي شود.                                                                     

3- پيش نيازهاي طراحي كامپيوتر

كامپيوترهاي تعبيه شده عموما محدوديت محكمي هم بر عمل پذيري و هم اداره سازي دارند.بطور خاص، بايد اينها عمليات واكنشي بلادرنگ نسبت به وقايع خارجي را گارانتي كنند، با محدوديت هاي وزن و اندازه مطابقت داشته باشند،و از نظر ايمني تضمين شده باشند.                                                                                    

3-1- عمليات واكنش دار/ بلادرنگ

عمليات سيستم بلادرنگ بدين معناست كه صحت محاسبات به زمان تحويل آن بستگي دارد.در بيشتر حالات طرح سيستم بايد بدترين حالت عملكرد را در نظر بگيرد.در معماري هاي پيچيده پيش بيني بدترين حالت مشكل است و منجر به تخمين بدبينانه مي شود. سيستمهاي نمونه پردازش سيگنال و كنترل ماموريت پيش نيازهاي مهمي براي عمليات بلادرنگ دارند تا ورودي/ خروجي و پيش نيازهاي استحكام كنترل برآورده شود.                                                                                                    

محاسبات واكنش دار بدين معناست كه نرم افزار در پاسخ به وقايع خارجي اجرا مي شود.اين وقايع ممكن است متفاوت باشند؛ در اين حالت عملكرد گارانتي مي شود. از طرف ديگر، بيشتر وقايع غيرمداوم هستند كه بيشينه وقايع وروي بايد جهت همسازي با بدترين شرايط تخمين زده شوند. بيشتر سيستم هاي تعبيه شده اجزاي واكنشي دارند.

چالش طراحي :

      ●تجزيه و تحليل هاي بدترين حالت طرح بدون بدبيني زيادي در صورت سخت افزار خصوصيات عملكرد آماري.                                                               

3-2- اندازه كوچك، وزن كم

بيشتر كامپيوترهاي تعبيه شده بطور فيزيكي درون محصولات مصنوعي بزرگتري قرار دارند. از اينرو فرم آن بوسيله زيبايي شناسي تعيين مي شود كه قبلاًَ در نسخه هاي پيش الكترونيك موجود بودند يا با قطعات مكانيكي متناسب هستند. در سيستم هاي قابل حمل وزن از نظر اقتصادي و نيروي انساني عامل مهمي است . در ميان نمونه ها سيستم بحران مأموريت سايز و وزن دقيق تري نسبت به بقيه دارن و اين بخاطر استفاده در وسايل حمل ونقل پروازي است اگر مثال محدوديتي از اين نوع نشان مي دهد.                                                                                                     

چالش طراحي :

    ● مقياس غير مسطح وغير مثلثي.

    ● بسته بندي و يكپارچگي مدارهاي ديجيتال وآنالوگ براي كاهش اندازه.

3-3- ايمني و قابليت اطمينان

برخي سيستم ها خطرات محرزي مرتبط با شكست دارند. در كاربرهاي مأموريت بحراني مثل كنترل پرواز هوايي صدمات حاد شخصي يا خسارات تجهيزاتي نقص يك كامپيوتر تعبيه شده است. بطور سنتي چنين سيستم هايي از كامپيوترهاي چند افزونه يا پروتكل هاي اجماعي جهت اطمينان از عمليات مداوم پس از نقص تجهيزات استفاده مي كنند.                                                                                                

با وجود اين ، بيشتر سيستم هاي تعبيه شده كه منجر به خسارات شخصي يا مالي مي شوند ، نمي توانندهزينه اضافي افزونگي سخت افزار يا ظرفيت پرازش لازم براي فنون نقص يابي سنتي را تحمل كنند. اين آسيب پذيري اغلب در سطوح سيستمي كه بعداً بحث خواهد شد رفع مي شود.                                                                 

چالش طراحي :

     ● قابليت اطمينان كم هزينه با كميته افزونگي

3-4- محيط تند

بيشتر سيستم هاي تعبيه شده در محيط كنترل شده عمل نمي كنند. گرماي زياد اغلب مشكل ساز است، مخصوصاً در كاربردهايي كه درگير احتراق هستند. مشكلات اضافي براي سيستمهاي تعبيه شده با احتياج براي حفاظت از لرزش، شك، نور، نوسانات ذخيره برق ،آب،خوردگي ،آتش و ضايعات فيزيكي ايجاد مي شود.براي مثال در نمونه كنترل بحران مأموريت كامپيوتر بايد براي مدت زمان اندك و تضمين شده حتي تحت شرايط آتش سوزي عمل مي كند.                                                     

چالش طراحي :

     ● نمونه گرمايي دقيق

     ● نرخ گذاري قطعات متفاوت هرطرح، بسته به محيط عملياتي

3-5- حساسيت هزينه

حتي اگر كامپيوترهاي تعبيه شده پيش نيازهاي دقيقي داشته باشند، هزينه نيز مطلبي است. اگر چه طراحان سيستمهاي بزرگ وكوچك به يكسان از هزينه ها صحبت مي كنند ، حساسيت شان نسبت به تغييرات هزينه متغير است. يك دليل مي تواند اين باشد كه اثر هزينه هاي كامپيوتر به سوددهي بيشتر عملكرد نسبت تغييرات هزينه در مقايسه با هزينه سيستم كلي است تا هزينه تنها الكترونيكي ديجيتال. براي مثال در سيستم پردازش سيگنال حساسيت هزينه بطور تقريبي 1000 دلار تخمين زده مي شود. با وجود اين تصميمات سيستم كوچك با افزايش هزينه ها حتي چند سنت توجه مديران را به چند برابر كنندگي كميت توليد تركيب شده با بالاترين درصد مجموع هزينه سيستمي كه نمايانگر است جلب مي كند.                                                

 چالش طراحي :

     ● متغير حاشيه طرح براي اجازه دادن بهينه سازي بيشتر

4- پيش نيازهاي سطوح سيستم

براي رقابت در بازار سيستم هاي تعبيه شده ، اين سيستم ها بايد طراحان آن تمام سيستم را هنگام تصميم گيري در نظر داشته باشند.                                           

4-1- سودمندي محصول نهايي

سودمندي محصول نهايي هدفي است كه هنگام طراحي يك سيستم تعبيه شده بكار مي رود، نه ظرفيت خود كامپيوترهاي تعبيه شده . محصولات تعبيه شده عموماً بر مبناي ظرفيت ها، ويژكيها وهزينه سيستم فروخته مي شوند تا اينكه چه سي پي يو يي در آنها استفاده شده است يا هزينه/عملكرد آن سي پي يو چه بوده است.                      

يكي از راههاي نگاه كردن به سيستمهاي تعبيه شده اين است كه مكانيسم و ورودي/خروجي مرتبط با آنان با كاربرد آن تعريف مي شود. از اينرو ، در نهايت سخت افزار كامپيوتر نيز بعنوان زير بنايي براي اجزاء نرم افزار وميانجي گري آن با تاكيد بر كل عمليات پذيري تحويل شده بوسيله سيستم در دسترس است.                  

چالش طراحي :

     ● نرم افزار- سنتز ورودي/خروجي-سخت افزار مشتق ونرم افزار

4-2- ايمني و قابليت اطمينان سيستم

قبلاً در اين باره در يك بخش مجزا بحث شد . اما مهم در اينجا ايمني و قابليت اطمينان كل سيستم تعبيه شده است. نمونه سيستم توزيع شده بحران ميريت است، اما به افزونگي كامپيوتر منجر نمي شود ، در عوض پشتيبان ايمني مكانيكي زمانيكه سيستم كامپيوتر كنترل از دست مي دهد جهت خاموش كردن ايمن كامپيوتر فعال مي شوند. مطلب مهمتر واصلي تر ديگر ر سطوح سيستم ايمني سخت افزار و قابليت اطمينان است. اهميت اين مسئله بقدري است كه سالها طراحان سيستم را درگير كرده است.   

چالش طراحي :

     ● نرم افزار قابل اطمينان

     ● سيستم هاي ر دسترس ارزان با قطعات غير قابل اطمينان

     ● طرح هاي الكترونيكي ر مقابل غير الكترونيكي

4-3- كنترل سيستم هاي فيزيكي

دليل معمول براي جاسازي كامپيوتر تعامل با محيط است كه اغلب با ديده باني و كنترل ماشين آلات خارجي صورت مي گيرد. براي اين كار وروديها و خروجيها ي بايد از و به سطوح سيگنال ديجيتال منتقل شوند. بعلاوه، بارهاي مهم جاري بايد براي عمليات موتور راه گزيني شوند . تمام اين پيش نيازها بايد منجر به مدار كامپيوتري بزرگي با قطعات غير ديجيتالي شوند.                                                            

در برخي سيستم ها از حسگرها وفعال كننده هاي هوشمند براي انتقال سخت افزار ميانجي از كامپيوتر تعبيه شده مركزي استفاده مي شود. اين عمل فايده زيادي دارد و سيمكشي و تعداد اتصالات را با استفاده از شبكه تعبيه شده كاهش مي دهد. با وجو اين ، اين عمل باعث مشكلاتي در محاسبه نيز مي شود.                                          

چالش طراحي :

     ● سيستم توزيع شده ميان سخت افزار ديجيتال و آنالوگ ، قدرتي ، مكانيكي و شبكه بعلاوه نرم افزار.                                                                               

4-4- مديريت قدرت

يكي از مطالب مرسوم احتياج به مديريت قدرت است تا هم توليد گرما كاهش يابد و هم قدرت باطري حفظ شود. از آنجائيكه هجوم به سيستم هاي لپ تاپ محاسباتي انواع ديگر از سي پي يو هاي كم قدرت را توليد كرده براي اجرا باطريهاي ارزان قيمت تا 30 روز و در برخي موارد تا 5 سال قدرت كم مهم است.                                  

چالش طراحي :

     ● طرح فراكم قدرت براي عمليات دراز مدت باطري

5- حمايت چرخه زندگي

شكل 2 يك نما از چرخه توليد زنگي را نشان ميدهد. ابتدا نياز و يا فرصت كسترش فن آوري جديد مشخص مي شود . سپس مفهوم محصولي توسعه مي يابد. كه اين امر با محصول در زمان و طرح فرآيند توليد و ساخت و گسترش دنبال مي شود. اما در بيشتر سيستم هاي تعبيه شده ، طراح بايد گسترش هاي گذشته را ببيند وحمايت ، نگهداري ، ترفيع و مطالب ازكارافتادگي سيستم را در نظر بگيرد تا بدقت طرحي سودمند توليد كند. برخي از مطالبي كه به اين چرخه زندگي سوددهي اثر مي كذارد در زير به بحث گذاشته شده است.                                                                

5-1- اكتساب قطعات

به سبب اينكه سيستم تعبيه شده بيشتر كاربرد-مشتق است تا تكنولوژي-مشتق در انتخاب قطعه عقب افتادگي بيشتري ديده مي شود. از اينرو هزينه هاي اكتساب قطعه را هنگام بهينه سازي سيستم بايد در نظر بگيريم. براي مثال ، هزينه يك قطعه عموماً با كميت كاهش مي يابد، از اينرو تصميمات طرح براي طرح هاي چندگانه بايد براي تقسيم قطعات مشترك تا از آن سودد ببرد تعديل شود.                                         

چالش طراحي :

     ● قطعه چرخه زندگي، مدل هاي هزينه قطعه و بهينه سازي

5-2- تصديق سيستم

كامپيوترهاي تعبيه شده مي توانند هم به ايمني هم بر عملكرد سيستم اثر بگذارند. از اينرو ، روش هاي صلاحيت بسيار دقيق در برخي سيستم ها بعد از هر تغيير طرح لازم است تا بدين ترتيب احتمال خطر خرابي يا شكست سيستم پيش بيني نشده را تخمين بزنند و يا كاهش بدهند. اين هزينه هاي اضافي هر گونه پس اندازي كه ممكن بود توسط ارتقاء طرح در كامپيوتر تعبيه شده يا نرم افزارش درك شده باشد را نفي مي كند. اين نكته بطور اخص به استفاده فن آوري جديد با تلفيق مجدد قطعات سخت افزاري اشاره مي كند . قطعات مجدداً طراحي شده را نمي توان بدون آوردن هزينه ها تصديق سازي مجد بكار برد . يك استراتژي براي كاهش اين هزينه ها تاخير تمام تغييرات طرح تا هنگام ارتقاء اصلي سيستم است . از آنجائيكه سيستم هاي تعبيه شده توزيع شده كاربر گسترده اي پيدا كرده ان ، يك استراتژي محتمل پارتيشن بندي سيستم به طريقي است كه شمار سيستم هاي جانبي را كه لازم است هنگام تغيير مجدداً تصديق دهي شوند را كاهش دهد. اينجا مشكلي در پارتيشن بندي وجود دارد كه با تغييرات طرح پتانسيل ، استراتژي هاي تكنولوژيكي و ملزومات تنظيمي تاثير مي پذيرد.                                                                                                    

چالش طراحي :

     ● تركيب/پارتيشن بندي تا هزينه تا تصديق دوباره را به حداقل برساند.

5-3- لجستيك و تعمير

هر زماني كه يك كامپيوترتعبيه شده طراحي و تغيير مي يابد ، بر بقاء ورودي محصول تاثير مي گذارد. نقص كامپيوتر منجر مي شود كه كل سيستم تا زمانيكه كامپيوتر تعمير نشده بلا استفاه باشد. در بيشتر حالات سيستم هاي تعبيه شده در طي دقيقه تا ساعتي قابل تعمير هستند، كه قطعات اضافي را بطور ضمني بيان مي كند و كاركنان نگهداري بايد نزديك به سيستم واقع شده باشند. زمان تعمير سريعتر نيز ممكن است آن تشخيص وسيع را بطور ضمني بيان كند و قابليت جمع آوري داده ها بايد به سيستم  ساخته شود كه ممكن است با پايين نگهداشتن هزينه هاي توليد مغايرت داشته باشد. بخاطر عمر دراز سيستم هاي تعبيه شده ، تكثير تغيير هاي طرح مي توانند هزينه هاي لجستيك معني دار باعث شود. براي مثال اگر قطعات يك طرح تغييرداده شده باشد مي تواند تغييرات را به موجودي قطعات اضافي ، تجهيزات نگهداري، و آموزش نگهاري بداند. بعلاوه هر تغيير طرح براي سازگاري با تركيبهاي سيستم گوناگون و جا داده شده توسط پايگاه داده مديريت تركيب آزمايش نموده خواهد شد.    

چالش طراحي :

     ● طرح هاي بهينه شده براي كاهش هزينه هاي اضافي

     ● تشخيص پوشش بالا و خودآزمايش در سطوح سيستم نه سطح قطعات ديجيتال.

5-4- ارتقاء

به علت عمر بلند سيستم هاي تعبيه شده ارتقاء قطعات الكترونيكي و نرم افزاري براي به روزدرآوردن قابليت عملكر و  افزايش طول عمر سيستم استفاده مي شو. تا زمانيكه اغلب آن حالت باشد كه ارتقاء الكترونيك درگير جايگزيني كامل تخته هاي مار باشد ، مهم است كه بقيه قسمت هايي از سيستم كه بي تغيير مي مانند را درك بكنيم. از اينرو بايد رفتارهاي مخصوص ، ميانجي ها ، و ويژگي هاي غير قانوني را در نظر بگيريم كه چه موقع با انجام ارتقاء بايستي برداشته شده باشد. همچنين ارتقاء ها ممكن است موضوع تصديق مجدد نيز باشند. علاقه مخصوص نرم افزار در يك سيستم ارتقاء يافته است . نرم افزار موروثي را نمي توان روي سخت افزار جايگزين ارتقاء يافته و بي درنگ به واحد پردازشگر هدف جيد اجرا كرد. حتي بدتر ، زمانبندي رفتار محتمل است كه روي سخت افزار جديد بي تفاوت باشد اما مي تواند در عمليات سيستم هم غير قانوني هم بحراني باشد.                                                                       

چالش طراحي :

     ● اطمينان از ميانجي كامل ، زمانبندي و سازگاري عملكر زمان ارتقاء طرحها.

5-5- قابليت دسترسي بلند مدت

درحاليكه سيستم هاي تعبيه شده بيش از چند سال نيستند برخي قطعات الكترونيك ديگر براي توليد تجهيزات جديد يا جايگزينها در دسترس نخواهد بو. اين مسأله بخصوص با پردازنده هاي قديمي و تراشه هاي حافظه كوچك سايز پويا دردسرساز است. زمانيكه يك محصول به نقطه اي مي رسد كه قطعات اضافي ديگر از نظر الكترونيكي در دسترس نيستند، كل كامپيوتر تعبيه شده را بايد از نو طراحي و ارتقاء داد. اين طرح نو حتي اگر سيستم در توليد نباشد بسته به قابليت دسترسي سيستم جايگزين انجام مي شود. اين مشكل دغدغه مهمي براي سيستم توزيع شده است.                                 

چالش طراحي :

     ●طرح قديمي به روز مي شودتا قطعات جديد يكي شود.

6- مدل تجاري

مدلهاي تجاري كه با سيستم هاي تعبيه شده گسترش يافته اند همزمان با كاربردهاي آن تغيير مي كنند. هزينه ها، زمان چرخه ها و نقش خانواده هاي محصول هم مطالب مهم تجاري هستند كه بر تصميمات طرح اثر مي گذارند.                                         

6-1- هزينه هاي طرح در مقابل توليد

هزينه هاي طرح اهميت زيادي دارند. زمانيكه تعداد كمي از سيستم هاي تعبيه شده خاص ساخته مي شوند. برعكس، هزينه هاي توليد در توليد حجم بالا مهم هستند. سيستم هاي تعبيه شده از قطعات مجزا تا قطعات ميليوني متغيرند، و بنابراين دامنه توليد آنها بين در مقابل هزينه هاي توليد متغيراست. در طيف انتها حجم پايين ، ابزارهاي اتوكد به طراحان كمك مي كند تا كارشان را با حداقل تلاش كامل كنند . با وجود اين، در انتهاي طيف حجم بالا طرح بايد به اندازه كافي ساده باشد.                

شايد قادر باشند  كه  عملكرد ميانگين مهندسين  را در تمام زمانها   CAD ابزارهاي  

افزايش دهند. با وجود اين، در طرح هاي كوچك برخي از طراحان سيستم هاي تعبيه   را بالا ببرد.CADشده معتقند كه يك مهندس ارشد بشري مي تواند عملكرد ابزارهاي

در اين مثال يك برنامه نويس نرم افزار را به چندين بايت حافظه بطور دستي فشرده است و كامپيوتر داده هايي كه حافظه بيشتر مي طلبد توليد كرده است. نمي توان بحث  با CAD بهترهستند يا طراحان انساني، اما ابزارهاي CAD كرد كه آيا ابزارهاي

شك و شبهه اي همراه هستند كه مستلزم بهينه سازي بيشتر براي اندازه،عملكرد يا هزينه است.                                                                                            

چالش طراحي :

     ● زمان طرح ها هوشمند در تعامل هزينه توليد.

6-2- چرخه زماني

چرخه زماني بين شناسايي موقعيت محصول و بكارگيري محصول (زمان بازاريابي) تقريباًبراي سيستم هاي تعبيه شده زياد است . در بيشتر حالات الكترونيك ها نيروهاي مشتق نيستند؛ در عوض برنامه هاي زماني محصول از درگيري ابزارها براي قطعات مكانيكي و طرح فرآيند توليد و ساخت مشتق شده اند. بطور سطحي ، بنظر مي رسد كه اين بطور ضمني بيان ميكند كه زمان طرح براي قطعات الكترونيك مطلب مهمي نيست، تا حدي صحيح است.                                                                

به دليل اينكه سيستم هاي كامپيوتري بيشترين انعطاف پذيري را دارند، فشار تغييرات را جذب مي كنند. براي مثال ، طراحي مجدد سخت افزار در مثال بحران مأموريت لازم است زمانيكه حسگرهاي اضافي و محرك هايي براي اهداف عملكردي لازم بوده   تغييراتي  در جهت  اصلاح ROMاست .  در مثال سيستم كوچك  ،  تأخير ساخت

نرم افزاربدنبال دارد. از اينرو، اگرچه طرح اوليه اغلب مسيري بحراني براي بكارگيري محصول ندارد، طرح مجدد سيستم بايد بسرعت اجرا شود تا مشكلات حل شوند.                                                                                                    

چالش طراحي :

     ● طرح مجدد سريع براي جادادن تغييرات عوامل، الگوريتم ها و پيش نيازهاي عملكردي.                                                                                             

6-3- خانواده هاي محصولات

دربيشتر حالات طرح هاي سيستم هاي تعبيه شده تك نيستند و گوناگوني سيستم با قيمت هاي مختلف و ظرفيت هاي مختلف موجود است. تا حي كه طراحان سيستم بتوانند دوباره از قطعات استفاده كنند، هزينه هاي تمام سيستم هايدر خانواده محصول را كاهش مي دهند.                                                                                        

با وجود اين، تنشي پويا بين راه حل هايبيش از اندازه موجود است. همجنين حالاتي موجود است كه پيش نيازهاي متناقض بين سيستم هاي مشابه مانع از استفاده طرحسيستم جايگزين واحد مي شوند . در مثال هاي كوچك و بحران مأموريت مشتريان متفاوت نيازمند واسطه هاي مختلف بين سيستم تعبيه شده و تجهيزات آن است. در مثال توزيع شده و آژانس هاي تنظيمي رفتارهاي ايمني-بحران متفاوتي بسته به منطقه جغرافيايي كه سيستم آنجا بكار گرفته مي شود تحميل مي كند.                   

چالش طراحي :

     ●بهينه سازي طرح هنگام كمينه سازي قطعات.

7- طرح فرهنگي

طرح يك فعاليت اجتماعي است ، به همان نحو كه فعاليتي تكنيكي هم هست. طرح كامپيوترهاي روزمره و بويژه سي پي يو ها بطور كمي ارتقاء يافته است . با اين براي فراهم آوردن مهندسين CAD ارتقاء يافتگي  جديد تاكيدي بر تشبيه  و ابزارهاي

با عملكرد دقيق و پيش بيني هزينه ها است.                                                     

طراحان كامپيوتر با حسادت و درد به پهنه تعبيه شده بايد فرهنگ خود را درك كنند كه متفاوت با آنچه كه ديگر زمينه هاي مهندسي اجرا مي شده است. بخاطر اينكه طرح سيستم هاي تعبيه شده مستلزم اتصال مهارت هاي مهندسي است طراحان كامپيوتر موفق و روش شناسي هاي طرح بايد ترازي هماهنگ با تكنيك ها و متدهاي ديگرزمينه ها پيدا كنند. همچنين در بيشتر حالات مهنسين سازنده كامپيوترهاي تعبيه شده به دقت آموزش يده نشده اند و در نتيجه هماهنگ با فرهنگ و روش شناسي طرح كامپيوتر روزمره نيستند.                                                                           

7-1- فرهنگ كامپيوتر ر تعامل با ديگر فرهنگ ها

يك مساله خاص اينست كه ابزارهاي طراحي كامپيوتر تا جائيكه بيشتر باور دارند كه از نظر هزينه كارآمد است ارتقاء يافته اند. با وجود اين، در عرصه مكانيكي تمرين موجود با تحليل روبه بالا كم خروجي هم تراز است. از اينرو، مشكل خواهد بود تا مديران  يك  پروژه  را متقاعد سازيم  كه سرمايه  محدودي از بودجه براي  ابزارهاي

 طرح كنند و تسليم خشنودي و رضايت مشتريان شوند.                              CAD

چالش طراحي :

     ● درست كردن طرح هاي شبيه سازي شده  كامپيوتري شده در دسترس غير متخصصين.                                                                                            

7-2- محاسبه هزينه طرح مهندسي

يكي از زمينه هاي كارآيي استفاده مهندسين در نظم طرح است. اما برخي ابزارهاي

  كامپيوتري  بسيار  گرانقيمت  هستند  و در  سازمان هاي  عمومي   مشكلات CAD

سرمايه گذاري از نظر زماني دارند . اين بدين معني است كه طراحان كامپيوتري از   كه هزينه هاي طراحي سيستم را كاهش مي دهد محروم هستند.        CADابزارهاي

همچنين در كاربردهاي حجم بالاي مهندسي هزينه ها در مقايسه با هزينه هاي توليد كم است. اغلب تعداد مهندسين ثابت است و اين حالت براي تمام چهار مثال صادق است. به اين مي توانيم اينگونه ارجاع دهيم كه: «مهنسين آزاد هستند»اما زماني كه زمان مهندسي اثر اندكي بر هزينه هاي محصول دارد عدم دسترسي مهندسين كافي براي كار با تمام محصولات طراحي شده هزينه موقعيتي مهم دارد.(كه در كل سنجيده نمي شود)                                                                                                     

چالش طراحي :

     ● توليد بهتر از طريقه استفاده ابزارها و روش هايي كه بهتر توسط مديران دريافت مي شود اگر افزايش شمار محصولاتي كه بايد طراحي شده باشد را بدنبال داشته باشد ، تا تنها كارايي مهندسين در هر طرح داده شده اين يك ويژگي متمايز كننده دقيق و در عمل مهم است.                                                                           

7-3- سكون

بطور كلي ، هزينه تغييرات در يك سازمان هم از نظر مالي و هم از نظر شكست سازماني بالا است . صنعت كامپيوتر قابليت هاي زيادي داردد. با وجو اين، اثر اين رشد بنظر مي رسد كه در گسترش سيستم هاي تعبيه شدهتاخير افتاده باشد . در اين قسمت اين به اين دليل است كهبين معرفي تكنولوژي جديد و استفاده آن سپري شده است . از طرف يگر ، آخرين فن آدرس هاي طراحي كامپيوتري با بسياري از سازندگان سيستم تعبيه شده سازگاري ندارد چرا كه اصلا ضروري بنظر نمي رسند. گسترش ابزار كه بر قابليت استعمال ميليونها ترانزيستور تمركز دارد به سادگي با طراحان سيستم هايي كه از ريزپردازنده هاي 4 و8 بيتي استفاده مي كنند مرتبط است. و حتي اگر اينها سودمند باشند نياز به آنها توجه كننده نيست.                                

نمي خواهيم بگوييم كه اين ابزارها مورد نياز نيستند ، اما منظورمان اينست كه بگوييم نيروي اينرسي فرهنگي تنها تطابق ابزارهاي هزينه پايين با فوايد عمده را نشان مي دهد.                                                                                                      

چالش طراحي :

     ● ابزارهاي طرح و روش هايي را ايجاد و طراحي كنيد كه براي طرح تعبيه شده سودمندي داشته باشد.                                                                                

8- نتيجه گيري

بيشتر سيستمهاي تعبيه شده پيش نيازهايي دارند كه هم در جزئيات و هم در دامنه از كامپيوترهاي روزمره متفاوت هستند بلاخص ، تقاضاي كاربرد خاص و ميانجي با تجهيزات  خارجي بر طرح سيستم چيره مي شود. همچنين چرخه هاي بار طولاني و در برخي حالات هزينه هاي بالا مستلزم توجه به بهينه سازي بر مبناي اين اهداف است تا حداكثر سازي توان عملياتي كامپيوتر محيط فرهنگي و تجاري در بسياري از موقعيت هاي طرح سيستم تعبيه شده چنين است كه كامپيوترهاي سنتي تكنيك هايي را طراحي مي كنند كه در شكل جاري قابل دوام نيستند. چنين روش شناسي از نظر هزينه كارآمد خواهد بود و محدوديتهايي بر مقولات هزينه اي از حرفه هايي كه غير متخصص كامپيوتري دارند اعمال مي كنند.                                                    

علايق جاري ر طرح نرم افزار/سخت افزار قدمي در جهت صحيح استو تجارت بين سخت افزار و نرم افزار را كه براي بيشتر سيستمهاي تعبيه شده مهم است را مجاز مي سازند . با وجود اين، براي ابزارهاي موفق آينده بايد دامنه را حتي با درگيري مطالب چرخه زندگي و مطالب تجاري در نظر بگيريم.براي اطلاعات بيشتر به آدرس زير مراجعه كنيد.                                                                                     

http://www.cs.cmu.edu/~koopman/iccd96/