Die wichtigsten Unterschiede zwischen eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern

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Was ist ein eingebettetes System?

Ein eingebettetes System ist ein Computersystem mit einem bestimmten Zweck innerhalb eines größeren mechanischen oder elektronischen Systems. Es besteht aus einem Computerprozessor, Computerspeicher und Eingabe-/Ausgabeperipheriegeräten. Es ist in ein vollständiges Gerät integriert, das häufig auch mechanische und elektrische Komponenten enthält. Ein eingebettetes System hat häufig Einschränkungen bei der Echtzeitberechnung, da es normalerweise die physischen Vorgänge der Maschine steuert, in die es eingebettet ist. Viele häufig verwendete Geräte werden von eingebetteten Systemen gesteuert.

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Video zum Thema eingebettetes System

Funktionen eingebetteter Systeme

Echtzeitbetrieb: Eingebettete Systeme müssen sofort auf äußere Ereignisse reagieren. Sie müssen daher in der Lage sein, Daten schnell zu verarbeiten und darauf zu reagieren, häufig in nur wenigen Millisekunden oder Mikrosekunden.
Geringer Stromverbrauch: Eingebettete Systeme müssen so wenig Strom wie möglich verbrauchen, da sie häufig mit Batterien betrieben werden oder nur über begrenzte Stromquellen verfügen.
Zuverlässigkeit: Eingebettete Systeme müssen so konzipiert sein, dass sie unter allen Umständen zuverlässig funktionieren, da sie häufig in sicherheitskritischen Anwendungen wie medizinischen Geräten und Automobilsystemen eingesetzt werden.‍
Geringe Größe: Um die Integration in andere Systeme zu vereinfachen, werden eingebettete Systeme häufig leicht und kompakt gebaut.

Was ist ein Mikrocontroller?

Ein Mikrocontroller ist ein integrierter Schaltkreis, der eine CPU, einen Speicher und Eingabe-/Ausgabeanschlüsse auf einem einzigen Chip hat. Er wird häufig in eingebetteten Systemen verwendet und ist für einen bestimmten Zweck konzipiert. Mikrocontroller werden für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt, beispielsweise zur Regelung der Raumtemperatur oder des Flugs eines Raumfahrzeugs. Darüber hinaus findet man sie häufig in Haushaltsgeräten wie Mikrowellen, Waschmaschinen und Fernsehern.

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Funktionen von Mikrocontrollern

Die Tatsache, dass diese Anweisungen im Makroformat vorliegen, ist von Vorteil. Es kann angewendet werden, um mehrere Anweisungen auf einmal zu ersetzen.
Mikrocontroller mit außergewöhnlich niedrigem Stromverbrauch wurden durch neue Technologien möglich. Sie verarbeiten typischerweise Spannungen zwischen 1,8 und 5,5 V.
Da sie Speicher der neuesten Generation verwenden, sind Mikrocontroller überaus benutzerfreundlich und sehr zuverlässig. High-End-ROM-Speicher, die von technologischen Fortschritten wie EEPROM profitieren, sind überlegen und bieten deutlich mehr Speicherkapazität. Außerdem sind weitere Schreib- und Löschzyklen möglich.

Wichtige Unterschiede zwischen eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern

Funktion	Eingebettetes System	Mikrocontroller
Größe	Kann groß oder klein sein	Normalerweise klein
Kosten	Kann teuer oder günstig sein	Normalerweise günstig
Stromverbrauch	Kann hoch oder niedrig sein	Normalerweise niedrig
Zuverlässigkeit	Kann weniger zuverlässig oder sehr zuverlässig sein	Normalerweise sehr zuverlässig
Umgebung	Kann in einer Vielzahl von Umgebungen betrieben werden	Normalerweise für den Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt
Anwendungen	Vielfältige Anwendungen	Vielfältig einsetzbar, aber typischerweise in kleinen, kostengünstigen Geräten

Anwendungen von eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern

Anwendungen von eingebetteten Systemen

Automobile: In modernen Automobilen werden häufig eingebettete Systeme oder zahlreiche Computer (in manchen Fällen bis zu 100) verwendet, um eine Vielzahl von Funktionen auszuführen. Einige dieser Systeme führen grundlegende Nutzaufgaben aus, während andere Unterhaltungs- oder benutzerorientierte Funktionen bieten. Tempomat, Rückfahrsensoren, Federungssteuerung, Navigationssysteme und Airbagsysteme sind einige eingebettete Technologien, die in Privatfahrzeugen zu finden sind.
Mobiltelefone: Diese Geräte enthalten eine Vielzahl eingebetteter Systeme, wie Betriebssysteme, GUI-Software und -Hardware, Kameras, Mikrofone und USB-E/A-Module (Eingabe/Ausgabe).
Industrieausrüstung: Diese Geräte können sowohl eingebettete Systeme, wie Sensoren, enthalten als auch als eingebettete Systeme fungieren. Eingebettete Automatisierungssysteme, die bestimmte Überwachungs- und Steuerungsaufgaben ausführen, sind häufig in Industriemaschinen zu finden.
Medizinische Geräte: Dazu können eingebettete Systeme wie Sensoren und Steuerungssysteme gehören. Medizinische Geräte müssen, wie kommerzielle Maschinen, auch sehr benutzerfreundlich sein, um Maschinenfehler zu vermeiden, die hätten vermieden werden können. Dies bedeutet, dass sie häufig ein komplizierteres Betriebssystem und eine GUI haben, die für eine geeignete Benutzeroberfläche erstellt wurden.

Anwendungen von Mikrocontrollern

Große Anwendungsvielfalt

Automobile: Motor, Getriebe und Bremsen sind nur einige der vielen Vorgänge, die in Automobilen von Mikrocontrollern gesteuert werden.
Haushaltsgeräte: In Haushaltsgeräten werden Mikrocontroller eingesetzt, um eine Reihe von Funktionen zu steuern, wie etwa den Timer der Mikrowelle oder den Thermostat des Kühlschranks.
Industriegeräte: In Industriegeräten werden Mikrocontroller eingesetzt, um eine Reihe von Variablen zu regeln, wie etwa die Temperatur eines Ofens oder die Geschwindigkeit eines Motors.
Medizinische Geräte: Ein Herzschrittmacher oder eine Insulinpumpe sind nur zwei Beispiele für die vielen Vorgänge, die Mikrocontroller verwalten können.
Spielzeuge: Eine Reihe von Funktionen, darunter die Bewegung eines Roboterspielzeugs oder die Soundeffekte eines Videospiels, werden durch Mikrocontroller in Spielzeugen gesteuert.
Geräte zur Hausautomation: Mikrocontroller werden in Hausautomationssystemen eingesetzt, um eine Reihe von Funktionen zu verwalten, darunter Beleuchtung, Thermostat und Sicherheitssystem.
Telekommunikationsgeräte: Mikrocontroller werden in Telekommunikationsgeräten eingesetzt, um eine Reihe von Vorgängen zu steuern, darunter Anrufvermittlung und Datenverschlüsselung.
Militärische Systeme: Zahlreiche Aufgaben, darunter die Steuerung von Drohnen und die Lenkung von Raketen, werden in militärischen Systemen mit Mikrocontrollern ausgeführt.

Mikrocontroller für Cubesat

Kleine Satelliten, sogenannte "CubeSats", werden häufig für Lehre und Forschung eingesetzt. Ein Mikrocontroller ist oft eines von vielen standardisierten Modulen, aus denen diese Art von Geräten besteht. Der Mikroprozessor eines CubeSats verwaltet die Aufgaben des Satelliten, einschließlich Lageregelung, Energieverwaltung und Datenübertragung. Auch die Software für den Satelliten wird von ihm ausgeführt. Größe, Stromverbrauch und Rechenleistungsbedarf eines CubeSats sind nur einige der Variablen, die den für den Satelliten am besten geeigneten Mikrocontroller beeinflussen. Zu den beliebten CubeSat-Mikrocontrollern gehören:

Der Arduino Uno: Open-Source-Mikrocontroller-Boards wie der Arduino Uno sind beliebt für Heimwerker- und Bildungsprojekte. Sie sind eine wunderbare Option für Anfänger, da sie benutzerfreundlich und relativ erschwinglich sind.
Der Raspberry Pi: Verwendung des Raspberry Pi Ein kreditkartengroßer Computer namens Raspberry Pi kann als Mikrocontroller verwendet werden. Es ist eine fantastische Option für kompliziertere Projekte, da es leistungsstärker als das Arduino Uno ist und über mehr Funktionen verfügt.
Der STM32F407: Der STM32F407 ist ein gängiger 32-Bit-Mikrocontroller, der in kommerziellen und industriellen Anwendungen verwendet wird. Er ist eine fantastische Wahl für anspruchsvolle Anwendungen, da er leistungsfähiger und anpassungsfähiger als das Arduino Uno oder das Raspberry Pi ist.

Dual-Core-Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller mit zwei Verarbeitungskernen wird als Dual-Core-Mikrocontroller bezeichnet. Dies steigert die Leistung des Systems, indem der Mikrocontroller zwei Aufgaben gleichzeitig ausführen kann. Dual-Core-Mikrocontroller werden in eingebetteten Systemen immer häufiger eingesetzt, da sie die Leistung von Systemen steigern können, die mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen müssen. Der Intel Atom und der ARM Cortex-A9 sind zwei beliebte Beispiele für Dual-Core-Mikrocontroller.

SPS vs. Mikrocontroller

Ein digitaler Computer namens SPS (Programmable Logic Controller) wird zur Automatisierung industrieller Prozesse verwendet. SPS werden häufig in Umgebungen wie Industrien und Kraftwerken eingesetzt, in denen Zuverlässigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind. Obwohl Mikrocontroller manchmal in industriellen Umgebungen eingesetzt werden, sind sie oft weniger leistungsfähig und zuverlässig als SPS. Im Vergleich zu SPS sind Mikrocontroller jedoch anpassungsfähiger und haben ein größeres Anwendungsspektrum. Die spezifische Anwendung bestimmt, ob eine SPS oder ein Mikrocontroller verwendet werden sollte. Eine SPS ist eine bessere Option, wenn Zuverlässigkeit und Sicherheit oberste Priorität haben. Ein Mikrocontroller kann jedoch eine bessere Option sein, wenn Anpassungsfähigkeit wichtiger ist.

FPGA vs. Mikrocontroller

Ein Chip namens FPGA (Field-Programmable Gate Array) kann so programmiert werden, dass er eine Reihe von Aufgaben ausführt. In Branchen wie Netzwerktechnik und Telekommunikation, in denen Flexibilität und Leistung entscheidend sind, werden häufig FPGAs verwendet. Obwohl es viele Einsatzmöglichkeiten für Mikrocontroller gibt, fehlt diesen Geräten oft die Flexibilität und Leistung von FPGAs. Im Vergleich zu FPGAs sind Mikrocontroller jedoch günstiger und einfacher zu verwenden. Die genaue Anwendung bestimmt, ob ein FPGA oder ein Mikrocontroller verwendet werden sollte. Ein FPGA ist eine bessere Option, wenn Flexibilität und Leistung entscheidend sind. Ein Mikrocontroller könnte jedoch eine bessere Option sein, wenn Kosten und Programmierkomfort entscheidendere Faktoren sind.

Ist ein Mikrocontroller Teil eines eingebetteten Systems?

Ein Mikrocontroller ist zweifellos eine Komponente eines eingebetteten Systems. Ein eingebettetes Computersystem führt eine bestimmte Funktion als Teil eines größeren Systems aus. Der Mikrocontroller, der als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) des eingebetteten Systems dient, ist für die Verwaltung der anderen Teile des Systems zuständig. In Mikrocontrollern sind häufig Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegeräte (E/A), ein Prozessor und ein Speicher enthalten. Der Speicher speichert die Daten, die der Prozessor zum Ausführen der Anweisungen benötigt, der Prozessor führt die Anweisungen aus und die E/A-Peripheriegeräte ermöglichen dem Mikrocontroller die Kommunikation mit externen Geräten. Der Mikrocontroller, der Kern eines eingebetteten Systems, ist dafür zuständig, dass alles reibungslos läuft. Je nach Anwendung übernimmt der Mikrocontroller eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben. Beispielsweise ist der Mikrocontroller in der Motorsteuerung (ECU) eines Autos für die Steuerung der Zündung, der Kraftstoffeinspritzung und anderer Elemente des Motors zuständig. In einem Toaster ist der Mikroprozessor für die Steuerung der Zeit- und Heizkomponenten zuständig. Wir können den Unterschied zwischen den beiden jedoch am Beispiel einer Waschmaschine verstehen. Ein Mikrocontroller in einer Waschmaschine ist so programmiert, dass er verschiedene Aufgaben ausführt, darunter das Drehen des Motors und das automatische Auffüllen des Wasserbehälters. Ein Mikrocontroller ist ein integrierter Schaltkreis, der speziell für einen bestimmten Zweck programmiert wurde. Ein eingebettetes System ist ein Schaltkreis, der viele integrierte Schaltkreise für verschiedene Aufgaben verwendet.

Fazit

Eingebettete Systeme und Mikrocontroller sind zwei wichtige Technologien, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. In diesem Blogbeitrag haben wir die Hauptunterschiede zwischen eingebetteten Systemen und Mikrocontrollern untersucht. Wir haben auch ihre Anwendungen besprochen und uns eingehender mit Mikrocontrollern befasst.