Distributed Embedded Control Systems: Improving Dependability with Coherent Design

بسیار اوقات، طراحی عملی سیستم‌های تعبیه‌شده سازگاری ندارد و در نتیجه سیستم‌های کنترل کامپیوتری عملکردی را که باید ارائه نمی‌دهند، می‌شود. مهم‌تر از همه، آنها فاقد قابلیت اطمینان هستند، یک ویژگی کلیدی در حال حاضر که دستگاه‌های الکترونیکی برنامه‌ریزی‌شده بسیار فراگیر هستند، حتی در برنامه‌های بسیار حیاتی از نظر ایمنی.

سیستم‌های کنترل جاسازی شده توزیع‌شده دامنه‌هایی را که هنگام طراحی با آنها مواجه می‌شویم مدیریت می‌کند. یک سیستم کنترل کامپیوتری تعبیه شده توزیع شده به عنوان یک کل یکپارچه. ابتدا برخی از مسائل اساسی در مورد سیستم های بلادرنگ و ویژگی های آنها، به ویژه ایمنی، مورد بحث قرار می گیرند. سپس، معماری‌های سیستم و سخت‌افزار مورد بررسی قرار می‌گیرند: حوزه‌هایی مانند زمان‌بندی، معماری‌های توزیع نامتقارن چند پردازنده‌ای، ارتباطات با زمان راه‌اندازی، میان‌افزار، تجهیزات جانبی تحمل‌پذیر خطا، و غیره. بعد، مسائل برنامه‌نویسی، تجسم ویژگی‌های مورد نظر، زیرمجموعه‌های زبان پایه، شی گرایی و زبان پشتیبانی از مشخصات سخت افزاری و نرم افزاری و طراحی مشترک شرح داده شده است و در نهایت، اجرای نمونه اولیه یک سیستم کنترل جاسازی شده توزیع شده به عنوان یک مثال مفصل ارائه شده است.

مخاطبان مختلف علاقه زیادی به این کار پیدا خواهند کرد: صنعتی به حرفه ای ها دستورالعمل هایی برای طراحی سخت افزار و نرم افزار تعبیه شده با تحمل خطا داده می شود که به آنها کمک می کند تصمیم بگیرند که کدام روش ها، ابزارها و راه حل ها را باید به کار گیرند و به کدام ویژگی ها باید توجه کنند. دانشگاهیان منبع جدیدی از راه حل ها و سؤالات بیشتر برای تحریک تحقیقات دارند و همچنین برای دانشجویان فارغ التحصیل در رشته های برق، کنترل و مهندسی کامپیوتر آموزنده خواهد بود.

Very often, practical design of embedded systems lacks consistency resulting in computer control systems that do not provide the performance they should. Most notably they lack dependability, a key property now that programmed electronic devices are so pervasive, even in extremely safety-critical applications.

Distributed Embedded Control Systems handles the domains encountered when designing a distributed embedded computer control system as an integrated whole. First to be discussed are some basic issues about real-time systems and their properties, specifically safety. Then, system and hardware architectures are dealt with: areas like scheduling, asymmetrical distributed multiprocessor architectures, time-triggered communications, middleware, fault-tolerant peripherals, etc. Next, programming issues, embodying desired properties, basic language subsets, object orientation and language support for hardware and software specifications and co-design are elaborated and finally, the prototype implementation of a distributed embedded control system is given as a detailed example.

Different audiences will find much of interest in this work: industrial professionals are given guidelines for the design of embedded hardware and software with fault tolerance that will help them to decide which methods, tools and solutions they should employ and to which features they should pay attention. Academics have a new source of solutions and further questions to stimulate research and it will also be informative for graduate students in electrical, control and computer engineering.