U-News » press release » Встраиваемые системы для научной лаборатории электроники
Всі новини

Встраиваемые системы для научной лаборатории электроники

Встраиваемые системы — это не только электронные платы и сенсоры, а также различные языки программирования, которые используют инженеры в своих проектах для того, чтобы оживить эти самые встраиваемые системы и сенсоры. Петр Сафир, инженер электронщик, возглавляет инженерный отдел института физики Раках, Еврейского университета в Иерусалиме. Петр ответит на вопросы, связанные с использованием языков программирования в электронике, а в частности при использовании встраиваемых систем и FPGA.

Что такое встраиваемая система?

Встраиваемая система – это плата на основе микропроцессора или микроконтроллера с помощью которой можно контролировать, управлять или собирать данные. Встраиваемые системы не имеют операционной системы и работают как часть большой системы беря на себя определенные функции. В моей работе встраиваемые системы собирают данные с сенсоров, контролируют моторы, следят за безопасностью выполнения проектов и многое другое. Во всех исследовательских проектах, связанных с моей работой, я использую встраиваемые системы. Например, для исследования места разрыва в материале я использую моторы, которые контролирует встраиваемая система. Она отвечает за скорость и направление работы моторов. Но что бы они выполняли свою функцию, их нужно программировать на выполнение поставленной задачи.

Какие языки программирования вы используете в вашей работе?

Я занимаюсь не только дизайном встраиваемых систем, хотя и им тоже, я также решаю другие задачи, такие как написание прошивок, тесты для готового оборудования, написание контрольного кода для прототипов, визуализация данных, фильтрация сигналов и многое другое. Количество языков программирования доступных для использования инженерам увеличивается ежегодно, создаются новые фреймворки, берущие на себя часть определенной работы, появляются более специализированные языки, которые все начинают использовать или они просто исчезают, не завоевав никакой популярности в среде инженеров. В среде инженеров, которые работают со встраиваемыми системами есть свои популярные языки программирования такие как:

  • Assembly – это низкоуровневый язык программирования, позволяет контролировать полностью написанный инженером код, очень гибок в использовании. На assembly можно написать абсолютно все. Он невероятно быстрый в исполнении и эффективный по своим возможностям. В некоторых случаях без assembly невозможно обойтись. В некоторых своих проектах, например, когда мне нужно создать загрузчик я использую assembly. Также я внедряю assembly в другие процессы, что делает исполняемый код гораздо эффективнее. При отладке программы, а также во время обратной инженерии невозможно обойтись без assembly. Единственный его минус на мой взгляд –  он очень трудоемкий и требует много времени для написания какого-либо кода.
  • C/C++ – это самые популярные языки программирования для встраиваемых систем. Почти все свои проекты я пишу на этих языках. Существует масса готовых библиотек и готовых решений для инженеров. Это язык высокого уровня. В своих проектах я использую эти языки для обработки данных с сенсоров, а также для контроля всей системы, участвующей в исследовании для фильтрации полученных сигналов. Разница между двумя этими языками заключается в том, что С++ – это объектно-ориентированный язык программирования, а С — это процедурный язык, он более легкий и требует меньше памяти, что довольно часто критично в некоторых встраиваемых системах. Многие фреймворки для встраиваемых систем написана на С/С++, например фреймворк для Arduino написан на С/С++.
  • Python – это язык высокого уровня и универсальный язык программирования. Изначально Python был создан не для работы со встраиваемыми системами. Python содержит великое множество готовых библиотек. На Python работают нейронные сети. В таких одноплатных мини-компьютерах как Raspberry Pi, который сочетает в себе все возможности и встраиваемой системы и настольного компьютера, уже встроен компилятор Python. Существует замечательный фреймворк MicroPython. Это не совсем обычный Python, который работает непосредственно на микроконтроллерах без операционной системы. Под него создан ряд готовых встраиваемых систем с определенным микропроцессором. Но при желании его можно запустить и на микроконтроллерах адаптированных для Arduino. У Python высокий уровень абстракции. При программировании на Python вам не нужно отслеживать переменные типы данных или управлять памятью как на С/С++. Это значительно позволяет ускорить и упростить выполнение проекта. Также требуется громадное количество памяти на выполнение самой программы, которая написана на Python. Если вам это все несущественно, то тогда Python идеальное решение для многих проектов. Почти каждый исследовательский проект на моей работе состоит из множества сенсоров и различных измерительных приборов. Очень важно донести до ученых всю информацию, получаемую от этих приборов в виде графиков или другой понятной им форме. В этом случае Python для меня незаменим. Он идеально подходит для визуализации и обработки данных, полученных в ходе эксперимента. Также я использую Python в своих проектах для создания графического интерфейса, для управления всего оборудования и изменений настроек в этом оборудовании.  Также я использую Python для автоматизации готового оборудования, такого как осциллоскоп, генератор сигналов, мультиметры и многое другое. Я объединяю все это оборудование, которое участвует в определённом исследовании в один узел и вывожу данные в облачное хранилище, где ученные со всего мира могут участвовать в исследовании, не находясь физически в лаборатории. Python это замечательное решение для автоматизации всего исследовательского процесса, он позволяет разрабатывать очень сложные системы и позволяет объединять электронику и новейшие технологии такие как нейронные сети.
  • VHDL и Verilog – это языки описания аппаратуры. FPGA – это программируемая логическая интегральная схема. FPGA программируется языками VHDL и Verilog. Основное отличие от встраиваемых систем с микропроцессором в том, что вы сами создаете свою архитектуру из базовых логических элементов. FPGA передает внутренние сигналы параллельно и за счет этого вы получаете высокое быстродействие, которое вы не сможете достичь в других встраиваемых системах. Также на базе одного кристалла возможно создать несколько независимых проектов. VHDL и Verilog очень сильно отличаются от многих языков программирования и требуют глубокого знания электроники и DSP. Я очень часто использую в исследовательских проектах FPGA. FPGA позволяет принимать и обрабатывать в реальном времени сигналы на гигантских скоростях. В исследовательских проектах очень важно отслеживать все процессы в реальном времени. Так как большая часть моих проектов связана с квантовой физикой, FPGA часто единственное решение для некоторых исследовательских проектов. Единственный минус при работе с FPGA   это значительное время выполнения проектов и сложность отладки проекта.

Для продуктивной работы в научной среде инженеру электронщику недостаточно разрабатывать электронику, инженер должен писать программы на различных языках программирования, прекрасно разбираться в типах встраиваемых систем и их правильном использовании.

Беседовал Владимир Лямец


Читають Коментують
Жінки з бразильськими сідницями не зуміли вмоститися в крісла на борту літака
63 293
Медики назвали найкориснішу для здоров’я рибу
28 379
Симптоми, які вказують на дефіцит тестостерону у чоловіків
20 701
Забули відрізати: Путін оконфузився привітанням з 8 Березня через «сире» відео
17 212
5 ознак захворювання печінки, які можна виявити на обличчі
15 784
Вкрав заощадження: 10-річний хлопчик виграв суд проти батька і приголомшив сумою
13 522
Українка, яка купила будинок в Італії за 30 тисяч євро, здивувала цінами на життя
12 626
2 симптоми в ногах, які сигналізують про необоротну жирову хворобу печінки
11 405
Лікар-кардіолог перерахувала кращі доступні продукти для оздоровлення серця
11 180
6 незвичних симптомів, які вказують на проблеми з судинами і серцем
11 067
4 ранні ознаки тромбу – ризик раптової смерті, якщо це ігнорувати
10 990
Індексація з «неприємним сюрпризом»: чому уряд урізає частину пенсійних доплат
10 326
Відомий режисер назвав Лорак гадюкою і розповів про цинічну брехню
9 286
Вище за піраміду Хеопса у чотири рази: на Гаваях відбулося виверження вулкана Кілауеа
0
Наталка Денисенко нарвалася на хейт через неоднозначну реакцію на прохання фаната й розкрила правду
0
Не дайте себе обдурити: фахівці розповіли, яка ковбаса безпечна для здоров'я
0
Як виростити кімнатні рослини з насіння: прості поради
0
Знаки Зодіаку на пенсії: хто волітиме мандрувати, а хто мудрістю ділитися
0
Лейкемія: 3 ранніх симптоми раку крові, про які важливо знати
0
Золота кава: як 78-річний кур’єр отримав $780 тисяч після одного замовлення
0
Родина за добу переворушила 10 тонн сміття, шукаючи викинуте золото
0
Чоловік побачив у дворі маленьку пухнасту кульку: ця знахідка повністю змінила його день
0
Північна Корея провела нове випробування крилатих ракет з нового есмінця
0
Дружина Брюса Вілліса зважилася на важливий крок на фоні важкої хвороби чоловіка
0
Чи корисний смалець: експерти дали відповідь на суперечливе питання
0
Анна Трінчер вперше після розлучення заговорила про особисте життя: "Я 3 роки бігла від кохання"
0
8 секретних жестів і сигналів, через які чоловіки не можуть відвести очей від жінки

Показати зацікавленість іноді складно. Ви не хочете ...

Хто насправді впливає на підлітків - найкращі друзі чи популярні однолітки

У підлітковому віці думка друзів часто важливіша за все ...

Жінки цих знаків зодіаку діють на чоловіків як магніт

Астрологи стверджують, що день нашого народження багато в ...