Foundations of Embedded Systems (eBook)

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2019 | 1st ed. 2019
XIII, 167 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-030-11961-4 (ISBN)

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Foundations of Embedded Systems - Alexander Barkalov, Larysa Titarenko, Małgorzata Mazurkiewicz
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This book is devoted to embedded systems (ESs), which can now be found in practically all fields of human activity. Embedded systems are essentially a special class of computing systems designed for monitoring and controlling objects of the physical world.
 
The book begins by discussing the distinctive features of ESs, above all their cybernetic-physical character, and how they can be designed to deliver the required performance with a minimum amount of hardware. In turn, it presents a range of design methodologies. Considerable attention is paid to the hardware implementation of computational algorithms. It is shown that different parts of complex ESs could be implemented using models of finite state machines (FSMs). Also, field-programmable gate arrays (FPGAs) are very often used to implement different hardware accelerators in ESs. The book pays considerable attention to design methods for FPGA-based FSMs, before the closing section turns to programmable logic controllers widely used in industry.
 
This book will be interesting and useful for students and postgraduates in the area of Computer Science, as well as for designers of embedded systems. In addition, it offers a good point of departure for creating embedded systems for various spheres of human activity. 

Preface 6
Contents 10
Abbreviations 12
1 Introduction into Embedded Systems 15
1.1 Two Types of Computer Systems 15
1.2 Analysis of Example 21
1.3 Common Features of Embedded Systems 27
1.4 Requirements for Embedded Systems 32
References 36
2 Design of Embedded Systems 37
2.1 Hierarchy of Levels 37
2.2 Methodologies of Design of Embedded Systems 43
2.3 Platform-Based Design of Embedded Systems 46
2.4 ASIC-Based Design 49
2.5 Improving Energy Efficiency in Embedded Systems 56
References 62
3 Implementation of Computational Algorithms in Embedded Systems 63
3.1 Hardware Implementation of Algorithms 63
3.2 Hardware Reduction for Operational Devices 68
3.3 Software Implementation of Algorithms 75
3.4 Heterogeneous Implementation of Computational Algorithms 86
References 94
4 Field Programmable Gate Arrays 95
4.1 Evolution of Programmable Logic Devices 95
4.2 Evolution of FPGAs 101
4.3 Modern FPGAs 108
4.4 Design with FPGAs 113
References 120
5 Implementing Control Algorithms with FPGAs 121
5.1 Implementing Single-Level Circuits 121
5.2 Basic Methods of Structural Decomposition 130
5.3 Replacement of Logical Conditions in EMB-Based Moore FSMs 146
5.4 Replacement of State Registers by Counters 151
References 157
6 Programmable Logic Controllers 159
6.1 Introduction 159
6.2 Classification of PLCs 160
6.3 Architecture of PLC 161
6.4 Principle of Operation of PLC 162
6.5 Programming the PLCs 163
6.6 Introduction to Logical Operators 167
6.7 Finite State Machine 173
References 175
Conclusion 177
Index 178

Erscheint lt. Verlag 4.2.2019
Reihe/Serie Studies in Systems, Decision and Control
Zusatzinfo XIII, 167 p. 142 illus., 16 illus. in color.
Verlagsort Cham
Sprache englisch
Themenwelt Informatik Theorie / Studium Künstliche Intelligenz / Robotik
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Schlagworte Computational Algorithm • Control Algorithm • Cyber-Physical System • Design Methodology • digital signal processor • Embedded Memory Block • Embedded System • field-programmable gate arrays • Finite State Machine • Hardware-Software Interface • Logic Synthesis • Look-up Table Element • Microcontroller • programmable logic controller
ISBN-10 3-030-11961-0 / 3030119610
ISBN-13 978-3-030-11961-4 / 9783030119614
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