Celiker BAHCECI

Daha önceki yazımda Micro framework e bir giriş yapmıştık ama sanırım olayın backgroundunu pek incelemedik.
Jens Kühner kitabında çok güzel bir şekilde .Net Microframework ün tanımını yapmıştı:

"The Microsoft .NET Micro Framework is a small and efficient .NET runtime environment used to run managed code on devices that are too small and resource constrained for Windows CE and the .NET Compact Framework.

The .NET Micro Framework enables you to write embedded applications for small, connected, embedded devices with Visual Studio and C#. That means you can now use the same development tools and language that you use to build desktop and smart device (PDA and smartphone) applications to develop applications for microcontrollers. The .NET Micro Framework also provides an extensible hardware emulator for rapid prototyping and debugging.

The .NET Micro Framework requires no underlying operating system. A scaled-down version of the Common Language Runtime (TinyCLR) sits directly on the hardware, so the framework is often called a bootable runtime. The runtime has a small footprint; it uses only a few hundred kilobytes of RAM and does not require the processor to have a memory management unit (MMU). Therefore, the .NET Micro Framework can run on small and inexpensive 32-bit processors without consuming a lot of power."

Her otomasyon sisteminde çeşitli cihaz ve sensörlerden aldığımız verilere göre sistemimizi (makinalarımızı) kontrol etmemiz gerekmektedir. Sisteministenilen şekilde çalışması için gereken her noktadan alınana veriler sağlıklıbir şekilde işlenmelidir. Donanım kısmı bu verileri toplarken, yazılım kısmıkararları almaktadır.

Otomasyon sistemleri için günümüze değin birçok yazılım ve donanım geliştirilmiştir. Kontrol ünitelerinin çekirdeğinde gömülü sistemlerbulunmaktadır. Nadiren PClerde bu amaç için kullanılabilir olsalar da işletimsistemi ihtiyacı nedeniyle tercih edilmemektedir.

Belirli bir fonksiyonu yerine getirmek için tasarlanmış yazılım ve donanım birleşimiolan gömülü sistemler, tercih edilebilecek en ideal sistemlerdir. Az enerjiharcamaları, düşük maliyetleri, seri üretime uygun olmaları tercih edilme nedenleri olmuştur.

Gömülü sistemlerin tek eksiği yazılımlarının kolay ve süratle geliştirilebilir olmamasıdır.

Günümüzdeki mevcut teknolojileri  birinceleyelim:
- PIC
- PLC
- Embedded Systems

1. PIC nedir ? (Peripheral Interface Controller -Çevrebirim arayüzdenetleyicisi)

PIC Serisi mikroişlemcilerMICROCHIP firması tarafından geliştirilmiş ve üretim amacı çok fonksiyonlulogic uygulamalarının hızlı ve ucuz bir mikroişlemci ile yazılım yoluyla karşılanmasıdır.

İlk olarak 1994 yılında 16 bitlikve 32 bitlik büyük işlemcilerin giriş ve çıkışlarındaki yükü azaltmak vedenetlemek amacıyla çok hızlı ve ucuz bir çözüme ihtiyaç duyulduğu için geliştirilmiştir. 

2. PLC nedir ? (ProgrammableLogic Controller-Programlanabilir Mantıksal Kontrolör)

PLCler içlerinde bir PIC alan veendüstriyel kontrol sistemleri için özelleştirilmiş sistemlerdir. İşletilecekverilerin gerçek ortamdan gelmesi işlenmesi ve sonuçların yine gerçek ortamaanalog veya sayısal (dijital) olarak gönderilmesi işlemini yapar.

PIClerin maliyeti daha düşükolmasına rağmen, PLC'lerin tercih edilmelerinin sebebi; elektronik tasarım içinharcanacak zamanı en aza indirmesidir. Aynı zamanda endüstriyel ortamlarınsahip olduğu zor koşullardan (manyetik alan, büyük sıcaklık farkları, toz vb.)etkilenmeden çalışabilen hazır çözümler olmalarıdır. İçerisinde besleme devresihazır, parazit ve gerilim dalgalanmalarına karşı iyi bir filtreleme yapılmış (buendüstriyel uygulamalarda PLC nin kilitlenmesini engeller), giriş-çıkış larıopto kublör ler ile yalıtılmış, çıkışları röleler ile sürülmüş, programlayıcısıkendi içerisinde bulunması gibi avantajları vardır

İçinde bir mikroişlemcisi olup karmaşık sistemlerin programlanmasındakullanılabilir. PC'lerden en temel farkı, sinyal girişlerinin ve çıkışlarınınçalışma ve işlenme şeklinde ortaya çıkmaktadır. PLC'ler ilk olarak karmaşıkröle sistemlerinin yükünü hafifletmek için çıkarılmış basit mantıksal (lojik)işlemleri yapan cihazlardır.

Bir fabrikanın tüm otomasyonişlerini yüklenebilecek kadar Giriş/Çıkış sayısına sahip PLC'ler bulunmaktadır.Günümüzde geliştirilen modüler yapıdaki PLC'lere gerektiğinde ek giriş-çıkışmodülleri, RS232, RS485, modem, ethernet gibi haberleşme modüllerieklenebilmektedir. Bu gibi özelliklerle mevcut yapı geliştirilebilmektedir.Ayrıca bir çok modelde proses kontrolüne yönelik hazır ON-OFF (AÇ-KAPA),  PID,  Fuzzy (Bulanık) vb. tiplerdeki kontrolörlerstandart olarak bulunmaktadır.

PLC,  başlangıçta röle ile kontrole alternatifolarak geliştirildi. Fakat sonradan, sadece röle yerine kullanılmadı ve PLC’ninyeni fonksiyonları geliştirildi. PLC’nin röleli kontrolden en önemli farkı,kontrol elemanlarını kontrol etme yöntemidir. Röleli kontrolde, her bir röle vediğer ekipmanlar birbirlerine kablolama ile bağlanır. PLC’de ise bu işlemlerintamamı bilgisayarda ya da programlama konsolunda yazılan programın PLC’yeyüklenmesi ile yapılır ve kablolama işlemi sadece giriş sinyalleri ve çıkış elemanlarıiçin yapılır. Günümüzde MITSUBISHI, OMRON, SIEMENS gibi pek çok firma PLCüretimi yapmaktadır. Her firma, ürettiği PLC için, kendine özel programlamaprogramlarını da üretmektedir. Fakat tüm PLC’ler için program yapma mantığı vedüşünce şekli neredeyse aynıdır, sadece bazı özel fonksiyonlar ve programlamadili farklılığı olabilir. 

3. Embedded Systems(Gömülü Sistemler)

Belirli bir fonksiyonu yerine getirmek için tasarlanmışyazılım ve donanım kombinasyonudur. Gömülü sistemleri diğer genel amaçlıbilgisayar sistemlerinden ayıran özelliklerin başında, bu sistemlerin belirlibir amaç için tasarlanmış olmaları gelir. Bir video cihazını kontrol eden gömülüsistem bütün kullanım ömrü boyunca bu işi gerçekleştirecektir. Ancak ev veişyerlerimizde kullandığımız PC’lerde birçok farklı işlemi gerçekleştirmekteyiz.PC’lerde bu değişik işleri değişik yazılımlarla yapmaktayız. Ancak gömülüsistemlerin içinde çalışan yazılım genellikle “tektir”.

Gömülü sistemler adlarından da anlaşılabileceği gibigenellikle daha büyük bir sistemin içinde “gömülü” olarak çalışırlar. Örneğinbir çamaşır makinesinde birçok mekanik kısım bulunmakla birlikte, bütün bunlarıkontrol eden bir veya birden fazla mikrodenetleyici tabanlı sistem bulunur. Busistemler kullandığımız cihazların “akıllı olmasını” sağlayan birimlerdir.

Her gömülü sistemin başlangıçta tanımlanan tasarımkriterleri farklı olduğundan, tasarımı da kendine özgüdür. Bir oyun konsolununiçerdiği birimlerle, bir mikrodalga fırının içerdiği gömülü sistemler birimleribirbirinden farklıdır.

Burada donanım ve yazılım bileşenleri birbirleriyle sıkısıkıya bağlı olduğundan tasarım ekibinde bulunan yazılımcı ve donanımcılarınbir arada çalışmaları gerekmektedir. Bu anlamda gömülü sistemler için“multi-disipliner” bir alan diyebiliriz.

Gömülü yazılımların karmaşıklığı artıkça ve aynı andayapılacak işlemlerin sayısı arttığında değişik yapılara ihtiyaç duyulur. Aslındabir mikrodenetleyici aynı anda sadece bir tek işi yapabilir. Ancak işlemleri mili,mikro hatta nanosaniyeler mertebesinde gerçekleştirdiğinden, birçok işi aynıanda yapıyormuş gibi görünebilir. Genel olarak mikrodenetleyicili sistemlerdebu tür işlemler kesmeler ve zamanlayıcılar sayesinde periyodik olarak gerçekleştirilir.Bu anlamda kesmeler yazılımlarda önemli bir rol oynar.

Gömülü sistemler de ayrıca gerçek zamanlı işletim sistemleride kullanılır (RTOS – Real Time Operating Systems). Böylelikle tasarımcıdonanım ayrıntılarıyla çok uğraşmadan ana işlemleri gerçekleştirmeyeodaklanabilir. Arka plandaki görevlerin senkronizasyonu işletim sistemitarafından gerçekleştirilir.