2、分布式控制与嵌入式系统：资源挑战与优化策略

分布式控制与嵌入式系统：资源挑战与优化策略

1. 分布式控制与嵌入式系统概述

分布式控制与嵌入式系统（DCES）是一种通过通信网络闭合控制回路的系统，与之关联的硬件/软件（HW/SW）架构负责计算和通信任务的调度与执行。在这类系统中，传感器和执行器分布在不同位置，这种分布主要源于系统组件的物理位置差异，这些组件可能是信息源（传感器）或执行机构（执行器）。为了控制此类系统，传感器提供的信息会传输到控制器，控制器根据接收到的信息确定纠正措施，并将计算得到的控制命令发送给执行器。

如今，DCES 中网络的使用大幅增加。一方面，硬件组件（网络节点和电缆）价格持续下降，使网络在经济上更具可行性；另一方面，网络具有诸多技术优势，如减少阻塞、提高灵活性和模块化程度、便于诊断和维护以及增强可靠性。因此，网络广泛应用于汽车工业、航空航天、机器人技术和制造业等众多领域。

网络大致可分为控制网络和数据网络两类：
|网络类型|用途|特点|典型示例|
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|控制网络|用于 DCES|支持频繁、定期的小数据量交换，需满足严格时间约束，保证消息传输延迟上限，常用总线拓扑|Flex - Ray、CAN、TTP/C、Profinet - DP|
|数据网络|支持大量数据的非频繁、突发传输|数据速率高，可覆盖更广泛地理区域|以太网|

然而，网络的引入也带来了新挑战。根据所使用网络的性质，可能会出现带宽限制、延迟或信息丢失等问题。控制器可能在有限的 CPU 和内存平台上运行，这些平台可能被多个并发任务共享。因此，传统上分离控制、通信和计算问题的基本假设需要重新审视，因为网络的存在极大地影响了受控系统的行为