Moderator
Hệ thống nhúng là gì? Hệ thống nhúng được rất nhiều tín đồ về công nghệ cũng như những ông lớn trong ngành này đặc biệt quan tâm đến. Vậy hãy thông qua bài này để tìm hiểu về hệ thống nhúng và lý do chúng được sử dụng phổ biến nhé.
Hệ thống nhúng là gì?
Hệ thống nhúng có tên gọi tiếng Anh là embedded system. Đây là một thuật ngữ để nói về một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hoặc hệ thống mẹ. Đây là hệ thống tích hợp giữa phần cứng và phần mềm để giải đáp được các bài toán chuyên dụng trong công nghiệp., tự động hóa, truyền tin,…
Hệ thống nhúng có hoạt động ổn định và tính tự động hóa cao, thường được thiết kế với chức năng riêng biệt. Một hệ thống chỉ được thực hiện một hoặc một vài chức năng cố định mà các thiết bị yêu cầu, không thể hoạt động đa năng. Chúng có thể tối ưu hóa về kích thước và chi phí sản xuất.
Các hệ thống nhúng thường được sản xuất đa dạng, phong phú theo hàng loạt và số lượng lớn. Xét về tính phức tạp thì hệ thống nhúng đơn giản đối với một vi điều khiển nhưng lại phức hợp hơn với nhiều đơn vị và thiết bị ngoại vi. Một số thiết bị thường hay thấy sử dụng hệ thống này như: đồng hồ kĩ thuật số, máy nghe nhạc MP3, đèn giao thông, hệ thống kiểm soát trong nhà máy, hệ thống kiểm soát các năng lượng hạt nhân,…
Đặc điểm hệ thống nhúng
Các hệ thống nhúng có thiết kế riêng biệt dùng để phục vụ cho một hoặc một vài nhiệm vụ, không có vai trò như một máy tính đa chức năng.
Hệ thống đòi hỏi tính hoạt động thời gian thực, các hoạt động được bảm bảo an toàn và tính ứng dụng.
Một số hệ thống không đòi hỏi tính ràng buộc, chặt chẽ. Cho phép các hệ thống đơn giản hóa phần cứng để giảm đi chi phí sản xuất. Cũng có một số hệ thống đòi hỏi tính phức tạp ở các thiết bị mà chúng điều khiển.
Một hệ thống nhúng thường không phải là một khối riêng biệt mà là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết bị mà nó điều khiển.
Các hệ thống nhúng đều được viết bởi phần mềm firmware và được lưu trữ ở chip của bộ nhớ ROM và bộ nhớ flash và chạy với số tài nguyên phần cứng hạn chế.
Đặc điểm hệ thống nhúng
1. Giao diện
Các hệ thống có thể sử dụng giao diện cũng có thể không sử dụng giao diện. Các hệ thống không sử dụng giao diện được gọi là hệ thống đơn nhiệm, còn hệ thống có đầy đủ giao diện được dùng để giao tiếp như một hệ điều hành ở các thiết bị để bàn.
Bộ xử lý CPU của hệ thống nhúng được chia thành hai loại là vi xử lý và vi điều khiển. Trong các vi điều khiển thường có các thiết bị ngoại vi, tích hợp trên chip để giảm kích thước của hệ thống. Một số kiến trúc CPU sử dụng hệ thống nhúng như: ARM, MIPS, PowewPC, x86, PIC, 8051,…
3. Thiết bị ngoại vi
Một số thiết bị ngoại vi được sử dụng giao tiếp với hệ thống nhúng: SCI ( RS-232; RS-422; RS – 485,…), USB, Synchronous serial communication interface ( I2C, SPI, SSC,…), Bộ định lượng ( PLL, Compare, Time Processing Units,…),…
4. Công cụ phát triển
Các phần mềm hệ thống nhúng được xây dựng bởi các trình biên dịch, chương trình dịch hợp ngữ, các công cụ gỡ lỗi. Ngoài ra còn một số công cụ chuyển dụng như: Bộ gỡ rối mạch, các chương trình mô phỏng, các tiện ích thêm giá trị checksum và CRC, hệ thống xử lý tín hiệu số,…
5. Độ tin cậy
Đây là một hệ thống tin cậy được nằm trong các cỗ máy với kỳ vọng sẽ chạy được hàng năm trời liên tục mà không mắc phải lỗi hệ thống. Các thiết bị không đáng tin cậy như ổ đĩa, công tắc, nút bấm cũng sẽ bị hạn chế sử dụng.
Ứng dụng hệ thống nhúng trong thực tế
Các hệ thống nhúng thông thường sẽ tiêu tốn rất ít điện năng, giá thành lại rẻ, không chiếm quá nhiều không gian. Chính vì thế ngày nay các hệ thống này đang dần được sử dụng phổ biến. Một trong số đó phải kể đến là:
Hệ thống nhúng thực tế
Hệ thống nhúng là gì?
Hệ thống nhúng có tên gọi tiếng Anh là embedded system. Đây là một thuật ngữ để nói về một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hoặc hệ thống mẹ. Đây là hệ thống tích hợp giữa phần cứng và phần mềm để giải đáp được các bài toán chuyên dụng trong công nghiệp., tự động hóa, truyền tin,…
Hệ thống nhúng có hoạt động ổn định và tính tự động hóa cao, thường được thiết kế với chức năng riêng biệt. Một hệ thống chỉ được thực hiện một hoặc một vài chức năng cố định mà các thiết bị yêu cầu, không thể hoạt động đa năng. Chúng có thể tối ưu hóa về kích thước và chi phí sản xuất.
Các hệ thống nhúng thường được sản xuất đa dạng, phong phú theo hàng loạt và số lượng lớn. Xét về tính phức tạp thì hệ thống nhúng đơn giản đối với một vi điều khiển nhưng lại phức hợp hơn với nhiều đơn vị và thiết bị ngoại vi. Một số thiết bị thường hay thấy sử dụng hệ thống này như: đồng hồ kĩ thuật số, máy nghe nhạc MP3, đèn giao thông, hệ thống kiểm soát trong nhà máy, hệ thống kiểm soát các năng lượng hạt nhân,…
Đặc điểm hệ thống nhúng
Các hệ thống nhúng có thiết kế riêng biệt dùng để phục vụ cho một hoặc một vài nhiệm vụ, không có vai trò như một máy tính đa chức năng.
Hệ thống đòi hỏi tính hoạt động thời gian thực, các hoạt động được bảm bảo an toàn và tính ứng dụng.
Một số hệ thống không đòi hỏi tính ràng buộc, chặt chẽ. Cho phép các hệ thống đơn giản hóa phần cứng để giảm đi chi phí sản xuất. Cũng có một số hệ thống đòi hỏi tính phức tạp ở các thiết bị mà chúng điều khiển.
Một hệ thống nhúng thường không phải là một khối riêng biệt mà là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết bị mà nó điều khiển.
Các hệ thống nhúng đều được viết bởi phần mềm firmware và được lưu trữ ở chip của bộ nhớ ROM và bộ nhớ flash và chạy với số tài nguyên phần cứng hạn chế.
Đặc điểm hệ thống nhúng
1. Giao diện
Các hệ thống có thể sử dụng giao diện cũng có thể không sử dụng giao diện. Các hệ thống không sử dụng giao diện được gọi là hệ thống đơn nhiệm, còn hệ thống có đầy đủ giao diện được dùng để giao tiếp như một hệ điều hành ở các thiết bị để bàn.
- Các hệ thống đơn giản sẽ sử dụng nút bấm và đèn led, chữ hiển thị ở kích cỡ nhỏ và chỉ hiển thị số, đi kèm với menu hệ thống đơn giản.
- Các hệ thống phức tạp sẽ có một màn hình đồ họa, cảm ứng và các nút bấm ở lề màn hình.
Bộ xử lý CPU của hệ thống nhúng được chia thành hai loại là vi xử lý và vi điều khiển. Trong các vi điều khiển thường có các thiết bị ngoại vi, tích hợp trên chip để giảm kích thước của hệ thống. Một số kiến trúc CPU sử dụng hệ thống nhúng như: ARM, MIPS, PowewPC, x86, PIC, 8051,…
3. Thiết bị ngoại vi
Một số thiết bị ngoại vi được sử dụng giao tiếp với hệ thống nhúng: SCI ( RS-232; RS-422; RS – 485,…), USB, Synchronous serial communication interface ( I2C, SPI, SSC,…), Bộ định lượng ( PLL, Compare, Time Processing Units,…),…
4. Công cụ phát triển
Các phần mềm hệ thống nhúng được xây dựng bởi các trình biên dịch, chương trình dịch hợp ngữ, các công cụ gỡ lỗi. Ngoài ra còn một số công cụ chuyển dụng như: Bộ gỡ rối mạch, các chương trình mô phỏng, các tiện ích thêm giá trị checksum và CRC, hệ thống xử lý tín hiệu số,…
5. Độ tin cậy
Đây là một hệ thống tin cậy được nằm trong các cỗ máy với kỳ vọng sẽ chạy được hàng năm trời liên tục mà không mắc phải lỗi hệ thống. Các thiết bị không đáng tin cậy như ổ đĩa, công tắc, nút bấm cũng sẽ bị hạn chế sử dụng.
Ứng dụng hệ thống nhúng trong thực tế
Các hệ thống nhúng thông thường sẽ tiêu tốn rất ít điện năng, giá thành lại rẻ, không chiếm quá nhiều không gian. Chính vì thế ngày nay các hệ thống này đang dần được sử dụng phổ biến. Một trong số đó phải kể đến là:
- Các máy móc thiết bị y tế: máy thẩm thấu, máy điều hòa nhịp tim,..
- Các thiết bị trong dân dụng như: tủ lạnh, lò vi sóng, lò nướng, nồi chiên,…
- Các thiết dùng trong văn phòng: máy fax, máy in, photo, scan, máy trả lời tự động,…
- Các thiết bị kết nối internet: router, hub, gateway,…
- Các thiết bị điện tử: đồng hồ kỹ thuật số, máy nghe nhạc mp3, điện thoại di động,…
- Trong công nghiệp thì chúng được sử dụng cho hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động và các robot,…
- Các hệ thống dẫn đường trong không lưu, hệ thống định vị,…
Hệ thống nhúng thực tế