Hệ thống nhúng là gì? Tìm hiểu tổng quan về hệ thống nhúng

Hệ thống là một sự sắp xếp mà trong đó tất cả các thành phần của nó hoạt động theo các quy tắc được xác định cụ thể. Đó là phương pháp tổ chức, làm việc hoặc thực hiện một hoặc nhiều công việc theo một kế hoạch cố định đã định trước. Vậy

Hệ thống nhúng (Embedded Systems) là gì?

Hệ thống nhúng (Embedded Systems) là sự kết hợp của phần mềm và phần cứng máy tính được cố định về khả năng hoặc có thể lập trình được. Hệ thống nhúng có thể là một hệ thống độc lập hoặc nó có thể là một phần của hệ thống lớn. Nó chủ yếu được thiết kế cho một chức năng cụ thể hoặc các chức năng trong một hệ thống lớn hơn. Nói một cách đơn giản khi một thành phần điều khiển (có thể là PC, IPC, PLC, PAC, vi xử lý, vi điều khiển, DSP v.v…) được nhúng vào trong một sản phẩm hay một hệ thống và thực hiện một số chức năng cụ thể của hệ thống thì ta gọi đó là một hệ thống nhúng.

Lịch sử hệ thống nhúng

Những cột mốc quan trọng trong lịch sử đánh dấu sự phát triển của hệ thống nhúng:

Năm 1960, hệ thống nhúng lần đầu tiên được sử dụng để phát triển hệ thống hướng dẫn Apollo bởi Charles Stark Draper tại MIT.
Năm 1965, Autonetics đã phát triển D-17B, máy tính được sử dụng trong hệ thống dẫn đường tên lửa Minuteman.
Năm 1968, hệ thống nhúng đầu tiên cho một chiếc xe được phát hành.
Texas Instruments đã phát triển bộ vi điều khiển đầu tiên vào năm 1971.
Năm 1987, hệ điều hành nhúng đầu tiên VxWorks, được phát hành bởi Wind River.
Windows của Microsoft được nhúng CE vào năm 1996.
Cuối những năm 1990, hệ thống Linux nhúng đầu tiên xuất hiện.
Thị trường nhúng đạt 140 tỷ đô la vào năm 2013.
Các nhà phân tích đang dự đoán một thị trường Nhúng lớn hơn 40 tỷ đô la vào năm 2030.

Đặc điểm của một hệ thống nhúng

Hiệu suất thời gian thực
Phải có tính khả dụng và độ tin cậy, độ ổn định cao.
Được phát triển dựa trên hệ điều hành thời gian thực
Được thiết kế cho một nhiệm vụ cụ thể
Nó phải được kết nối với các thiết bị ngoại vi để kết nối các thiết bị đầu vào và đầu ra.
Giao diện người dùng (nếu cần thiết)
Bộ nhớ hạn chế, chi phí thấp, tiêu thụ ít điện năng
Nó không cần bất kỳ bộ nhớ phụ nào trong máy tính.

Kiến trúc của hệ thống nhúng

Sensor: cảm biến giúp đo đại lượng vật lý và chuyển nó thành tín hiệu điện. Nó cũng lưu trữ số lượng đo được vào bộ nhớ. Tín hiệu này có thể được cung cấp bởi bất kỳ thiết bị điện tử nào như bộ chuyển đổi A2D.
A-D Converter: bộ chuyển đổi AD (bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ngẫu nhiên – rời rạc)) cho phép bạn chuyển đổi tín hiệu tương tự do cảm biến gửi thành tín hiệu số.
Memory: bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ thông tin.
Processor & ASIC: thành phần này xử lý dữ liệu để đo kết quả đầu ra và lưu trữ vào bộ nhớ.
D-A Converter: bộ chuyển đổi DA (bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự) giúp bạn chuyển đổi dữ liệu số được bộ xử lý cung cấp thành dữ liệu tương tự.
Actuator: bộ truyền động cho phép bạn so sánh đầu ra do bộ chuyển đổi DA đưa ra với đầu ra thực tế được lưu trữ trong nó và lưu trữ đầu ra đã được phê duyệt trong bộ nhớ.

Ưu điểm của hệ thống nhúng

Nó có thể sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau
Ít có khả năng lỗi mã hóa hơn
Hệ thống nhúng đơn giản hóa phần cứng, giúp giảm chi phí tổng thể.
Cung cấp hiệu suất cao
Hệ thống nhúng rất hữu ích cho các ứng dụng sản xuất hàng loạt.
Hệ thống nhúng có độ tin cậy cao.
Nó có rất ít kết nối.
Hệ thống nhúng có kích thước nhỏ.
Nó hoạt động một cách nhanh chóng.
Cải thiện được chất lượng sản phẩm.
Nó tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên hệ thống.
Nó hoạt động với mức năng lượng thấp.

Nhược điểm của hệ thống nhúng

Để phát triển hệ thống nhúng cần nỗ lực phát triển cao và cần một thời gian dài để đưa ra thị trường.
Hệ thống nhúng thực hiện một nhiệm vụ rất cụ thể, vì vậy nó khó có thể được lập trình để làm những việc khác nhau.
Hệ thống nhúng cung cấp tài nguyên bộ nhớ rất hạn chế.
Nó không cung cấp bất kỳ cải tiến công nghệ nào.
Rất khó để sao lưu các tệp nhúng.

Ứng dụng của hệ thống nhúng

Khoa học robot: phương tiện mặt đất, trên không, dưới nước; robot công nghiệp
Y tế: máy thẩm tích (máy lọc máu), bơm truyền dịch, màn hình theo dõi nhịp tim,..
Công nghệ ô tô: điều khiển động cơ, hệ thống đánh lửa, hệ thống phanh, phun nhiên liệu, hệ thống chiếu sáng, khóa cửa, túi khí, điều khiển cửa, hệ thống hỗ trợ đỗ xe, báo động chống trộm
Công nghệ mạng: router, hub, gateway, thiết bị điện tử
Thiết bị dân dụng: TV, thiết bị cảnh báo, điều hòa, đầu phát video DVD, máy ảnh
Công nghiệp: robot, hệ thống điều khiển, tên lửa, lò phản ứng hạt nhân, trạm không gian, xe đưa đón