خدمات شرکت هیوا

سیستم‌های امبدد

تعریف سیستم امبدد یا نهفته

یک سیستم امبدد یا نهفته در واقع یک سیستم مبتنی بر ریزپردازنده یا میکروکنترلر است که با هدف استفاده در یک سیستم مکانیکی یا الکتریکی بزرگتر، به صورت ترکیبی از نرم‌افزار و سخت‌افزار طراحی شده است. معمولا در مرکز یک سیستم نهفته، مدارات الکتریکی مخصوصی تعبیه شده است که توانایی پردازش عملیات به صورت بلادرنگ را دارد.

پیچیدگی‌های یک سیستم امبدد، بسیار وابسته به مجموعه وظایفی است که برای آن در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب، یک سیستم نهفته می‌تواند فقط از یک پردازنده استفاده کند یا اینکه مجموعه‌ای از پردازنده‌های مختلف را در خود داشته باشد. یا برای مثال، به لحاظ نرم‌افزاری، سیستم امبدد می‌تواند هیچ نوع رابط کاربری گرافیکی نداشته باشد، یا پیچیده‌ترین و تخصصی‌ترین رابط‌های گرافیکی برای ارتباط با آن طراحی شده باشد.

یک سیستم امبدد چگونه کار می‌کند؟

به طور کلی برای مدیریت سیستم‌های امبدد یا نهفته از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم. این سیستم‌های پردازشی در کنار کامپوننت‌هایی قرار می‌گیرند که مجموعا برای کنترل و مدیریت رابط مکانیکی یا الکتریکی، برنامه‌ریزی شده‌اند.

  • استفاده از میکروکنترلرها (Microcontrollers)
  • استفاده از پردازنده‌های دیجیتالی سیگنال (Digital Signal Processors یا DSP)
  • استفاده از مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (Application-Specific Integrated Circuits یا ASIC)
  • استفاده از آرایه‌های مجتمع دیجیتال قابل برنامه‌ریزی (Field-Programmable Gate Arrays یا FPGA)
  • استفاده از تکنولوژی به کار رفته در پردازنده‌های گرافیکی (Graphics Processing Unit یا GPU)
  • استفاده از آرایه‌های گیت (Gate Arrays)

معمولا در برخورد با سیستم های امبدد، بحث محدودیت منابع سخت‌افزاری امری اجتناب‌ناپذیر است و دستورات برنامه‌نویسی تحت عنوان فرم‌ویر (firmware) در یک حافظه فقط-خواندنی یا چیپ‌های حافظه فلش، ذخیره و اجرا می‌شوند. سیستم‌های امبدد برای ارتباط با دنیای خارج از ابزارهای جانبی و دستگاه‌های ورودی و خروجی متفاوت نیز بهره می‌برند.

ساختار پایه‌ای در یک سیستم امبدد

اگر بخواهیم یک ساختار اولیه و پایه‌ای برای سیستم‌های امبدد پیشنهاد دهیم، می‌توانیم به کامپوننت‌های زیر اشاره کنیم:

  • سنسور یا حسگر (Sensor): سنسور، سیگنال‌های الکتریکی را دریافت، اندازه‌گیری، تبدیل و در حافظه ذخیره می‌کند تا در مرحله بعد توسط مهندس سیستم امبدد یا ابزارهای الکترونیکی دیگر خوانده و استفاده شوند.
  • مبدل A-D: یک مبدل آنالوگ به دیجیتال، سیگنال‌ آنالوگ دریافتی از سنسور را به سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند.
  • مبدل D-A: یک مبدل دیجیتال به آنالوگ، سیگنال‌های دیجیتال پردازنده را به داده‌های آنالوگ تبدیل می‌کند.
  • عملگر یا محرکه (Actuator): یک عملگر، خروجی دریافتی از مبدل دیجیتال به آنالوگ را با خروجی واقعی مقایسه کرده و نتیجه را ذخیره می‌کند.


آینده مورد انتظار برای سیستم‌های امبدد

صنعت موجود برای سیستم‌های امبدد روز به روز در حال گسترش است و از آن‌جایی که در گستره وسیعی از جمله هوش مصنوعی (Artificial Intelligence)، واقعیت مجازی (Virtual Reality)، واقعیت افزوده (Augmented Reality)، یادگیری ماشین (Machine Learning)، یادگیری عمیق (Deep Learning) و اینترنت اشیاء (IoT) مورد استفاده قرار می‌گیرد، توسعه بسیار سریعی را پیش رو خواهد داشت. سیستم‌های امبدد، موضوع محوری مباحثی مثل کاهش مصرف انرژی، افزایش امنیت، ارتباطات ابری، شبکه مش، کاربردهای یادگیری عمیق و ابزارهای بصری‌سازی برای داده‌های بلادرنگ خواهد بود.