امبدد سیستم یکی از پیشرفت های شگفت انگیز تکنولوژی است که سبب شده رایانه ها به زندگی روزمره بشری به صورت گسترده راه یابند. امروزه به لطف سیستم های نهفته می توان در اغلب خانه ها شاهد تعداد بیشتر رایانه نسبت به اعضای خانواده هستیم. در این مقاله هدف ما معرفی سامانه های نهفته و امبدد است. در انتها شما خواهید آموخت چه سیستم هایی را Embedded می نامند.
سیستم امبدد چیست؟
سیستم امبدد (Embedded system ) مجموعه از سخت افزار و نرم افزار است که به هدف انجام عملی خاص طراحی و پیاده سازی شده است. به طور مثال سیستم ردیاب خودرو و یا سیستم کنترل ترمزهای ضد انفجار هر کدام به تنهایی یک امبدد سیستم هستند.
به طور کلی می توان گفت امبدد سیستم (سیستم نهفته) در تقابل با رایانه های عمومی است. رایانه ها قابلیت انجام کارهای مختلفی را دارند و کاربر با توجه به نیازش این فعالیت ها را از کامپیوتر طلب می کند. اما در امبدد سیستم ها تنها یک عملکرد به خصوص مد نظر است و سیستم بر پایه آن طرح ریزی می گردد.
نحوه عملکرد در سیستم امبدد چگونه است؟
یک سیستم امبدد در واقع نوعی رایانه است که برای کنترل یک عمل مشخص طراحی شده است. اما این کنترل توسط هسته های پردازشی تعبیه شده در سیستم قابل انجام می باشد. این هسته می تواند نوعی میکروکنترلر و یا پردازنده سیگنال های دیجیتال (DSP) باشد. اما مهم ترین مشخصه در این سیستم ها، طراحی آن برای انجام یک کار به خصوص است که توسط قلب سیستم یا همان پردازنده صورت می پذیرد. به همین دلیل توسعه دهندگان می توانند ابعاد و هزینه هایی امبدد سیستم را بهینه سازی کنند.
مشخصات سیستم های نفهته و بیدرنگ
سیستم های نهفته و بیدرنگ با هدف انجام وظیفه ای خاص طراحی می شوند. از این جهت نیاز به تجهیزات سخت افزاری زیاد ندارند و منابع فیزیکی کمی استفاده می کنند. به طور مثال دارای صفحه نمایش و کیبوردهای کوچک هستند. حتی در برخی مدل ها فاقد صفحه نمایش و صفحه کلید می باشند. این سیستم ها بر اساس یک سری دستورالعمل های خاص و از پیش تعیین شده به نام فریمور (Firmware) فعالیت می کنند. این دستورات درون حافظه های Read-Only یا فلش چیپ ذخیره می شوند.
برخی از امبدد سیستم ها دارای قیدهای آنی برای کارکرد خود هستند که لازم است آن ها را برای حفظ امنیت و کارایی دستگاه رعایت نمود. البته برخی از این سیستم ها نیاز به کارکرد خاصی نداشته و می توان از سخت افزارهای کوچکتر نیز برایشان استفاده نمود.
بررسی تاریخچه سیستم امبدد
اولین سیستم امبدد که به صورت رسمی شناخته می شود، مربوط به سیستم هدایت در برنامه فضایی آپولو است که سازنده و طراح آن Charles Stark Draper می باشد. ابتدای امر به دلیل استفاده از مدارهای مجتمع تازه شناخته شده در سیستم هدایت آپولو، اغلب مهندسان آن را خطرناک ترین بخش پروژه می دانستند. پس از این پروژه در سال 1961 سامانه هدایت خودکار دیگری با نام 17D توسط شرکت Autonetics طراحی شد که از آن در موشک قاره پیمای Minuteman استفاده نمودند. بار دیگر در سال 1966 زمانی که موشک قاره پیمای Minuteman II وارد مرحله تولید شد، سامانه جدیدی برای هدایت طراحی کردند که در آن برای اولین بار تعداد زیادی مدار مجتمع گرد هم آمده بود.
با گذشت زمان و رشد توان پردازشی در امبدد سیستم ها، کاربرد آن ها به طور فزاینده ای گسترده شد. یکی از اولین ریزپردازنده ها به نام 4004Intel، جهت استفاده در ماشین حساب طراحی شد که برای انجام عملیات محاسبه به حافظه خارجی و چیپ های پشتیبان نیاز داشت. به مرور زمان دانش مهندسی سیستم های نهفته پیشرفت کرد. آن ها توانستند در سال 1978 استانداردی برای میکروکنترلرهای قابل برنامه ریزی توسط اتحادیه ملی تولیدکنندگان محصولات مهندسی ارائه کنند.
پیشرفت تکنولوژی سبب کاهش هزینه ها در ساخت ریزپردازنده ها شد. به همین دلیل آن ها توانستند به سرعت جایگزین اجزای گران قیمت آنالوگ مانند پتانسیومترها و خازن های متغیر شوند. پس از آن چیپ ها به دستگاه های مصرفی ورود کردند. اوایل دهه 80 میلادی، اجزای ورودی و خروجی نیز درون چیپ ها تجمیع شدند و در نهایت میکروکنترلرها روی کار آمدند. به این ترتیب قدرت پردازشی در سیستم های نفته نیز با تاثیر از میکروکنترلرها افزایش یافت. میکروکنترلر را می توان طوری برنامه ریزی نمود که وظیفه تعداد زیادی از اجزای جدا از هم را انجام دهد.
سیستم نهفته دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به مدل های قدیمی است اما حجم زیادی از این پیچیدگی درون چیپ میکروکنترلر رخ می دهد. از این رو در چنین سیستم هایی به اجزای اضافی کمی نیاز است و بیشتر حجم کار بر عهده نرم افزار خواهد بود. ضمن این که طراحی و پیاده سازی نموده اولیه نرم افزار بسیار راحت تر و سریع تر از ساخت یک مدار جدید بدون پردازنده نهفته خواهد بود.
جایگاه پردازنده ها در سامانه های نهفته
پردازنده در سامانه های نهفته در دو دسته به نام های ریزپردازنده معمولی و میکروکنترلر قرار می گیرد. در ریز پردازنده های معمولی (Microprocessor) برای حافظه و دیگر بخش های جانبی از مدارهای مجتمع جداگانه استفاده می شود. اما در میکروکنترلر ها (Micro-controller) بخش های جانبی به روی چیپ اصلی قرار می گیرند و از مدار جدا استفاده نمی کنند. به همین سبب میزان مصرف توان، ابعاد چیپ و هزینه های آن بسیار کاهش می یابد. به طور کلی می توان گفت میکرو کنترلر ها و ریز پردازنده های متعددی با کاربردهای عمومی برای استفاده در سامانه های نهفته طراحی شده اند، اما نیاز به مدار های پشتیبان در ریز پردازنده ها بیشتر می باشد.
معماری به کار رفته در ساخت پردازنده های نهفته متفاوت از معماری بازار کامپیوتر های رومیزی است. در این پردازنده ها از دو معماری فون نویمان و هاروارد استفاده می کنند. همچنین پردازنده های RISC (کامپیوترهای کم دستور) و غیر RISC نیز در سامانه های امبدد به کار گرفته می شوند. در معماری پردازنده جاسازی شده طول کلمات در بازه 4 تا 64 بیت متغیر است. البته کلمات 8 یا 16 بیتی کاربرد بیشتری دارند.
گونه های مختلف سامانه های نهفته
سامانه های نهفته دارای مدل های مختلفی هستند که هر یک کاربردهای به خصوصی دارند. در واقع این سامانه ها در مصارف مختلفی مانند صنایع، تجاری، نظامی و دستگاه های مصرفی به کار گرفته می شوند.
امبدد سیستم در دستگاه های مصرفی به صورت گسترده استفاده می شود. به طور مثال سامانه های مخابراتی، رهیاب ها، سوئیچ ها، کنسول های بازی، چاپگرها، لوازم خانگی، سیستم های سرمایش و گرمایش مجهز به ترموستات، اتوماسیون های خانگی، پخش کننده های دیجیتالی و … برخی از مصارف سامانه های نهفته در سیستم های مصرفی می باشد.
جالب است بدانید در سامانه های ترابری نیز از تجمع تعداد زیادی امبدد سیستم استفاده می شود. به طور مثال در یک خودرو سامانه هایی مانند سیستم ABS، سیستم کنترل پایداری، سیستم کنترل کشش، نیروی محرکه چهار چرخ اتوماتیک و … هر کدام یک سامانه نهفته هستند. این سامانه های به دلیل امنیت بالایی که ارائه می کنند، در موارد حساس پزشکی مانند دستگاه های اضطراری حیات، صنایع ترابری همچون هواپیماها و مسائل امنیتی کاربردهای وسیعی دارند.
رابط کاربری در سامانه embedded چگونه است؟
یک سامانه embedded می تواند هیچ گونه رابط کاربری نداشته و تنها یک وظیفه به خصوص را به طور اتوماتیک انجام دهد. اما برخی از این سامانه ها دارای رابط کاربری هستند. حال این رابط کاربری بر حسب نیاز سیستم می تواند ساده یا پیچیده باشد.
سیستم عامل embedded ساده معمولا دارای یک سری دکمه، چراغ LED و صفحه نمایش های LCD گرافیکی یا کاراکتری هستند. در چنین رابط کاربری از منوهای ساده و بدون پیچیدگی استفاده می شود. اما در سیستم عامل پیچیده یک سامانه نهفته از رابطی شبیه به کامپیوترهای رومیزی استفاده می شود که دارای پیچیدگی های به خصوصی است. این سیستم ها از صفحه نمایش لمسی و چند دکمه استفاده می کنند که امکان انعطاف پذیری بیشتری در سامانه به وجود می آورد. در برخی مدل های قابل حمل نیز از یک دکمه کنترلی مانند جوی استیک استفاده می شود که به کمک آن می توان در بخش های مختلف صفحه جابجا شد.
گروه دیگری از امبدد سیستم ها قادرند از رابط کاربری راه دور استفاده کنند. این رابط معمولا از طریق یک درگاه سریال و یا اتصال شبکه با کامپیوتر رومیزی رخ می دهد. در این روش رابط کاربری به روی مرورگر در یک کامپیوتر که متصل به دستگاه است، نمایش داده می شود و نیاز به نصب نرم افزار جداگانه ای ندارد. این ویژگی، قابلیت های متعددی در اختیار کاربر خواهد گذاشت. برخی از این قابلیت ها عبارتند از:
- گسترش توانایی های سامانه نهفته
- کاهش هزینه ها جهت تخصیص صفحه نمایش برای امبدد سیستم
- ساده نمودن بسته پشتیبانی از برد (BSP)
- ساخت رابط کاربری بهتر و گرافیکی تر
نوع دیگری از رابط های کاربری در سامانه های نهفته ، نرم افزارهای موبایلی هستند که مبتنی بر سیستم عامل های Android و iOS تولید می شوند. این رابط ها که امروزه به صورت فراگیر مورد استفاده قرار می گیرند، قابلیت هماهنگی و سینک شدن سریع و راحتی با امبدد سیستم دارند. به کمک این رابط های کاربری می توان دستگاه را به شبکه جهانی اینترنت نیز متصل نموده و در نهایت یک دستگاه IoT (بر پایه اینترنت اشیا) ایجاد نمود.
استفاده از امبدد سیستم چه چالش هایی در بر دارد؟
هر فناوری که بشر طراحی و تولید نموده است، دارای یک سری چالش های به خصوص است که در روند توسعه آن، مهندسان می کوشند چالش ها را برطرف سازند. برای امبدد سیستم نیز این چالش ها از زمان پیدایش تا به امروز وجود داشته اند. به همین سبب در سال های 2009 و 2019 دو نظرسنجی گسترده انجام شد تا محققان بتوانند تغییر چالش ها را همزمان با تغییر دنیای تکنولوژی پیدا کنند. به طور مثال در سال 2009 تنها 3 درصد از پاسخ دهندگان امنیت را در سیستم نهفته و بیدرنگ به عنوان چالش معرفی کردند اما در سال 2019 شاهد روند صعودی نگرانی ها از باب امنیت در سامانه امبدد بودیم.
در حال حاضر اگر بخواهیم چالش های سیستم نهفته را بیان کنیم، می توان به مسائلی مانند یکپارچه سازی، پیچیدگی کد، ابزارهای نرم افزاری، امنیت، قدرت کم و فرآیند توسعه اشاره نمود. یکی دیگر از محدودیت های سیستم نهفته مربوط به هزینه های رفع مشکل و جایگزینی آن می باشد. در این سیستم ها اگر مشکلی رخ دهد که رفع آن سخت باشد، تصمیم بر جایگزینی سیستم با نسخه جدیدتر گرفته می شود. اما این جایگزینی نیازمند تغییر دستگاه میزبان و برنامه ریزی مجدد آن است که هزینه های زیادی را در بر خواهد گرفت.
مزایای استفاده از سیستم امبدد چیست؟
طراحی سیستم امبدد برای انجام یک وظیفه و تابع به خصوص سبب شده مزایای متعددی برای شرکت ها داشته باشد. برخی از این مزایا به صورت زیر است:
- مصرف انرژی کم برای انجام فعالیت مشخص شده
- نیاز به فضای کوچک برای راه اندازی و شروع فعالیت
- کاهش تعداد منابع سخت افزاری سیستم نسبت به دستگاه هایی با عملکرد مشابه
- کاهش هزینه های ساخت و تولید
- نیاز به تعمیرات کم و دیر مدت برای انجام اصلاحات یا به روز رسانی سیستم
کاربرد سیستم های نهفته چیست؟
امبدد سیستم در مصارف مختلفی نظیر صنابع، اتومبیل سازی، لوازم خانگی، پزشکی، تجاری، نظامی و دستگاه های مصرف کننده به کار می رود. در ادامه کاربرد سیستم های نهفته را در مصارف مختلف به صورت مفصل توضیح خواهیم داد.
کاربرد سیستم امبدد در لوازم الکترونیکی
لوازم الکترونیکی از سیستم امبدد برای افزایش انعطاف پذیری، کارایی، راندمان و قابلیت های بیشتر استفاده می کنند. به طور مثال می توان از لوازم خانگی مانند ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، مایکروویو و … به عنوان یک سیستم نهفته نام برد. این سامانه ها در لوازم الکترونیکی دیگری مانند دستگاه های پخش کننده MP3، تلفن های همراه، کنسول بازی ویدئویی، دوربین دیجیتال، ردیاب برای انواع وسایل نقلیه، چاپگر، اتوماسیون خانه هوشمند و … به کار گرفته می شوند.
کاربرد سامانه‌های تعبیه‌شده در حمل و نقل
صنعت حمل و نقل نیز از سامانه‌های تعبیه‌شده برای کنترل، هدایت، افزایش بهره وری و کاهش آلودگی های زیست محیطی استفاده می کند. به طور مثال در هواپیماهای نسل جدید از سیستم هدایت اینرسیایی و گیرنده GPS بهره می برند که هر یک نوعی امبدد سیستم به شمار می آید. خودروها نیز از سیستم ترمز ضد قفل (ABS)، کنترل پایداری الکترونیکی (ESC / ESP)، کنترل کشش (TCS) و درایو اتوماتیک چهار چرخ به عنوان سیستم نهفته استفاده می کنند.
کاربرد سامانه‌های توکار در تجهیزات پزشکی
کنترل علائم حیاتی بیمار، انجام معاینات داخلی غیرتهاجمی، تقویت صداهای داخلی بدن برای پزشکان برخی از کاربردهای سامانه‌های توکار در تجهیزات و صنعت پزشکی می باشد. به طور مثال دستگاه هایی مانند PET، SPECT، CT و MRI برخی از تجهیزات پزشکی هستند که از امبدد سیستم بهره می برند.
کاربرد امبدد سیستم در مسائل حساس و امنیتی
امبدد سیستم به دلیل تمرکز بالا بر انجام کاری به خصوص بهترین انتخاب برای کنترل امنیت و ایمنی در مصارف حساسی مانند پزشکی، آتش نشانی، سیستم های حیاتی، حمل و نقل، شبکه های ارتباطی و … می باشد. این سیستم ها به صورت خود مختار فعالیت کرده و در اغلب مواقع به شبکه های بی سیم و سیم دار متصل نیستند. با این حال گاهی امکان اجتناب از اتصال آن ها به شبکه وجود ندارد. در چنین مواقعی تمهیدات ویژه نرم افزاری و سخت افزاری برای سامانه اجرا می شود که می تواند امنیت آن را تامین نماید. به این ترتیب اطلاعات کاربر به خوبی محافظت شده و از اقدامات خرابکارانه نظیر هک نرم افزاری و سخت افزاری در امان خواهد بود.
ردیاب خودرو رادار یک Embedded system است!
همان طور که گفتیم ردیاب خودرو رادار به عنوان یک Embedded system در کنار دیگر اجزا و سامانه های اتومبیل فعالیت می کند. این سامانه خود به تنهایی هدف ردیابی و رهگیری اتومبیل را دنبال می کند و اطلاعات و مختصات آن را در اختیار نرم افزار اختصاصی قرار می دهد. به این ترتیب می توان گفت ردیاب رادار از رابط کاربری راه دور بهره می برد که از طریق اتصال سیم کارت و شبکه های اپراتور همراه با گوشی موبایل کاربر به عنوان کامپیوتر جانبی ارتباط برقرار می کند.
وظیفه بخش های جانبی در امبدد سیستم چیست؟
وظیفه بخش های جانبی در یک امبدد سیستم ایجاد ارتباط با جهان بیرون از محیط ایزوله سامانه است. بنابراین این بخش های جانبی موظف هستند شبکه ای جهت ارتباط با بیرون از سیستم برقرار سازند. برخی از بخش های جانبی مورد بحث عبارتند از:
- رابط های ارتباط سریالی (SCI)
- کارت های حافظه
- شبکه های Ethernet و LonWorks
- فیلد باس ها مانند CAN-Bus، LIN-Bus، PROFIBUS
- ماژول های گسسته ورودی-خروجی
- مبدل های آنالوگ به دیجیتال و بالعکس
- تایمرها مانند حلقه گمشده فاز، دریافت و مقایسه، واحدهای پردازش زمان
- اشکال زدایی (debugging)
روش های اشکال زدایی در سامانه های نهفته چگونه است؟
نرم افزار و سیستم عامل سامانه های نهفته همانند دیگر نرم افزارها دارای کامپایلر، اسمبلر و اشکال زدایی (debugging) هستند. البته در نحوه اشکال زدایی این سامانه ها با رایانه های رومیزی تفاوت هایی وجود دارد. به طور مثال برنامه نویسان در ساخت نرم افزارهای معمولی از برنامه های جداگانه ای برای debugging بهره می برند که به کمک آن بر عملکرد کد توسعه نظارت می کنند. اما در سامانه های امبدد کار اشکال زدایی سیستم اشکال زدایی تعبیه شده به روی میکروکنترلر کار نظارت بر عملکرد برنامه را انجام می دهند. این عمل محدودیت های زیادی برای برنامه نویسان به دنبال دارد. به همین سبب برخی از آن از سیستم های دیباگر جداگانه ای استفاده می کنند که توسط ابزارهای مخصوص و یک سریال یا درگاه به سامانه نهفته متصل است. مهم ترین هدف از انجام عملیات اشکال زدایی تعیین میزان ایمنی و قابلیت اطمینان در سامانه های نهفته می باشد. در ادامه روش های مختلف اشکال زدایی در امبدد سیستم را مورد بررسی قرار می دهیم:
اشکال زدایی سیستم های تعبیه شده در میکروکنترلر
اشکال زدایی از طریق سیستم تعبیه شده به روی میکروکنترلر خود دارای روش های مختلفی است که برخی از آن ها را معرفی خواهیم نمود:
- اشکال زدایی تعاملی مقیم یکی از این روش هاست که با کمک یک پوسته ساده از طریق سیستم عامل embedded ارائه می گردد.
- اشکال زدایی درون مداری (ICD) نوعی دستگاه سخت افزاری است که با استفاده از رابط های JTAG یا Nexus به ریزپردازنده وصل می شود. به این ترتیب می توان عملیات دیباگ را به طور خارجی کنترل نمود.
- شبیه ساز اشکال زدایی داخل مداری (ICE) می تواند یک معادل کاملا شبیه سازی شده را جایگزین ریز پردازنده نماید و کنترل همه جانبه ای بر تمام فعالیت های ریز پردازنده داشته باشد.
- اشکال زدایی از طریق شبیه ساز کامل این امکان را به برنامه نویس می دهد که کار نظارت را از طریق کامپیوتر شخصی انجام دهد. در این روش تمام جنبه های سخت افزار شبیه سازی شده و امکان کنترل و اصلاح آن ها وجود دارد. اما سرعت پایین و هزینه بالای آن از دلایل کاهش محبوبیتش می باشند.
- اشکال زدایی با سیستم های تعبیه شده به روی تراشه (SoC) رویکردی متداول برای بررسی و دیباگ طرح به روی یک برد اولیه FPGA است. در این روش از ابزارهایی مانند Certus به جهت ورود کاوشگرهای FPGA RTL بهره می گیرند. به این ترتیب می توان سیگنال ها را مشاهده نمود.
اشکال زدایی از طریق سیستم های جداگانه
اشکال زدایی امبدد سیستم در روش جداگانه به این صورت است که شبیه سازی کاملی از تمام سخت افزارها شامل پردازنده، حافظه، DMA، رابط ها و باس ها در کامپیوتر رومیزی انجام می شود. این روش به طراحان این امکان را می دهد که تمام عملیات سیستم نهفته را به صورت نرم افزاری شبیه سازی نموده و مواردی مانند زمان تاخیر نرم افزار، نرخ کارکرد دستگاه، توان مصرفی کل سیستم، توان مصرفی در سطح دستگاه و توان عملیاتی آن را بررسی کنند. به این ترتیب می توانند تعامل لازم را میان توان و عملکرد، قدرت پردازش و تحلیل تنگنا را تعیین نمایند.
قابلیت ردیابی در سیستم های امبدد
سیستم های امبدد قابلیت ردیابی تمام فعالیت های دستگاه را به توسعه دهندگان می دهند. این ردیابی معمولا از طریق نرم افزار و یا سخت افزارهای مخصوص امکان پذیر است. به این ترتیب برنامه نویس نمایی کامل از تمام رفتارهای سیستم نهفته را می تواند در کامپیوتر شخصی مورد مطالعه قرار دهد. از مطالعه و ردیابی این رفتار ها می توان مشکلات زمان بندی و عملکرد سیستم نرم افزاری را کشف نمود. امروزه ابزارهای تجاری مانند RTXC، Quadros یا IAR Systems در جهت ردیابی رفتار امبدد سیستم ها طراحی و عرضه شده اند.
قابلیت اطمینان پذیری امبدد سیستم
امبدد سیستم ها در ماشین ها و سامانه هایی به کار گرفته می شوند که نقشی حیاتی دارند. بنابراین انتظار می رود سیستم بیدرنگ بدون خطا و ایراد سالیان سال کار کند. در برخی موارد نیز با رخ داد خطا، بتوانند خود را به طور خودکار بازیابی کنند. به همین دلیل باید نرم افزار آن ها با دقت بسیار بالایی طراحی شود و مورد آزمایش قرار گیرد. همچنین استفاده از قطعات سخت افزاری متحرک مانند درایو، دیسک درایو، کلید و دکمه نیز در ساخت این سیستم ها با احتیاط صورت می گیرد.
مشکلات اطمینان پذیری در سامانه های امبدد می تواند شامل موارد زیر باشد:
- جهت تعمیر سیستم نمی توان آن را به طور ایمن خاموش نمود و یا دسترسی به آن بسیار سخت است.
- امکان اجرای سیستم در حالت Limp Mode وجود ندارد، زیرا سامانه باید به صورت مداوم در حال اجرا باشد.
- قطع سیستم ممکن است با خسارات و هزینه های زیادی همراه شود.
پس از بروز خطا در امبدد سیستم معمولا از ترکیب روش های مختلف برای رفع و بازیابی آن استفاده می شود. این خطاها می توانند به صورت نرم افزاری و یا سخت افزاری رخ دهند. به طور مثال زمانی که سیستم به صورت دوره ای، زیرسیستم نگهبان را از وجود منابع اضافی مطلع نسازند، تایمرهای نگهبان وظیفه دارند، امبدد سیستم را مجددا راه اندازی کنند.
امروزه در طراحی سامانه های نهفته از یک هایپروایزر استفاده می شود. وظیفه این هایپروایزر این است که لایه ای جانبی برای هر یک از زیرسیستم ها ایجاد کند. به این ترتیب اگر یکی از زیرسیستم ها دچار مشکل شود، امکان راه اندازی مجدد خود را بدون آسیب رساندن به دیگر زیرسیستم ها خواهد داشت. در این روش از انتشار ایراد در کل سیستم جلوگیری می شود و می توان قابلیت پذیری سامانه را افزایش داد. این طراحی به کمک معماری TCB فراهم می آید.
معماری نرم افزارهای امبدد سیستم چگونه است؟
به طور کلی چند مدل معماری نرم افزار در امبدد سیستم قابل استفاده است. این معماری ها عبارتند از: حلقه کنترلی ساده، سیستم های کنترل وقفه ای (Interrupt-controlled system)، چند وظیفه ای اشتراکی (Cooperative MultiTasking)، چند وظیفه ای قبضه ای (چند نخی)، ریزهسته ها، اگزوکرنل ها و هسته های مونولیتیک.
خصوصیات سامانه های نهفته چیست؟
سامانه های نهفته برای انجام عملی خاص طراحی می شوند که با رایانه های رومیزی در تقابل عملکردی قرار دارند. به همین دلیل معمولا سخت افزار به کار رفته در ساخت این سامانه ها محدود بوده و هزینه های کمی در بر خواهد داشت. یک امبدد سیستم الزاما یک سیستم جداگانه نیست و می تواند همچون بخشی کوچک از یک اکوسیستم بزرگ با هدفی متفاوت باشد. به طور مثال در یک خودرو تعداد زیادی امبدد سیستم به صورت مجزا و در عین حال در ارتباط با یک دیگر کار می کنند. سیستم ترمز اتومبیل به تنهایی یک سامانه نهفته است که در ارتباط با دیگر سامانه های فعال در خودرو قرار دارد و در صورت نیاز با آن ها همکاری می کند.
محدودیت ها و الزامات در طراحی سیستم امبدد چیست؟
طراحی و ساخت سیستم امبدد معمولا با یک سری محدودیت ها و الزامات مواجه می شود. هر یک از این محدودیت ها یا الزامات تاثیر مستقیم بر روی دیگر ویژگی های سیستم خواهد گذاشت. مهمترین الزاماتی که طراحان سیستم نهفته را در محدودیت قرار می دهند، عبارتند از: قدرت تحلیل، حافظه، تعداد واحدها، مصرف انرژی، هزینه توسعه و ساخت، طول عمر و قابلیت اطمینان.
تصور کنید قصد ساخت یک امبدد سیستم را دارید اما برای طراحی و تولید آن هزینه محدودی در دسترسان است. بنابراین شما مجبور هستید برخی ویژگی های مطلوب مانند قدرت تحلیل و پردازش و قابلیت اطمینان را فدای هزینه توسعه و ساخت نمایید.
سخن پایانی
تا اینجا آموختیم امبدد سیستم توانسته به صورت گسترده جای پای خود را در زندگی انسان ها محکم کند. به طوری که اغلب وسایل الکترونیکی نوعی سامانه نهفته به حساب می آیند. آیا می توانید برخی از سیستم های نهفته ای که در منزلتان وجود دارد را به ما معرفی کنید؟
سوالات متداول💡