یک سیستم تعبیهشده ترکیبی از سختافزار و نرمافزار کامپیوتری است که برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده است. این سیستمها ممکن است بخشی از یک سیستم بزرگتر نیز باشند. سیستمهای تعبیهشده میتوانند برنامهپذیر باشند یا عملکرد ثابت داشته باشند. امروزه این سیستمها برای کنترل طیف گستردهای از دستگاهها استفاده میشوند؛ از جمله ماشینهای صنعتی، لوازم الکترونیکی مصرفی، تجهیزات کشاورزی و صنعتی، خودروها، تجهیزات پزشکی، دوربینها، ساعتهای دیجیتال، لوازم خانگی، هواپیماها، دستگاههای فروش خودکار، اسباببازیها و دستگاههای همراه.
ساختار و اجزای سیستمهای تعبیهشده
سیستمهای تعبیهشده معمولاً شامل یک ریزپردازنده یا سیستم مبتنی بر میکروکنترلر، حافظه و دستگاههای ورودی/خروجی (I/O) هستند که همه برای انجام یک وظیفه خاص در یک سیستم بزرگتر طراحی شدهاند. این سیستمها ممکن است بدون رابط کاربری (UI) باشند، مانند دستگاههای طراحیشده برای یک وظیفه مشخص، یا رابط کاربری گرافیکی پیچیدهای (GUI) داشته باشند، مانند موبایلها. رابطها میتوانند شامل دکمهها، LEDها یا صفحات لمسی باشند و برخی سیستمها حتی از رابطهای کاربری از راه دور استفاده میکنند.
طبق گزارش Global Markets Insight، بازار سیستمهای تعبیهشده در سال ۲۰۲۳ معادل ۱۱۰.۳ میلیارد دلار بوده و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۳۲ به بیش از ۱۹۰ میلیارد دلار برسد. تولیدکنندگان تراشه این سیستمها شامل شرکتهای بزرگی مانند اپل، IBM، اینتل و Texas Instruments هستند. رشد این بازار تا حد زیادی ناشی از سرمایهگذاری مداوم در هوش مصنوعی، محاسبات موبایل و نیاز به تراشههای پیشرفته برای پردازش سطح بالا است.
نمونههایی از سیستمهای تعبیهشده
- خودروها: خودروهای مدرن شامل بسیاری از سیستمهای تعبیهشده هستند که وظایف مختلفی را بر عهده دارند؛ از کنترل کروز، سنسورهای پارک، سیستم تعلیق، سیستمهای ناوبری، سیستمهای هشدار و ایربگها.
- موبایلها: شامل سیستمهای تعبیهشده متعدد، از جمله سختافزار و نرمافزار GUI، سیستمعامل، دوربینها، میکروفنها و ماژولهای I/O.
- ماشینآلات صنعتی: دارای حسگرها و سیستمهای اتوماسیون برای نظارت و کنترل فرآیندهای خاص.
- تجهیزات پزشکی: دارای حسگرها و مکانیزمهای کنترل برای اطمینان از عملکرد ایمن و مناسب برای سلامت انسان.
- دستگاههای پوشیدنی سلامتی: مانند مچبندهای هوشمند که ضربان قلب، سطح اکسیژن، تعداد قدمها و سایر دادههای کاربر را جمعآوری میکنند.
عملکرد سیستمهای تعبیهشده
سیستمهای تعبیهشده همیشه بخشی از یک دستگاه کامل هستند. آنها کامپیوترهای کوچک، کمهزینه و کممصرف هستند که در سیستمهای مکانیکی یا الکتریکی دیگر قرار میگیرند. معمولاً شامل پردازنده، منبع تغذیه، حافظه و پورتهای ارتباطی هستند. پردازنده دادهها را با کمک نرمافزارهای خاص موجود در حافظه تحلیل میکند و نرمافزار معمولاً به وظیفه مشخص سیستم محدود است.
پردازندهها میتوانند میکروپردازنده یا میکروکنترلر باشند. میکروکنترلرها در واقع میکروپردازندههایی هستند که حافظه و رابطهای جانبی را نیز شامل میشوند. سیستمهای پیشرفتهتر معمولاً به صورت سیستم روی تراشه (SoC) عرضه میشوند که شامل چند پردازنده و رابط روی یک تراشه است.
ویژگیهای سیستمهای تعبیهشده
- وظیفهمحور و خاص یک عملکرد هستند.
- معمولاً از سختافزار، نرمافزار و فرمویر تشکیل شدهاند.
- میتوانند مبتنی بر میکروپردازنده یا میکروکنترلر باشند.
- اغلب از تراشههای ASIC و FPGA استفاده میکنند.
- برای پردازشهای زمان واقعی در دستگاههای IoT کاربرد دارند.
- پیچیدگی و عملکرد آنها نوع سختافزار و نرمافزار مورد استفاده را تعیین میکند.
ساختار سختافزاری
- سنسورها: تبدیل دادههای فیزیکی به سیگنال الکتریکی.
- مبدلهای آنالوگ به دیجیتال: تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال.
- پردازندهها: پردازش سیگنالها و ذخیره در حافظه.
- مبدل دیجیتال به آنالوگ: تبدیل داده دیجیتال به آنالوگ.
- اکچویتورها: کنترل حرکت مکانیکی بر اساس سیگنال الکتریکی.
انواع سیستمهای تعبیهشده
- سیستمهای تعبیهشده همراه (Mobile): کوچک و قابل حمل، مانند دوربینهای دیجیتال، لپتاپها و موبایلها.
- سیستمهای شبکهای: متصل به شبکه برای ارسال داده به سیستمهای دیگر، مانند سیستمهای امنیتی خانگی.
- سیستمهای مستقل (Standalone): برای یک وظیفه خاص طراحی شدهاند و نیازی به سیستم میزبان ندارند، مانند ماشین حسابها و پخشکنندههای MP3.
- سیستمهای زمان واقعی (Real-Time): خروجی را در زمان مشخص ارائه میدهند و در صنایع پزشکی، صنعتی و نظامی کاربرد دارند.
تاریخچه سیستمهای تعبیهشده
سیستمهای تعبیهشده از دهه ۱۹۶۰ شروع شدند. اولین کامپیوتر استفادهکننده از مدارهای مجتمع توسط چارلز استارک دراپر برای برنامه آپولو ساخته شد. در سال ۱۹۶۵، سیستم تعبیهشده D-17B برای موشکهای Minuteman I تولید شد. اولین میکروکنترلر توسط Texas Instruments در سال ۱۹۷۱ معرفی شد و تراشههای تجاری مانند Intel 4004 در همان دهه عرضه شدند.
در دهههای اخیر، سیستمهای تعبیهشده با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نیز یکپارچه شدهاند و به صورت Embedded AI در دستگاههایی مانند موبایلها و خودروهای خودران به کار میروند.
روندهای آینده
- هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: یکپارچه شدن AI و ML در دستگاههای تعبیهشده.
- محاسبات لبه (Edge Computing): پردازش داده نزدیک به دستگاه برای کاهش تأخیر و مصرف پهنای باند.
- امنیت: اضافه شدن رمزگذاری و مکانیزمهای امن برای بوت و عملکرد.
- افزایش اتصالپذیری: بهبود فناوریهای بلوتوث و ۵G برای پهنای باند بالاتر و تأخیر کمتر.
- محاسبات کوانتومی: امکان بهبود امنیت و بهینهسازی در آینده.
سیستمهای تعبیهشده وظایف خاص را با کارایی و اطمینان بالا انجام میدهند و پایه بسیاری از دستگاههای مدرن را تشکیل میدهند. آنها در کنار دستگاههای IoT نقش کلیدی در دنیای هوشمند امروزی دارند.
 چیست؟){kind=link}
بدون دیدگاه