Giới thiệu
Về cơ bản, hệ thống nhúng là sự kết hợp của phần cứng máy tính và phần mềm, là một thiết bị thực hiện một chức năng xác định trên cơ sở lặp đi lặp lại. Chúng được sử dụng trong xe ô tô, ví dụ như trong các chức năng của phanh vv Ngay cả điện thoại di động thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp cũng có chứa các thiết bị này. Bên cạnh đó, các ứng dụng khác như là kiểm soát air-traffic, máy nghe nhạc MP3, đồng hồ kỹ thuật số, điện thoại di động, máy bay, xe lửa …..
Hệ thống nhúng là gì?
Hệ thống nhúng là một hệ thống chuyên thực hiện một hoặc nhiều chức năng cố định. Nó là một phần của hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm và các thành phần cơ khí. Hệ thống nhúng rất linh hoạt để sử dụng với bất kỳ hệ thống lớn khác, đáp ứng hàng loạt các chi tiết kỹ thuật và nhu cầu của người dùng.
Như đã đề cập ở trên, hệ thống nhúng được thiết kế để thực hiện một hoặc hai nhiệm vụ cụ thể. Các hệ thống này được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt, các kỹ sư thiết kế có thể làm giảm kích thước và chi phí bằng cách gia tăng hiệu suất. Các hệ thống nhúng có ứng dụng rất rộng như máy móc công nghiệp, ô tô, thiết bị y tế, máy ảnh, thiết bị gia dụng, máy bay, máy bán hàng tự động và đồ chơi điện thoại di động rõ …những thiết bị này có rất nhiều hệ thống nhúng bên trong nó.
Đặc tính, phương pháp thiết kế và xu thế phát triển của các hệ nhúng.
Các hệ nhúng là những hệ kết hợp phần cứng và phần mềm một cách tối ưu. Các hệ nhúng là những hệ chuyên dụng, thường hoạt động trong chế độ thời gian thực, bị hạn chế về bộ nhớ, giá thành phải rẻ nhưng lại phải hoạt động tin cậy và tiêu tốn ít năng lượng. Các hệ nhúng rất đa dạng và có nhiều kích cỡ, khả năng tính toán khác nhau. Ngoài ra các hệ nhúng thuờng phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt có độ nóng ẩm, rung xóc cao. Ví dụ như các điều khiển các máy diesel cho tàu biển, các thiết bị cảnh báo cháy nổ trong hầm lò. Các hệ thống nhúng lớn thường là các hệ nối mạng. Ở máy bay, tàu vũ trụ thường có nhiều mạng nhúng kết nối để kiểm soát hoạt động và điều khiển.Trong ô tô hiện đại có đến trên 80 nút mạng kết nối các đầu đo cơ cấu chấp hành để bảo đảm ô tô hoạt động an toàn và thoải mái cho người sử dụng.
Thiết kế các hệ thống nhúng là thiết kế phần cứng và phần mềm phối hợp. Cách thiết kế cổ điển là cách xác định trước các chức năng phần mềm (SW) và phần cứng (HW) rồi sau đó các bước thiết kế chi tiết được tiến hành một cách độc lập ở hai khối. Hiện nay đa số các hệ thống tự động hóa thiết kế (CAD) thường dành cho thiết kế phần cứng. Các hệ thống nhúng hiện nay sử dụng đồng thời nhiều công nghệ như vi xử lý, DSP, mạng và các chuẩn phối ghép, protocol, do vậy xu thế thiết kế các hệ nhúng hiện nay đòi hỏi có khả năng thay đổi mềm dẻo hơn trong quá trình thiết kế 2 phần HW và SW. Để có được thiết kế cuối cùng tối ưu, quá trình thiết kế SW và HW phải phối hợp với nhau chặt chẽ và có thể thay đổi sau mỗi lần thử chức năng hoạt động tổng hợp. Thiết kế các hệ nhúng đòi hỏi kiến thức đa ngành về điện tử, xử lý tín hiệu, vi xử lý, thuật điều khiển và lập trình thời gian thực.
Phần mềm trong các hệ nhúng ngày càng chiếm tỉ trọng cao và đã trở thành một thành phần cấu tạo nên thiết bị bình đẳng như các phần cơ khí, linh kiện điện tử, linh kiện quang học ... các hệ nhúng ngày càng phức tạp hơn đáp ứng các yêu cầu khắt khe về thời gian thực, tiêu ít năng lượng, hoạt động tin cậy ổn định hơn, có khả năng hội thoại cao, có khả năng kết nối mạng, có thích nghi, tự tổ chức cao có khả năng tái cấu hình như một thực thể, một tác nhân.
Và có khả năng tiếp nhận năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau (ánh sáng, rung động, điện từ trường, sinh học ...) để tạo nên các hệ thống tự tiếp nhận năng lượng trong quá trình họat động.
Tuy nhiên hệ thống nhúng hiện nay còn phải đối mặt với nhiều thách. Độ phức tạp của hệ thống tăng cao do nó kết hợp nhiều lĩnh vực đa ngành, kết hợp phần cứng - mềm, trong khi các phương pháp thiết kế và kiểm tra chưa chín muồi. Khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành lớn và còn thiếu các phương pháp và lý thuyết hoàn chỉnh cho khảo sát phân tích toàn cục của hệ nhúng bao gồm lý thuyết điều khiển tự động, thiết kế máy, công nghệ phần mềm, điện tử, vi xử lý, các công nghệ hỗ trợ khác. Mặt khác các hệ nhúng còn nhiều vấn đề cần giải quyết với độ tin cậy và tính mở của hệ thống. Do hệ thống nhúng thường phải hội thoại với môi trường xung quanh nên nhiều khi gặp những tình huống không lường trước dễ dẫn đến hệ thống bị loạn. Trong quá trình hoạt động một số phần mềm thường phải chỉnh lại và thay đổi nên hệ thống phần mềm có thể không kiểm soát được. Đối với hệ thống mở, các hãng thứ 3 đưa các module mới, thành phần mới vào cũng có thể gây nên sự hoạt động thiếu tin cậy.
Bạn có đam mê ngành thiết kế vi mạch
Liên hệ đăng ký tham gia Hội Thảo & Khóa Học Thiết Kế Vi Mạch
