ระบบฝังตัว (Embedded system) คือ อะไร?
หลายปีก่อน Bill Gates ทำนายว่าด้วยการกำเนิดของยุคหลังพีซี พีซีจะมีอยู่ทุกที่ ทุกวันนี้ ด้วยรุ่งอรุณของศตวรรษที่ 21 การพัฒนาระบบฝังตัวอย่างรวดเร็วกำลังยืนยันคำทำนายของบิล เกตส์ และมนุษยชาติกำลังเข้าสู่ยุคใหม่ที่เต็มไปด้วยความหวัง นั่นคือยุคหลังพีซี
นี่คือยุคที่เต็มไปด้วยโอกาสทางธุรกิจ หลังจากที่มนุษยชาติได้ประสบกับความเจริญรุ่งเรืองอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนของระบบเดสก์ท็อป การพัฒนาระบบฝังตัวก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และได้เข้าสู่สาขาต่างๆ อย่างกว้างขวาง เช่น อุตสาหกรรม การทหาร การสื่อสาร การขนส่ง การเงิน การรักษาพยาบาล อุตุนิยมวิทยา และเกษตรกรรม
ในสถานการณ์ปกติ ผู้คนมักเพิกเฉยต่อระบบฝังตัวที่อยู่รอบตัว เช่น โทรศัพท์มือถือ เครื่องกดเงินสด หรือลิฟต์ ฯลฯ มีระบบฝังตัวอยู่ในอุปกรณ์ที่แพร่หลายเหล่านี้ บางครั้งผู้คนมักใช้ระบบฝังตัวในรถยนต์ ลิฟต์ เครื่อง PDA ฯลฯ ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กในอุปกรณ์ เช่น สวิตช์ควบคุมด้วยโปรแกรมโดยไม่รู้ตัว
นอกจากนี้ ระบบฝังตัวมักจะมีบทบาทสำคัญมากกว่าในด้านต่างๆ เช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์ ดาวเทียม และระบบการบิน เป็นลักษณะของ "มองไม่เห็น" และ "แพร่หลาย" ที่ทำให้ระบบคอมพิวเตอร์ฝังตัวแตกต่างจากระบบคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม
1. รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับระบบฝังตัว
ระบบฝังตัวนั้นเป็นคำจำกัดความที่ค่อนข้างคลุมเครือ ในปัจจุบัน ระบบสมองกลฝังตัวได้แทรกซึมเข้าไปในทุกมุมของชีวิตของเรา เช่น อุตสาหกรรม อุตสาหกรรมบริการ เครื่องใช้ไฟฟ้า... และเป็นเพราะการขยายขอบเขตนี้ ทำให้ "ระบบสมองกลฝังตัว" ยากที่จะให้คำจำกัดความได้ชัดเจน
เพื่อยกตัวอย่างง่ายๆ เครื่องเล่น mp3 แบบพกพาสามารถเรียกว่าระบบฝังตัวได้หรือไม่? คำตอบคือ "ใช่" แน่นอน คอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรมขนาดเล็ก PC104 อีกเครื่องหนึ่ง คุณคิดว่าเป็นระบบฝังตัวหรือไม่ แน่นอน
นอกจากนี้ การควบคุมทางอุตสาหกรรมยังเป็นขอบเขตการใช้งานทั่วไปของเทคโนโลยีระบบสมองกลฝังตัว อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบระหว่างทั้งสอง คุณอาจพบว่าทั้งสองมีความแตกต่างกันเกือบทั้งหมด ยกเว้นว่าทั้งสองมีไมโครโปรเซสเซอร์ในตัว กล่าวได้ว่าอุปกรณ์ที่ฝังไมโครโปรเซสเซอร์เป็นระบบฝังตัวหรือไม่? นอกจากนี้ยังมีไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวในเมาส์ จะเรียกว่าระบบฝังตัวได้หรือไม่
แล้วระบบฝังตัวคืออะไรกันแน่? เป็นไปได้ไหมว่าระบบฝังตัวเป็นเพียงแนวคิดเชิงนามธรรมที่ยากต่อการนิยาม?
2. ประวัติของระบบสมองกลฝังตัว
แม้ว่าระบบฝังตัวจะได้รับความนิยมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ ตั้งแต่การเกิดขึ้นของไมโครคอมพิวเตอร์แบบชิพเดียวในทศวรรษที่ 1970 ไปจนถึงการประยุกต์ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัวและไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมากในปัจจุบัน ระบบฝังตัวมีประวัติการพัฒนามาเกือบ 30 ปี
ในฐานะที่เป็นระบบ มันมีแนวโน้มที่จะค่อยๆ มีเสถียรภาพและเติบโตเต็มที่ภายใต้การสนับสนุนของเกลียวคู่ของการพัฒนาทางเลือกของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ และระบบฝังตัวก็ไม่มีข้อยกเว้น
การเกิดขึ้นของระบบฝังตัวนั้นเริ่มต้นจากไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว การเกิดขึ้นของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวในทศวรรษ 1970 ทำให้รถยนต์ เครื่องใช้ในบ้าน เครื่องจักรอุตสาหกรรม อุปกรณ์สื่อสาร และผลิตภัณฑ์หลายพันรายการได้รับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฝัง ใช้งานง่ายขึ้น เร็วขึ้น และราคาถูกลง อุปกรณ์เหล่านี้มีคุณสมบัติเบื้องต้นของแอพพลิเคชั่นฝังตัวอยู่แล้ว แต่แอพพลิเคชั่นในขณะนี้ใช้ชิป 8 บิตเพื่อรันโปรแกรมแบบเธรดเดียวบางโปรแกรมเท่านั้น และแนวคิดของ "ระบบ" ยังไม่ถูกกล่าวถึง
เกร็ดความรู้ ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวรุ่นแรกสุดคือ Intel 8048 ซึ่งปรากฏในปี 1976 Motorola เปิดตัว 68HC05 ในเวลาเดียวกัน และ Zilog เปิดตัวซีรีส์ Z80 ไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นแรกๆ เหล่านี้ล้วนมี RAM 256 ไบต์, ROM 4K, พอร์ตขนาน 8 บิตสี่พอร์ต, พอร์ตอนุกรมฟูลดูเพล็กซ์หนึ่งพอร์ต และตัวจับเวลา 16 บิตสองตัว
ต่อมาในช่วงต้นทศวรรษ 1980 Intel ได้ปรับปรุง 8048 และพัฒนาบนพื้นฐานของ 8051 ได้สำเร็จ นี่เป็นหน้าที่น่าจดจำในประวัติศาสตร์ของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว จนถึงตอนนี้ ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว 51 ซีรีส์ยังคงอยู่ ชิปไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียวที่ประสบความสำเร็จสูงสุด มีการใช้งานที่หลากหลายในผลิตภัณฑ์ต่างๆ
ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 โปรแกรมเมอร์ระบบฝังตัวเริ่มเขียนซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันฝังตัวด้วย "ระบบปฏิบัติการ" เชิงพาณิชย์ ซึ่งทำให้วงจรการพัฒนาสั้นลง ทุนพัฒนาต่ำลง และประสิทธิภาพการพัฒนาสูงขึ้น "ระบบสมองกลฝังตัว" ถือกำเนิดขึ้นจริงๆ เพื่อให้แม่นยำ ระบบปฏิบัติการในขณะนี้เป็นเคอร์เนลตามเวลาจริง ซึ่งมีคุณสมบัติมากมายของระบบปฏิบัติการแบบดั้งเดิม รวมถึงการจัดการงาน การสื่อสารระหว่างงาน การซิงโครไนซ์และการยกเว้นซึ่งกันและกัน การสนับสนุนการขัดจังหวะ การจัดการหน่วยความจำ
ระบบปฏิบัติการ เช่น VRTX จาก Ready System, PSOS จาก Integrated System Incorporation (ISI), VxWorks จาก IMG และ QNX จาก QNX นั้นมีชื่อเสียงมาก ระบบปฏิบัติการแบบฝังเหล่านี้ทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะของแบบฝังตัว ทั้งหมดใช้การตั้งเวลาล่วงหน้า เวลาตอบสนองสั้นมาก และเวลาดำเนินการงานสามารถกำหนดได้
เคอร์เนลของระบบมีขนาดเล็กมาก และสามารถปรับแต่ง ขยาย และพอร์ต และสามารถพอร์ตไปยังโปรเซสเซอร์ต่างๆ เรียลไทม์ที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้ เหมาะสำหรับการใช้งานแบบฝังตัว การเกิดขึ้นของระบบปฏิบัติการมัลติทาสกิ้งตามเวลาจริงแบบฝังตัวเหล่านี้ทำให้นักพัฒนาแอปพลิเคชันเป็นอิสระจากการพัฒนาขนาดเล็ก และในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมพื้นที่แอปพลิเคชันที่กว้างขึ้นสำหรับระบบฝังตัว
หลังจากปี 1990 ด้วยการปรับปรุงความต้องการตามเวลาจริง ขนาดซอฟต์แวร์ยังคงเพิ่มขึ้น และเคอร์เนลตามเวลาจริงค่อย ๆ พัฒนาเป็นระบบปฏิบัติการแบบมัลติทาสกิ้งแบบเรียลไทม์ (RTOS) และค่อย ๆ กลายเป็นกระแสหลักของปัจจุบัน ระบบฝังตัวเป็นแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์
ในเวลานี้ มีบริษัทจำนวนมากที่มองเห็นโอกาสในการพัฒนาในวงกว้างของระบบฝังตัว และเริ่มพัฒนาระบบปฏิบัติการฝังตัวของตนเองอย่างจริงจัง นอกเหนือจากบริษัทที่จัดตั้งขึ้นหลายแห่งข้างต้นแล้ว ยังมี Palm OS, WinCE, Embedded Linux, Lynx, Nucleux, Hopen, Delta Os และระบบปฏิบัติการฝังตัวอื่นๆ อีกด้วย ด้วยแนวโน้มการพัฒนาที่กว้างขึ้นของเทคโนโลยีฝังตัว เชื่อว่าจะมีซอฟต์แวร์ระบบปฏิบัติการฝังตัวมากขึ้น
ในด้านของระบบฝังตัว แนวคิดของระบบฝังตัวที่เป็นที่รู้จักมากขึ้นคือ ระบบสมองกลฝังตัวเน้นการใช้งานเป็นหลักโดยอาศัยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และสามารถปรับแต่งซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ได้เหมาะสำหรับระบบคอมพิวเตอร์เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับฟังก์ชัน ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน ปริมาณ และการใช้พลังงาน
โดยทั่วไปประกอบด้วยสี่ส่วน ได้แก่ ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝัง อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ต่อพ่วง ระบบปฏิบัติการแบบฝังตัว และโปรแกรมแอปพลิเคชันของผู้ใช้ และใช้เพื่อรับรู้ฟังก์ชันต่างๆ เช่น การควบคุม การตรวจสอบ หรือการจัดการอุปกรณ์อื่นๆ
3. ฟิลด์แอ็พพลิเคชันของระบบฝังตัว
เทคโนโลยีระบบสมองกลฝังตัวมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างมาก และฟิลด์การใช้งานอาจรวมถึง
1. การควบคุมอุตสาหกรรม
อุปกรณ์อัตโนมัติทางอุตสาหกรรมที่ใช้ชิปฝังตัวจะบรรลุการพัฒนาอย่างมาก ปัจจุบัน มีไมโครคอนโทรลเลอร์แบบฝังตัว 8, 16 และ 32 บิตจำนวนมากอยู่แล้วในแอปพลิเคชัน ระบบเครือข่ายเป็นวิธีหลักในการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และลด ทรัพยากรบุคคล
ตัวอย่างเช่น การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม, เครื่องมือเครื่องจักรดิจิทัล, ระบบไฟฟ้า, ความปลอดภัยของระบบไฟฟ้ากริด, การตรวจสอบอุปกรณ์กริดไฟฟ้า, ระบบปิโตรเคมี เท่าที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ควบคุมอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว 8 บิตมักใช้ในโมเดลระดับล่าง อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี โปรเซสเซอร์ 32 บิตและ 64 บิตค่อยๆ กลายเป็นแกนหลักของอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรม และจะได้รับการพัฒนาอย่างมากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
2. การจัดการจราจร
เทคโนโลยีระบบสมองกลฝังตัวถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการนำทางยานพาหนะ การควบคุมการจราจร การตรวจสอบข้อมูล และบริการรถยนต์ เทอร์มินัลระบุตำแหน่งเคลื่อนที่พร้อมโมดูล GPS และโมดูล GSM ในตัวได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในอุตสาหกรรมการขนส่งต่างๆ ในปัจจุบัน อุปกรณ์ GPS ได้เข้ามาอยู่ในบ้านของคนทั่วไปด้วยผลิตภัณฑ์ที่ล้ำสมัย มีราคาเพียงไม่กี่พันบาทในการค้นหาตำแหน่งของคุณทุกที่ทุกเวลา
3. เครื่องใช้สารสนเทศ
สิ่งนี้จะถูกเรียกว่าฟิลด์แอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุดของระบบสมองกลฝังตัว ระบบเครือข่าย และระบบอัจฉริยะของตู้เย็นและเครื่องปรับอากาศจะนำชีวิตของผู้คนไปสู่พื้นที่ใหม่ แม้ว่าคุณจะไม่ได้อยู่ที่บ้าน คุณก็สามารถควบคุมระยะไกลผ่านโทรศัพท์และอินเทอร์เน็ตได้ ในอุปกรณ์เหล่านี้ ระบบฝังตัวจะมีประโยชน์อย่างมาก
4. ระบบการจัดการอัจฉริยะภายในบ้าน
การอ่านมาตรวัดน้ำ ไฟฟ้า และก๊าซอัตโนมัติจากระยะไกล ระบบป้องกันอัคคีภัยและระบบป้องกันการโจรกรรม ชิปควบคุมพิเศษที่ฝังอยู่ในนั้นจะเข้ามาแทนที่การตรวจสอบด้วยตนเองแบบดั้งเดิมและได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น แม่นยำ และปลอดภัยยิ่งขึ้น ในปัจจุบัน ในด้านของบริการ เช่น อุปกรณ์สั่งซื้อทางไกล เป็นต้น ข้อดีของระบบฝังตัวได้รับการสะท้อนให้เห็นแล้ว
5. เครือข่าย POS และอีคอมเมิร์ซ
ระบบออกบัตรสมาร์ทการ์ดแบบไร้สัมผัส (Contactless Smartcard, CSC) ระบบออกบัตรโทรศัพท์สาธารณะ ตู้จำหน่าย และตู้เอทีเอ็มอัจฉริยะต่าง ๆ จะเข้ามาเติมเต็มการใช้ชีวิตของผู้คนอย่างเต็มที่ จากนั้น คุณสามารถเดินทางทั่วโลกได้ด้วยบัตรใบเดียว
6. วิศวกรรมสิ่งแวดล้อมและธรรมชาติ
การตรวจสอบข้อมูลอุทกวิทยาตามเวลาจริง ระบบควบคุมน้ำท่วมและคุณภาพน้ำและดิน ความปลอดภัยของเขื่อน เครือข่ายเฝ้าระวังแผ่นดินไหว เครือข่ายข้อมูลอุตุนิยมวิทยาตามเวลาจริง แหล่งน้ำและมลพิษทางอากาศ ในหลายพื้นที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและสภาพภูมิประเทศที่ซับซ้อน ระบบสมองกลฝังตัวจะทำการตรวจสอบแบบไร้คนขับ
7. หุ่นยนต์ การพัฒนาชิปแบบฝังตัวจะทำให้หุ่นยนต์มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนมากขึ้นในด้านขนาดย่อส่วนและความฉลาดสูง และในขณะเดียวกันจะทำให้ราคาของหุ่นยนต์ลดลงอย่างมาก ทำให้หุ่นยนต์เหล่านี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและบริการ
ในบรรดาแอปพลิเคชันเหล่านี้ สามารถเน้นแอปพลิเคชันในการควบคุมได้ เท่าที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมเครื่องใช้ในบ้านระยะไกล นอกเหนือจากการพัฒนาระบบฝังตัวที่รองรับ TCP/IP แล้ว โปรโตคอลการควบคุมผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ในบ้านก็จำเป็นต้องได้รับการกำหนดและรวมเป็นหนึ่งด้วย ซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการโดยผู้ผลิตเครื่องใช้ในบ้าน
ในทำนองเดียวกัน อุปกรณ์ควบคุมระยะไกลบนเครือข่ายทั้งหมดจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับระบบฝังตัว จากนั้นจะถูกควบคุมโดยระบบฝังตัวและรับรู้การควบคุมผ่านเครือข่าย ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาและสำรวจระบบฝังตัว
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
