سیستم تعبیه شده یا سامانه نهفته چیست ؟

سیستم های تعبیه شده یا embedded system ترکیبی از سخت افزار و نرم افزار رایانه ای است. این سیستم ها را با نام سیستم های نهفته ( سامانه نهفته ) نیز می شناسند.

سیستم های تعبیه شده با قابلیت ثابت یا قابل برنامه ریزی، برای یک کارکرد خاص یا عملکردهای درون یک سیستم بزرگتر طراحی شده اند.

برای مقایسه ویژگی های سامانه های نهفته با سیستم های معمولی با کاربرد های متداول، می توان به مصرف توان کمتر، اندازه کوچک تر، بازه عملیاتی انعطاف پذیر و هزینه کمتر به ازای هر واحد اشاره کرد.

اما این ویژگی ها به قیمت منابع پردازشی محدود به دست می آید. این امر باعث می شود تا برنامه ریزی و تعامل با این سامانه ها دشوار باشد.

با این وجود، با ایجاد مکانیزم های هوش مصنوعی بر روی سخت افزار، بهره بردن از سنسور های موجود و وجود یک شبکه از سامانه های نهفته، می توان منابع موجود در سطوح واحد و شبکه را به صورت بهینه مدیریت کرد.

همچنین قابلیت های جدیدی را که بسیار فراتر از قابلیت های موجود هستند، ایجاد کرد.

به عنوان مثال، می توان روش های هوشمندی طراحی کرد که بتوانند مصرف توان سامانه های نهفته را مدیریت کنند.

دستگاه های صنعتی ، دستگاه های کشاورزی و صنایع فرآیندی ، اتومبیل و تجهیزات پزشکی، نمونه هایی از مکان های ممکن برای استفاده از سیستم های تعبیه شده هستند.

سیستم های تعبیه شده، سیستم های محاسباتی هستند.

تاریخچه سیستم عامل نهفته

منشا ریزپردازنده و میکروکنترلر را می‌توان به مدار یکپارچه MOS که یک تراشه مدار یکپارچه ساخته شده از MOSFETs ترانزیستورهای تأثیر میدانی نیمه‌هادی است.

در اوایل دهه ۱۹۶۰ توسعه داده شد. تا سال ۱۹۶۴ تراشه‌های MOS به تراکم ترانزیستور بالاتر و هزینه‌های تولید کمتر از تراشه‌های دو قطبی رسیده بودند.

تراشه‌های MOS با سرعت پیش‌بینی‌شده توسط قانون مور در پیچیدگی بیشتر افزایش یافتند.

منجر به ادغام در مقیاس بزرگ (LSI) با صدها ترانزیستور می شوند. در اواخر دهه ۱۹۶۰ روی یک تراشه MOS واحد استفاده از تراشه‌های MOS LSI برای محاسبات ، پایه و اساس اولین ریزپردازنده‌ها بود.

زیرا مهندسان شروع به شناختن اینکه یک سیستم پردازنده کامپیوتر کامل در چندین تراشه MOS LSI وجود دارد، می‌کردند.

اولین ریزپردازنده‌های چند تراشه، سیستم های چهار فاز AL1 در سال ۱۹۶۹ و Garrett AiResearch MP944 در ۱۹۷۰، با تراشه‌های MOS LSI چندگانه تولید شدند.

اولین ریزپردازنده تک تراشه Intel 4004 بود که در سال ۱۹۷۱ بر روی یک تراشه MOS LSI منتشر شد. این شرکت توسط فدریکو فاگین ساخته شد.

و با استفاده از فناوری MOS- دروازه سیلیکونی خود، به همراه مهندسین اینتل مارسیان هاف و استن مازور و مهندس Busicom ماساتوشی ساخته شد. این شرکت توسط فدریکو فاگین ساخته شد.

و با استفاده از فناوری MOS- دروازه سیلیکونی خود، به همراه مهندسین اینتل مارسیان هاف و استن مازور و مهندس Busicom ماساتوشی ساخته شد.

یک مثال از سیستم تعبیه شده

چاپگرهای لیزری یکی از نمونه های سیستم های تعبیه شده هستند. جدا از انجام وظیفه اصلی چاپ، باید ورودی های کاربر را بگیرد، ارتباط با سیستم کامپیوتری را مدیریت کند، خطاها را مدیریت کند، کاغذهای باقی مانده روی سینی را حس کند و غیره.

در اینجا، ریزپردازنده باید بتواند کنترل کند که هد چاپ جوهر را در جایی که لازم است تخلیه کند. برای انجام این کار، نیاز به بازنگری فایل های مختلف داده شده به آن و درک فونت و گرافیک دارد.

زمان قابل توجهی از CPU برای پردازش داده ها صرف می شود. همچنین باید ورودی های کاربر، موتورهای کنترلی و غیره را کنترل و پردازش کند.

انواع سیستم های جاسازی شده

  1. زمان واقعی سیستم های جاسازی شده (Real-Time Embedded Systems)

سیستم‌های تعبیه‌شده بلادرنگ برای پاسخگویی به ورودی در یک بازه زمانی خاص طراحی شده‌اند. این سیستم ها در طیف وسیعی از کاربردها از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا ماشین آلات صنعتی استفاده می شوند.

نمونه‌هایی از سیستم‌های تعبیه‌شده بلادرنگ شامل سیستم‌های خودرو، دستگاه‌های پزشکی و سیستم‌های کنترل صنعتی است.

  1. سیستم های جاسازی شده تحت شبکه (Networked Embedded Systems)

سیستم های تعبیه شده تحت شبکه برای برقراری ارتباط با سایر سیستم ها از طریق شبکه طراحی شده اند.

این سیستم ها در کاربردهای مختلفی مانند اتوماسیون خانگی، سیستم های امنیتی و کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند.

نمونه هایی از سیستم های تعبیه شده تحت شبکه عبارتند از: روترهای بی سیم، حسگرهای بی سیم و محرک های بی سیم.

  1. سیستم های جاسازی شده پوشیدنی (Wearable Embedded Systems)

سیستم‌های تعبیه‌شده پوشیدنی برای پوشیدن روی بدن و تعامل با محیط طراحی شده‌اند.

این سیستم ها در کاربردهای مختلفی مانند ردیاب های تناسب اندام، دستگاه های پزشکی و هدست های واقعیت مجازی استفاده می شوند.

نمونه‌هایی از سیستم‌های تعبیه‌شده پوشیدنی شامل ساعت‌های هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام و هدست‌های واقعیت افزوده است.

  1. سیستم های تعبیه شده خودمختار (Autonomous Embedded Systems)

سیستم های تعبیه شده خودمختار طوری طراحی شده اند که بدون دخالت انسان عمل کنند.

این سیستم ها در کاربردهای مختلفی مانند ربات ها، وسایل نقلیه خودران و هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می شوند.

نمونه هایی از سیستم های تعبیه شده خودمختار شامل بازوهای رباتیک، خودروهای خودران و هواپیماهای بدون سرنشین است.

 مصرف انرژی در سیستم‌های تعبیه‌شده

با نگاهی به تاریخچه تکنولوژی، می‌بینیم که بهره‌وری پردازنده‌ها در هر نسل جدید، با افزایش نرخ ساعت بهبود پیدا کرده است.

اما افزایش انرژی مصرفی و تراکم حرارتی مانع از این قضیه شده و سبب شده که نرخ ساعت پردازنده‌ها تقریبا از حرکت بایستد.

همواره یک تقاضای همیشگی برای بهره‌وری محاسباتی بیشتر، در عین حال مصرف انرژی کمتر، در پردازنده‌های مدرن امروزی وجود دارد.

بهتر شدن در عملکرد و توان، نتنها به برنامه‌های کاربردی اجازه می‌دهد که سریع‌تر اجرا شوند، در عین حال که انرژی کمتری را مصرف می‌کنند، بلکه آن‌ها را قادر می‌سازند .

که برنامه‌های کاربردی جدیدی را که قبلا به هیچ عنوان درنظر گرفته نمی‌شدند را هم پوشش دهند.

به عنوان مثال انجام بازی‌های سه‌بعدی، داشتن یک مرورگر وب در حد اندازه‌های مرورگرهای رایانه‌های رومیزی و ضبط ویدئوهایی با کیفیت فوق العاده بالا تا ده سال پیش بروی تلفن‌های همراه امکان‌پذیر نبود .

افزایش کاربرد پردازنده‌های تعبیه‌شده در سیستم‌های سیار و قابل‌حمل مانند تلفن‌های همراه باعث شده‌است.

مصرف انرژی به عنوان یکی از مهمترین محدودیت‌های طراحی سیستم‌های تعبیه‌شده مطرح شود. بسیاری از این سیستم‌ها انرژی موردنیاز خود را از طریق باطری تامین می‌کنند.

به‌علاوه در بسیاری از موارد تعویض و یا شارژ باطری در محیط عملیاتی سیستم‌های تعبیه‌شده با دشواری همراه است.

در این گونه سیستم‌ها استفاده از روش‌های کاهش مصرف انرژی برای بالا بردن طول عمر باطری ضروری است .

یک حقیقت مهم در اینجا این است که پیشرفت در تکنولوژی باطری‌ها بسیار آهسته‌تر از پیشرفت در سرعت انجام محاسبات و پردازش و در نتیجه آن، مصرف انرژی بیشتر در پردازنده‌ها بوده‌است .

با توجه به این دلایل و برای بهبود کارایی سیستم‌های تعبیه‌شده مدرن، سیستم احتیاج دارد تا توان محاسباتی بیشتری را فراهم کند و در عین حال که کارایی حفظ شده، توان مصرفی را هم کاهش بدهد. یکی از راه‌های ممکن برای کاهش مصرف انرژی و در عین حال افزایش بهروری، اختصاص دادن موثر وظایف بین هسته‌های پردازنده می‌باشد، که در این پژوهش، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های ما می‌باشد.

نتیجه

سیستم های جاسازی شده به یک گروه سخت افزاری و نرم افزاری اطلاق می شود که مسئول اجرای مجموعه ای از توابع / قوانین است.

آنها در همه جا در الکترونیک یافت می شوند و می توانند به تنهایی یا بخشی از یک سیستم بزرگتر عمل کنند.

در این مقاله، ما همچنین سه گروه عملکردی مختلف را برای سیستم‌های جاسازی شده بررسی کردیم: تلفن همراه، شبکه و بلادرنگ.

 

منابع

Mimtech

Behsoftco

rahaco.net

javan-electronic

virgool.io

payandaneshjo

 

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *