سیستم های تعبیه شده چیست | کاربردهای سامانه نهفته

سیستم های تعبیه شده چیست | کاربردهای سامانه نهفته

در این پست قصد داریم تا دانش شما را در زمینه هوش مصنوعی بالابرده و یکی از مباحث مهم این رشته جدید و مدرن را برای شما معرفی کرده و توضیح دهیم. این مبحث را با نام embedded systems یا سیستم های تعبیه شده یا سامانه نهفته میشناسند. اما سیستم های تعبیه شده چیست ؟ برای پاسخ به این سوال با ما همراه باشید.

سیستم های تعبیه شده چیست

سامانه نهفته یا سیستم های تعبیه شده چیست ؟

یک سیستم تعبیه شده ترکیبی از سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر است که میتواند دارای حافظه ای ثابت یا قابل برنامه ریزی باشد. این سیستم یا سامانه نهفته برای یک تابع یا عملکرد خاص یا برای توابعی درون یک سیستم بزرگتر طراحی شده است. ابزار زیر، مکانهای ممکن برای استفاده از این سامانه نهفته میباشند:

کاربردهای سامانه نهفته

1- ماشین الات صنعتی و کشاورزی

2- وسایل و ابزار صنعت پردازش

3- اتومبیلها

4- تجهیزات پزشکی

5- دوربینهای عکاسی و فیلم برداری

6- لوازم خانگی

7- هواپیماها

8- اسباب بازیها

9- و خصوصا سیستمهای موبایل

بهترین مکان هایی هستند که سیستم های تعبیه شده یا سامانه نهفته قابلیت استفاده در آنها را دارند.

اما کار سیستم های تعبیه شده چیست و چه عملکردی دارند؟

عملکرد سامانه نهفته

این سیستمها، سیستمهایی محاسباتی هستند. اما میتوانند رابطهای کاربری(UI) متغیری را داشته باشند. مثلا برای ابزارهایی که دارای یک وظیفه و کار واحد باشند یا رابطهای کاربری گرافیکی(GUI) پیچیده مثل موبایل مورد استفاده قرار میگیرند.

رابطهای کاربری میتوانند شامل دکمه ها، LED ها، صفحه های و حسگرهای لمسی و … شوند. بعضی از سیستمها نیز از رابطهای کاربری از راه دور استفاده میکنند.

تاریخچه سیستم های تعبیه شده چیست ؟

تاریخ وجود سامانه نهفته یا embedded system به سال 1960 میلادی برمیگردد. Charles Stark در سال 1961 با گسترش مدارهای مجتمع(IC) سعی در کاهش اندازه و وزن کامپیوتر آپولو داشت. او این سیستم دیجیتال را روی ماژول فرمان کامپیوتر آپولو نصب کرد. این مدارات مجتمع نصب شده روی کامپیوتر فضاپیمای آپولو باعث شد تا فضا نوردان مدت زمان حقیقی پرواز خود را جمع آوری کرده و داشته باشند.

حتما بخوانید:  یادگیری ماشین چیست و چه کاربردهایی دارد؟

فضاپیمای آپولو

در سال 1965 یک سیستم هدایت موشک تحت عنوان D-17B که در موشکمورد استفاده قرار گرفته بود، در یکی از هواپیماهای شرکت بویینگ مورد استفاده قرار گرفت. استفاده از این سیستم توسط شرکت بویینگ بعنوان اولین استفاده سیستم های تعبیه شده یا سامانه نهفته، بصورت تولید انبوه شناخته میشود.

وقتی تصمیم بر ساخت Minuteman2 گرفته شد، D-17B جای خودش را به سیستم هدایت موشک NS-17 داد که به عنوان یک استفاده با ظرفیت بالا از مدارات مجتمع شناخته شد.

موشک Minuteman2

 

اولین سامانه نهفته در وسابل نقلیه

اولین سیستم تعبیه شده در سال 1968 به عنوان میکروپروسسور، در ساخت Volkswagen 1600 مورد استفاده قرار گرفت. کاربرد این میکروپروسسور کنترل تزریق سوخت بصورت الکترونیکی بود.

اگر کمی جلوتر برویم به ساخت سیستم عاملها برای کامپیوترها میرسیم. در سال 1978 اولین سیستم عامل توسط شرکت مایکروسافت تحت عنوان VxWorks به بازار آمد که اولین سیستم عاملی بود که در آن از سیستم های تعبیه شده استفاده شده بود. با کمی پیشرفت در این زمینه و ایجاد رقابت بین شرکتهای معتبر و بزرگ دنیا در سال 1990 سیستم عامل دیگری که از سامانه نهفته در ساخت آن استفاده شده بود تحت عنوان Linux روانه بازار شد. امروزه از Linux برای تمامی ابزاری که دارای سامانه نهفته میباشند استفاده میشود.

حتما بخوانید:  منحنی راک چیست | ویژگی های منحنی ROC

سخت افزار سیستم های تعبیه شده(مبتنی بر میکروپروسسور و میکرو کنترلر)

سخت افزار سیستم های تعبیه شده چیست

سخت افزار یک سیستم تعبیه شده میتواند بر اساس میکروپروسسور یا میکروکنترلر باشد. به عبارت دیگر ICها یا مدارات مجتمع قلب یک سیستم محسوب میشوند و بطور کلی برای این طراحی شده اند تا سرعت محاسبات را بالا برده و زمان انجام عملیات را کاهش دهند. تفاوت این دو یعنی میکروپروسسورها و میکروکنترلرها تقریبا غیرقابل تشخیص است اما این نکته در آنها مشهود است:

میکروکنترلرها در سیستم های تعبیه شده

هنگامی از میکروپروسسورها در ساخت CPU استفاده میشود، به سایر اجزا و المانها همانند تراشه های حافظه وابستگی و نیاز پیدا میشود. اما سیستم های طراحی شده بر اساس میکروکنترلرها سیستمهایی مستقل و خود محور هستند.

میکروکنترلرها نه تنها CPU، بلکه حافظه، لوازم جانبی مانند فلش مموری ها، RAM یا حتی پورتهای ارتباطی سریال را نیز شامل میشوند. این بدین خاطر است که میکروکنترلرها تمایل به پیاده سازی کامل در تمام اجزاء یک سیستم را دارند(منظور سیستمی است که قدرت کمی داشته باشد). آنها بطور مکرر در فعالیتها و عملیات پیچیده مورد استفاده قرار میگیرند. برای مثال میتوان کاربرد میکروکنترلرها را در موار زیر دید:

1- وسایل نقلیه

2- رباتها

3- تجهیزات پزشکی

4- لوازم خانگی و …

اما در کاربرد میکروکترلرها در بالاترین سطح میتوان به استفاده آنها به عنوان یک سستم کامل روی یک تراشه(SoC) اشاره کرد.

بازار سخت افزار سیستم های تعبیه شده

میزان استفاده از این سخت افزارها در بازار سیستمهای تعبیه شده در سال 2013 چیزی بالغ بر 140 میلیارد دلار تخمین زده شده است. آمارهای بسیاری نشان میدهند که این میزان استفاده در سال 2020 به بیش از 200 میلیارد دلار برسد. شرکتهای بیشماری در این زمینه فعالیت میکنند. اما شرکتهایی که نبض این بازار را در دست گرفته اند شرکتهای Apple، IBM، Intel و Texas هستند.

حتما بخوانید:  مهندسی ویژگی چیست و چه تکنیک هایی دارد؟

نرم افزار سیستم های تعبیه شده چیست

نرم افزار سیستم های تعبیه شده چیست

اما نرم افزار سامانه نهفته یا سیستم های تعبیه شده چیست ؟

معمولا سیستم های تعبیه شده از پلت فرمها و سیستم عاملهای متناسب با استفاده خودشان بهره میبرند. در تراشه های با ظرفیت و سطح بالا، مانند SoCها، طراحان اکثرا بر این عقیده دارند که سیستمها به اندازه کافی پرسرعت باشند و زمان واکنش آنها بسیار پایین باشد. بنابراین آنها بهترین گزینه را استفاده از ورژنهای مختلف سیستم عامل Linux میدانند. با این وجود از سیستم عاملهای دیگر مانند جاوا و ویندوز نیز استفاده میشود.

سیستم های تعبیه شده، پایه و اینترنت اشیاء(IOT)

ارتباط اینترنت اشیاء و سیستم های تعبیه شده

سیستم های تعبیه شده کارهای ساده را نسبتا راحت انجام میدهند. اما با رشد تکنولوژی و تغییر خواسته ها و تصمیمهای بشر، انسانها میخواهند این سیستمها را در مواردی بکار گیرند که از توان بشر خارج است. آنها خواستار اینند که این سیستمها کاری فراتر از توان آنها انجام دهند. این خواسته در برخی از زمینه ها محقق شده است. برای مثال در زمینه هوانوردی از این سامانه نهفته در ساخت هواپیماهای بدون سرنشین استفاده شده است. این پهبادها توان جمع آوری اطلاعات را فراتر از توان انسان دارند.

با پیشرفت علم در زمینه اینترنت اشیاء، سیستم های تعبیه شده نیز بسیار کاربردی تر خواهند شد. امروزه دانشمندان سعی در استفاده از این سیستمها در موارد زیر را دارند:

کاربرد سامانه نهفته در اینترنت اشیاء

1- ساخت خانه کاملا هوشمند

2- پرینترهای سه بعدی

3- نظارت تصویری

4- پوشاک

5- حمل و نقل

امیدواریم از این مطلب لذت برده باشید.

پاسخی بگذارید

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

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.