Hệ thống nhúng là gì?

Hệ thống nhúng là một hệ thống được tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các nhiệm vụ chuyên biệt và được nhúng vào trong một hệ thống điện lớn hơn.

Chúng có thể được tìm thấy trong nhiều loại thiết bị điện thông thường, chẳng hạn như máy giặt, điện thoại và đồ chơi – và ngay trong cả thiết bị y tế như máy ghi ECG.
Hệ thống nhúng thường hoạt động dựa trên vi điều khiển, nhưng được sử dụng chủ yếu dựa trên bộ vi xử lý.

Sự khác biệt cơ bản là các bộ vi xử lý chỉ chứa CPU – chúng không có RAM hoặc ROM sẵn có, vì vậy phải gắn thêm vào bên ngoài. Ngược lại vi điều khiển là bộ phận cấp trên trong ý nghĩa rằng nó có một CPU cũng như một số lượng RAM và ROM nhất định.

Điều quan trọng là các hệ thống nhúng rất đáng tin cậy vì các vấn đề với hệ thống nhúng có thể gây hậu quả nghiêm trọng về hệ thống lớn hơn mà nó thuộc về và không phải lúc nào cũng có thể truy cập được vào hệ thống nhúng, tùy thuộc vào ứng dụng.

Có một số loại hệ thống nhúng, chẳng hạn như các hệ thống độc lập không yêu cầu máy chủ – ví dụ như bảng điều khiển trò chơi điện tử. Các hệ thống nhúng thời gian thực, chạy các tác vụ cụ thể trong các khung thời gian cụ thể. Các hệ thống nhúng mạng được kết nối với mạng. Và, các hệ thống nhúng di động, có thể được tìm thấy trong các thiết bị di động, như tên gọi của nó.

Các tính năng chính của một hệ thống nhúng

Mặc dù nói chung, các hệ thống nhúng chỉ được thiết kế để thực hiện một chức năng rất tốt và thường chỉ được yêu cầu lặp lại chức năng này lặp đi lặp lại, ngày-trong-ngày, một số hệ thống nhúng có thể được thiết kế để kiểm soát toàn bộ hệ điều hành.

Nhưng ngay cả đây là một chức năng với rất ít – chúng sẽ rất hiếm khi được mong đợi để làm bất cứ điều gì hơn và do đó điều này làm cho chúng đáng tin cậy hơn bằng cách sử dụng một thành phần biến.

Các hệ thống nhúng có vai trò vô cùng quan trọng và vì được nhúng, các hệ thống không thể thay thế được. Điều này thể hiện tầm quan trọng của nó. Nếu không cần thiết cho hoạt động của toàn bộ hệ thống, chúng sẽ là mô-đun và có thể được hoán đổi để kích hoạt các chức năng hoặc quy trình mới.

Các đặc tính khác của một hệ thống nhúng là chúng phản ứng rất nhanh, giao tiếp thông qua các cảm biến hoặc các bộ truyền động. Nếu không cung cấp phản hồi đúng trong thời gian thực, phản hồi được coi là không chính xác và hệ thống sẽ không hoạt động.

Ví dụ về các hệ thống nhúng

Hầu như mọi thiết bị cơ khí sẽ có một hệ thống nhúng bên trong nó, bao gồm đồng hồ, xe hơi, lò vi sóng, thiết bị báo cháy hoặc máy giặt. Chúng cũng thường được sử dụng trong các thành phần CNTT, chẳng hạn như bộ định tuyến và công tắc.

Những lợi ích của một hệ thống nhúng là gì?

Bởi vì các hệ thống nhúng thường chỉ có một chức năng, chúng có thể hoạt động với mức tiêu thụ điện năng rất ít và có thể phù hợp với một không gian nhỏ so với các thành phần khác. Với giá thành rất rẻ, hệ thống nhúng trở thành giải pháp hữu hiệu để kiểm soát các thiết bị.

Các hệ thống nhúng cũng rất ít cần bảo trì, hiếm khi cần bất kỳ thay đổi phần cứng hoặc lập trình nào. Chính vì lý do này nên rất dễ dàng tích hợp vào các thiết bị không cần dịch vụ người dùng cuối.

Bởi vì hệ thống chỉ cần hoàn thành một nhiệm vụ, nên các hệ thống nhúng rất được ưa chuộng để sử dụng trong các thiết bị không cần cập nhật để hoạt động hiệu quả. Ví dụ, một tỷ lệ lớn các hệ thống giải trí máy bay sử dụng các hệ thống nhúng có thể chạy Windows XP lâu hơn nhiều so với máy tính xách tay, cho đến khi Windows thu hồi lại hỗ trợ.

Những thách thức của một hệ thống nhúng là gì?

Mặc dù các hệ thống nhúng thường được sử dụng, chúng chắc chắn có những hạn chế của chúng. Ví dụ: chúng khó nâng cấp vì chúng – như tên được đề xuất – được nhúng vào giữa máy.
Để thay thế chúng, thiết bị host sẽ cần phải được xây dựng lại, lập trình lại và đặt lại với nhau một lần nữa để đảm bảo hoạt động chính xác. Thông thường, chi phí sẽ được sử dụng hiệu quả hơn khi thay thế toàn bộ thiết bị thay vì trả tiền cho việc bảo trì chuyên sâu.
Điều này cũng có nghĩa là rất khó để giải quyết các vấn đề nếu có sự cố và hệ thống nhúng khó tái lập trình khi tại chỗ. Tuy nhiên, vì các hệ thống nhúng thường được tích hợp cùng với các hệ thống khác, các thành phần có thể làm việc cùng nhau để khắc phục các vấn đề trong các lĩnh vực này, phối hợp để cho ra một cấu trúc mạnh mẽ hơn nhiều.