Embedded System là hệ thống nhúng mà trong đó các thành phần của nó được sắp xếp và hoạt động dựa vào một nguyên tắc được xác định cụ thể. Đây được xem là một trong những phương pháp giúp cá nhân, doanh nghiệp có thể tổ chức công việc một cách hiệu quả. Để tìm hiểu về Embedded là gì, hãy cùng LPTech xem qua thông tin có trong bài viết bên dưới đây bạn nhé. 

Khái niệm Nhúng (Embedded) là gì?

Nhúng (Embedded) là một thuật ngữ dùng để chỉ việc tích hợp một hệ thống, thường là một hệ thống máy tính nhỏ gọn, vào bên trong một thiết bị hoặc hệ thống lớn hơn để thực hiện một chức năng cụ thể. Hệ thống này được thiết kế để hoạt động tự động, thường không cần sự can thiệp trực tiếp của người dùng.

Embedded System là gì?

Embedded Systems hay thường còn được gọi với cái tên quen thuộc là hệ thống nhúng. Đây là một loại phần mềm đặc biệt được viết ra dựa trên sự kết hợp giữa tính tùy biến cao của phần mềm và phần cứng với kiến trúc chuyên dụng. Không giống như phần mềm mà ta hay sử dụng như Zalo, Microsoft Offic, ... hệ thống nhúng phản hồi với thời gian thật trong môi trường có thật như máy móc, động cơ, đèn tín hiệu,...

Hệ thống nhúng có thể là một hệ thống độc lập hoặc là một phần trong hệ thống lớn. Do vậy, tùy trường hợp mà embedded system sẽ được thiết kế với chỉ một hoặc là nhiều chức năng. 

Embedded Software là gì?

Phần mềm nhúng (embedded software) là một hệ thống nhúng được tích hợp vào bên trong một thiết bị khác để thực hiện một hoặc nhiều chức năng cụ thể. 

Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao chiếc điện thoại thông minh của bạn có thể thực hiện hàng tá tác vụ khác nhau, từ gọi điện, nhắn tin đến chơi game và chụp ảnh? Hay chiếc xe hơi của bạn có thể tự động điều chỉnh tốc độ, bật đèn khi trời tối? Đó chính là nhờ vào những embedded software bên trong chúng.

Phần mềm nhúng là một thành phần không thể thiếu trong thiết kế app hiện đại. Nó cung cấp nền tảng phần mềm cho các thiết bị, cho phép chúng tương tác với thế giới vật lý và thực hiện các chức năng phức tạp. Nhờ có phần mềm nhúng, các ứng dụng ngày càng trở nên thông minh, tiện lợi và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng.

Lịch sử hình thành của Embedded Systems

Hệ thống nhúng đầu tiên được sản sinh ra là tại MIT trong một thí nghiệm xây dựng hệ thống để hướng dẫn tên lửa Apollo trước khi nó được phóng lên mặt trăng. Kể từ đó lịch sử hình thành và phát triển của Embedded Systems đã trải qua nhiều cột mốc quan trọng:

• Năm 1960: Xuất hiện hệ thống nhúng đầu tiên, nó được dùng để xây dựng hệ thống hướng dẫn Apollo của Charles Stark Draper tại MIT.
• Năm 1965: Autonetics đã tạo nên D-17B, máy tính được dùng trong hệ thống dẫn đường tên lửa Minuteman.
• Năm 1968: Xuất hiện Embedded Systems đầu tiên được dùng cho một chiếc xe. 
• Năm 1971: Bộ vi điều khiển đầu tiên được Texas Instruments phát triển. 
• Năm 1987: Wind River phát hành hệ điều hành nhúng đầu tiên VxWorks.
• Năm 1996: Windows của Microsoft được nhúng CE.
• Năm 1990: Hệ thống Linux nhúng lần đầu tiên được xuất hiện. 
• Năm 2013: Thị trường nhúng đạt mức 140 tỷ đô.
• Năm 2030: Các nhà khoa học dự đoán là thị trường nhúng sẽ đạt được hơn 40 tỷ đô la.

Đặc điểm của Embedded System là gì?

Hệ thống nhúng có 3 đặc điểm chính là được thiết kế để đảm bảo thực hiện các nhiệm vụ cụ thể với yêu cầu cao về thời gian thực, độ tin cậy và hiệu suất:

Embedded System được thiết kế với mục đích là thực hiện những tác vụ chuyên dụng cho một nhiệm vụ nhất định. Thường thì hệ thống nhúng sẽ yêu cầu tính hoạt động theo thời gian thực, điều này sẽ giúp đảm bảo được tính an toàn và ứng dụng. Đồng thời, nó cũng sẽ không yêu cầu ràng buộc chặt chẽ, góp phần vào việc giúp đơn giản hóa phần cứng và giảm chi phí cho việc sản xuất.

Hệ thống nhúng có yêu cầu về chất lượng, đặc biệt là về tính ổn định và độ tin cậy. Vì những lỗi xuất hiện trên hệ thống nhúng có thể gây ra những tại nạn khá nghiêm trọng và thậm chí có thể không thể sửa chữa được. Chính vì điều này nên trong quá trình phát triển hệ thống nhúng cần buộc phải có một quy trình kiểm tra và kiểm thử nghiêm ngặt.

Embedded System tương tác với thế giới bên ngoài thông qua khá nhiều cách, bao gồm cảm nhận từ môi trường và tác động trở lại với môi trường, đồng thời thì tốc độ tương tác phải đáp ứng được với thời gian thực. Góp phần tạo nên hiệu suất hoạt động ổn định, giúp mang đến một trải nghiệm dùng tốt cho người sử dụng. 

Ưu điểm và nhược điểm của Embedded System

Hệ thống nhúng là một công nghệ cốt lõi đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Nhờ có hệ thống nhúng, các thiết bị điện tử ngày càng trở nên thông minh và tiện lợi hơn:

Ưu điểm của Embedded System

Hệ thống nhúng mang lại rất nhiều lợi ích cả về mặt hiệu suất và chi phí, cụ thể:

• Dùng được trong nhiều môi trường khác nhau. ssh
• Hệ thống nhúng có ít kết nối, kích thước nhỏ và độ tin cậy cao.
• Khả năng hoạt động nhanh chóng.
• Ít gặp vấn đề về lỗi mã hóa đơn.
• Giúp giảm chi phí tổng thể vì embedded system có thể đơn giản hóa phần cứng.
• Đem đến hiệu suất hoạt động cao với mức năng lượng thấp.
• Hệ thống nhúng được đánh giá là hữu ích với các ứng dụng sản xuất hàng loạt.
• Có khả năng tối ưu hóa trong việc dùng các tài nguyên trong hệ thống.
• Hệ thống thường sẽ yêu cầu tính hoạt động thời gian thực, mục đích là để đảm bảo tính an toàn và tính ứng dụng. 
• Hệ thống nhúng được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó. 
• Có chi phí thấp và tiêu thụ ít lượng điện năng. 
• Hệ thống nhúng không cần dùng đến bất kỳ bộ nhớ phụ nào ở bên trong máy tính.

Nhược điểm của Embedded System

Tuy vậy, trong hệ thống nhúng vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế cần phải khắc phục ttrước khi có thể sử dụng rộng rãi:

• Cần phải có nỗ lực cao và thời gian dài thì mới có thể phát triển hệ thống nhúng và đưa nó ra thị trường.
• Embedded System thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nên việc lập trình để nó làm những nhiệm vụ khác nữa là khá khó.
• Tài nguyên bộ nhớ của hệ thống này khá hạn chế.
• Thường không có thêm những cải tiến công nghệ mới. 
• Việc sao lưu các tệp nhúng khá khó. 

Vì sao hệ thống nhúng lại cần hoạt động thời gian thực?

Để hiểu rõ hơn về lý do này, hãy tưởng tượng bạn đang lái một chiếc xe ô tô tự lái. Khi bạn đạp phanh, bạn mong muốn chiếc xe sẽ dừng lại ngay lập tức, chứ không phải sau vài giây. Hoặc khi bạn đang điều khiển một máy bay không người lái, nó cần phải phản ứng nhanh với các thay đổi của môi trường để tránh va chạm.

Đó chính là lý do tại sao các hệ thống nhúng, đặc biệt là những hệ thống liên quan đến an toàn và kiểm soát, cần phải hoạt động thời gian thực. Các hệ thống nhúng thời gian thực giúp các thiết bị hoạt động mượt mà, không bị giật lag, đáp ứng nhanh các yêu cầu của người dùng.  Để đáp ứng những yêu cầu khắt khe này, các nhà phát triển phần mềm đã tạo ra một loại hệ điều hành đặc biệt, được gọi là hệ điều hành thời gian thực (RTOS - Real-time Operating System)

RTOS hoạt động như thế nào?

RTOS (Real-time Operating System) là hệ điều hành thời gian thực, được thiết kế để dành riêng cho việc quản lý các tài nguyên hệ thống và đảm bảo các tác vụ được thực hiện đúng thời hạn.

RTOS sử dụng các thuật toán lập lịch để xác định thứ tự thực hiện các tác vụ, ưu tiên các tác vụ quan trọng và đảm bảo rằng các tác vụ thời gian thực được thực hiện đúng hạn.

RTOS có những loại phổ biến nào?

RTOS bao gồm 2 loại chính là RTOS thương mại và RTOS mã nguồn mở.

RTOS thương mại bao gồm: VxWorks và QNX Neutrino. VxWorks được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, hàng không vũ trụ. Trong khi QNX Neutrino được sử dụng trong các hệ thống nhúng đòi hỏi độ tin cậy cao, như hệ thống điều khiển ô tô. 

RTOS mã nguồn mở bao gồm: RT-Thread và Zephyr Project. RT-Thread là RTOS mã nguồn mở phổ biến ở Trung Quốc, được sử dụng trong nhiều ứng dụng IoT. Trong khi đó Zephyr Project được phát triển bởi Linux Foundation và được thiết kế cho các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế.

Cấu trúc của Embedded System

Embedded System có cấu trúc như sau:

• Sensor: Đây là cảm biến đo đại lượng vật lý và giúp chuyển nó thành tín hiệu điện, thực hiện việc lưu trữ số lượng đã đo được vào trong bộ nhớ. Tín hiệu này có thể được tạo ra từ bộ chuyển đổi A2D.
• A-D Converter: Bộ chuyển đổi AD giúp bạn chuyển đổi tín hiệu tương tự do cảm biến gửi thành tín hiệu số.
• Memory: Bộ nhớ giúp lưu trữ thông tin.
• Processor & ASIC: Thực hiện xử lý dữ liệu, đo kết quả đầu ra và lưu vào trong bộ nhớ.
• D-A Converter: Bộ chuyển đổi DA có tác dụng trong việc giúp chuyển đổi dữ liệu số thành dữ liệu tương tự. 
• Actuator: Thực hiện việc so sánh đầu ra do bộ chuyển đổi DA với đầu ra thực tế được lưu trữ. Đồng thời, lưu trữ đầu ra được duyệt bên trong bộ nhớ.

Ứng dụng của Embedded System

Hệ thống nhúng được ứng dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Một số ứng dụng nổi bật của Embedded System có thể kể đến như sau:

• Trong các thiết bị y tế: Hệ thống nhúng được trang bị trong máy thẩm thấu, máy điều hòa nhịp tim, máy hút phổi tự động, máy điều chỉnh dịch tử cung,...
• Các thiết bị dân dụng: Tủ lạnh, lò vi sóng, lò nướng, nồi chiên, máy giặt, máy sấy,... Embedded System giúp các thiết bị tăng hiệu suất, tiết kiệm điện năng,...
• Thiết bị văn phòng: Máy fax, máy in, máy photocopy, máy quét, máy trả lời tự động,... Embedded System giúp tăng khả năng xử lý thông tin, tăng kết nối mạng, tăng hiệu suất làm việc,...
• Thiết bị kết nối internet: Router, hub, gateway, bộ chuyển đổi mạng,... Embedded System mang đến kết nối mạng ổn định và an toàn hơn.
• Các thiết bị điện tử: Đồng hồ kỹ thuật số, máy nghe nhạc mp3, điện thoại di động, máy tính bảng,... Embedded System mang đến các tính năng thông minh, tăng hiệu suất và tiết kiệm điện. 
• Trong công nghiệp: Embedded System được ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động và trong các robot công nghiệp. Góp phần giúp điều khiển và theo dõi những quy trình tự động để tăng tính an toàn và đảm bảo chất lượng.
• Hệ thống dẫn đường không gian, hệ thống thông tin địa lý, hệ thống định vị: Embedded System sẽ giúp điều hướng, định vị không gian, cung cấp thông tin về vị trí,...
• Trong IoT: Hệ thống nhúng là cốt lõi của Internet of Things (IoT), đóng vai trò như những "bộ não" điều khiển và kết nối các thiết bị vật lý.

Bài viết trên vừa cho bạn biết được Embedded là gì cùng những thông tin quan trọng khác về hệ thống nhúng. Hy vọng thông tin này sẽ hữu ích với bạn, giúp bạn có được trải nghiệm dùng hệ thống nhúng được hiệu quả hơn. Nếu cần tìm kiếm những thông tin quan trọng khác, hãy xem những bài viết khác của LPTech bạn nhé.