242
#1
Máy tính nhúng là gì ?
Trước tiên ta cần nhắc lại về khái niệm của hệ thống nhúng là gì ?
Hệ thống nhúng (Embedded System) là một thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hay một hệ thống mẹ. Đó là các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, quan trắc và truyền tin. Đặc điểm của các hệ thống nhúng là hoạt động ổn định và có tính năng tự động hoá cao.
Hệ thống nhúng thường được thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên biệt nào đó. Khác với các máy tính đa chức năng, chẳng hạn như máy tính cá nhân, một hệ thống nhúng chỉ thực hiện một hoặc một vài chức năng nhất định, thường đi kèm với những yêu cầu cụ thể và bao gồm một số thiết bị máy móc và phần cứng chuyên dụng mà ta không tìm thấy trong một máy tính đa năng nói chung. Vì hệ thống chỉ được xây dựng cho một số nhiệm vụ nhất định nên các nhà thiết kế có thể tối ưu hóa nó nhằm giảm thiểu kích thước và chi phí sản xuất. Các hệ thống nhúng thường được sản xuất hàng loạt với số lượng lớn. Hệ thống nhúng rất đa dạng, phong phú về chủng loại. Đó có thể là những thiết bị cầm tay nhỏ gọn như đồng hồ kĩ thuật số và máy chơi nhạc MP3, hoặc những sản phẩm lớn như đèn giao thông, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân. Xét về độ phức tạp, hệ thống nhúng có thể rất đơn giản với một vi điều khiển hoặc rất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiết bị ngoại vi và mạng lưới được nằm gọn trong một lớp vỏ máy lớn.
Cũng tương tự như vậy máy tính nhúng là một thiết bị, một hệ thống được thiết kế để phục vụ cho một yêu cầu, một bài toán, ứng dụng, một chức năng nhất định nào đó và được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiển, quan trắc và truyền tin… Máy tính nhúng sử dụng trong công nghiệp còn được gọi với tên khác là máy tính nhúng công nghiệp.
Đặc điểm của máy tính nhúng
Tính linh hoạt với khả năng kết nối với nhiều loại giao thức khác nhau
Trái ngược với môi trường văn phòng an toàn, nhiệt độ ổn định, các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt cần đến thiết bị có thiết kế cứng vững. Máy tính nhúng cần đến một vỏ bọc kim loại chắc chắn và nhỏ gọn, sử dụng ít cáp (nếu có), và không sử dụng các bộ phận chuyển động như ổ cứng và quạt làm mát. Đặc biệt, ổ cứng thường bị xước hoặc hỏng làm cho việc sử dụng bộ nhớ flash trở thành một lựa chọn lí tưởng. Bên cạnh đó, khả năng chống rung và sốc có thể nâng cao độ ổn định của hệ thống được sử dụng trên xe bus, tàu hỏa, xe tải và các vật thể chuyển động.
Thiết kế dải nhiệt độ rộng
Đây là một nhân tố quan trọng đối với các ứng dụng trong một trường khắc nghiệt, ngoài trời, do nhiệt độ có thể dao động từ thấp -35°C đến cao +70°C.
Bảo vệ cách ly
Thiết bị điện tử có thể được hưởng lợi từ việc sử dụng công nghệ cách li quang học để bảo vệ vòng tiếp đất và các tác nhân gây nhiễu điện khác. Công cụ cách li này hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện sang ánh sáng, tín hiệu mà được truyền qua một khe hở nhỏ trong các thiết bị điện tử. Khi tín hiệu ánh sáng đến mặt bên kia của khe hở, nó được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện. Khe hở được tạo ra trong mạch điện tử thường được đặt giữa bộ truyền và bộ nhận.
Thân thiện với người dùng
Đối với vấn đề thời gian tung ra thị trường, máy tính nhúng cần nhiều hơn như chỉ là một hộp ổ cứng cần cài đặt và cấu hình mở rộng.
Hệ điều hành sẵn sàng hoạt động
Hầu hết các nhà tích hợp hệ thống và những người sử dụng máy tính nhúng khác đều tìm những máy tính với hệ điều hành, drivers, các hệ thống file và các ứng dụng thông thường như Open VPN hay IPsec VPN được cài sẵn.
Chuyển đổi giao thức
Máy tính nhúng phải thường kết nối được với nhiều thiết bị không thường xuyên sử dụng cùng giao thức truyền thông.
Truy cập từ xa
Người quản lí của nhiều hệ thống hiện nay vẫn còn phải đối mặt với thách thức của việc cần phải gửi kỹ sư tại hiện trường tới quản lí máy tính nhúng của mình. Một cách đơn giản để biến thách thức này thành memorable dream là sử dụng máy tính nhúng có thể truy cập từ xa qua Ethernet hay mạng tế bào. Ngoài ra, các công cụ quản lí thiết bị online hiệu quả có thể tiết kiệm hàng giờ của kỹ sư.
Xem thêm bài viết tại:
Máy tính nhúng là gì? Đặc điểm và một vài ứng dụng của máy tính nhúng - Trang thông tin giải pháp công nghệ tự động hóa IoT 4.0
Trước tiên ta cần nhắc lại về khái niệm của hệ thống nhúng là gì ?
Hệ thống nhúng (Embedded System) là một thuật ngữ để chỉ một hệ thống có khả năng tự trị được nhúng vào trong một môi trường hay một hệ thống mẹ. Đó là các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hoá điều khiển, quan trắc và truyền tin. Đặc điểm của các hệ thống nhúng là hoạt động ổn định và có tính năng tự động hoá cao.
Hệ thống nhúng thường được thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên biệt nào đó. Khác với các máy tính đa chức năng, chẳng hạn như máy tính cá nhân, một hệ thống nhúng chỉ thực hiện một hoặc một vài chức năng nhất định, thường đi kèm với những yêu cầu cụ thể và bao gồm một số thiết bị máy móc và phần cứng chuyên dụng mà ta không tìm thấy trong một máy tính đa năng nói chung. Vì hệ thống chỉ được xây dựng cho một số nhiệm vụ nhất định nên các nhà thiết kế có thể tối ưu hóa nó nhằm giảm thiểu kích thước và chi phí sản xuất. Các hệ thống nhúng thường được sản xuất hàng loạt với số lượng lớn. Hệ thống nhúng rất đa dạng, phong phú về chủng loại. Đó có thể là những thiết bị cầm tay nhỏ gọn như đồng hồ kĩ thuật số và máy chơi nhạc MP3, hoặc những sản phẩm lớn như đèn giao thông, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân. Xét về độ phức tạp, hệ thống nhúng có thể rất đơn giản với một vi điều khiển hoặc rất phức tạp với nhiều đơn vị, các thiết bị ngoại vi và mạng lưới được nằm gọn trong một lớp vỏ máy lớn.
Cũng tương tự như vậy máy tính nhúng là một thiết bị, một hệ thống được thiết kế để phục vụ cho một yêu cầu, một bài toán, ứng dụng, một chức năng nhất định nào đó và được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiển, quan trắc và truyền tin… Máy tính nhúng sử dụng trong công nghiệp còn được gọi với tên khác là máy tính nhúng công nghiệp.
Đặc điểm của máy tính nhúng
Tính linh hoạt với khả năng kết nối với nhiều loại giao thức khác nhau
- Giao thức Serial (SCI): RS-232, RS-422, và RS-485 là những giao thức serial tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghiệp.
- Bus Serial đa năng (USB): Mặc dù RS-232/422/485 vẫn là tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghiệp, tuy nhiên USB đang bắt đầu xâm nhập thị trường.
- Kết nối mạng: Ethernet giờ đây đang phổ biến ở môi trường văn phòng và nhà ở, đang được sử dụng ngày càng nhiều hơn trong các hệ thống công nghiệp. Ngoài ra, một số ứng dụng công nghiệp sử dụng giao thức CAN (Control Area Network).
- IO rời rạc: Các hệ thống điều khiển diện rộng ứng dụng rộng rãi công nghệ General Purpose Input/Output (GPIO).
- Chuyển từ Analog sang Digital/ Digital sang Analog (ADC/DAC): Khả năng chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số và ngược lại là một yêu cầu đối với nhiều ứng dụng công nghiệp.
- Giao thức truyền thông không dây: Các ứng dụng công nghiệp trong hệ thống khó kết nối dây có thể phù hợp với việc sử dụng kết nối không dây để truyền dữ liệu qua mạng.
Trái ngược với môi trường văn phòng an toàn, nhiệt độ ổn định, các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt cần đến thiết bị có thiết kế cứng vững. Máy tính nhúng cần đến một vỏ bọc kim loại chắc chắn và nhỏ gọn, sử dụng ít cáp (nếu có), và không sử dụng các bộ phận chuyển động như ổ cứng và quạt làm mát. Đặc biệt, ổ cứng thường bị xước hoặc hỏng làm cho việc sử dụng bộ nhớ flash trở thành một lựa chọn lí tưởng. Bên cạnh đó, khả năng chống rung và sốc có thể nâng cao độ ổn định của hệ thống được sử dụng trên xe bus, tàu hỏa, xe tải và các vật thể chuyển động.
Thiết kế dải nhiệt độ rộng
Đây là một nhân tố quan trọng đối với các ứng dụng trong một trường khắc nghiệt, ngoài trời, do nhiệt độ có thể dao động từ thấp -35°C đến cao +70°C.
Bảo vệ cách ly
Thiết bị điện tử có thể được hưởng lợi từ việc sử dụng công nghệ cách li quang học để bảo vệ vòng tiếp đất và các tác nhân gây nhiễu điện khác. Công cụ cách li này hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu điện sang ánh sáng, tín hiệu mà được truyền qua một khe hở nhỏ trong các thiết bị điện tử. Khi tín hiệu ánh sáng đến mặt bên kia của khe hở, nó được chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện. Khe hở được tạo ra trong mạch điện tử thường được đặt giữa bộ truyền và bộ nhận.
Thân thiện với người dùng
Đối với vấn đề thời gian tung ra thị trường, máy tính nhúng cần nhiều hơn như chỉ là một hộp ổ cứng cần cài đặt và cấu hình mở rộng.
Hệ điều hành sẵn sàng hoạt động
Hầu hết các nhà tích hợp hệ thống và những người sử dụng máy tính nhúng khác đều tìm những máy tính với hệ điều hành, drivers, các hệ thống file và các ứng dụng thông thường như Open VPN hay IPsec VPN được cài sẵn.
Chuyển đổi giao thức
Máy tính nhúng phải thường kết nối được với nhiều thiết bị không thường xuyên sử dụng cùng giao thức truyền thông.
Truy cập từ xa
Người quản lí của nhiều hệ thống hiện nay vẫn còn phải đối mặt với thách thức của việc cần phải gửi kỹ sư tại hiện trường tới quản lí máy tính nhúng của mình. Một cách đơn giản để biến thách thức này thành memorable dream là sử dụng máy tính nhúng có thể truy cập từ xa qua Ethernet hay mạng tế bào. Ngoài ra, các công cụ quản lí thiết bị online hiệu quả có thể tiết kiệm hàng giờ của kỹ sư.
Xem thêm bài viết tại:
Máy tính nhúng là gì? Đặc điểm và một vài ứng dụng của máy tính nhúng - Trang thông tin giải pháp công nghệ tự động hóa IoT 4.0
