Embedded system

استفاده از Embedded system یا سیستم‌های نهفته در سال‌های اخیر گسترش زیادی پیدا کرده است. این سیستم در بخش‌های مختلف زندگی از تلفن‌های همراه گرفته تا ماشین‌ها، لوازم خانگی و تجهیزات ویدیویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به همین دلیل آموزش Embedded System و یادگیری مهارت طراحی و برنامه نویسی سیستم‌های نهفته آینده شغلی خوبی را در پی دارد. برای یادگیری این مهارت باید موارد مختلفی را یاد بگیرید که از مهمترین آن‌ها می‌توان به برنامه نویسی c و آشنایی با مفاهیم پردازنده، میکروکنترلر و آردوینو اشاره کرد.

امبدد سیستم چیست؟

Embedded system (امبدد سیستم) سیستم‌های کامپیوتری هستند که عملکرد و هدف مخصوص دارند. در واقع، سیستم‌های امبدد رایانه‌های کوچک، کم مصرف و کم هزینه‌ای هستند که یک یا چند هدف را انجام می‌دهند. به طور مثال، ECU خودروها یک سیستم نهفته است که قسمت‌های مختلفی خودرو را کنترل می‌کند. اصلی‌ترین تفاوت Embedded با کامپیوترهای عمومی، در انجام وظایف مختلف است. به طوری که کامپیوترهای عمومی قابلیت انجام کارهای مختلف را دارد. اما سیستم امبدد برای یک عملکرد مخصوص برنامه‌ریزی می‌شود.

دقت داشته باشید که برخی از سیستم‌های امبدد مثل تلفن همراه دارای رابط کاربری هستند. اما برخی دیگری نیازی به رابط ندارند و به صورت خودکار کارها را انجام می‌دهند. از آنجایی که این سیستم‌ها منابع محدودی را در اختیار دارند، آموزش Embedded system و نوشتن برنامه برای آن نیاز به دانش تخصصی در زمینه سخت افزار و نرم افزار دارد. سیستم عاملی هم که برای این سیستم در نظر می‌گیرند، نسخه سبک لینوکس (Embedded linux) است. 

ویژگی‌های امبدد سیستم

وجود ویژگی‌های مختلف در سامانه‌های نهفته باعث شده تا آموزش Embedded System اولویت اصلی بسیاری از افراد قرار بگیرد. برخی از این ویژگی‌ها عبارتند از:

• مصرف انرژی کم
• قیمت مقرون به صرفه و کاهش هزینه‌های ساخت و تولید
• توانایی پردازشی خوب
• طول عمر بالا  عدم نیاز به بروزرسانی‌های مداوم

آشنایی با کاربردهای آموزش Embedded system

امبدد سیستم در مصارف مختلفی کاربرد دارد که در ادامه به بررسی مهمترین آن‌ها خواهیم پرداخت.

1. ساخت لوازم الکترونیکی

در تولید و ساخت لوازم الکترونیکی از جمله لباسشویی، ظرفشویی، ماکروویو، دوربین دیجیتال، تلفن همراه، کنسول بازی و ردیاب از سیستم‌های نهفته برای افزایش کارایی، راندمان و انعطاف‌پذیری استفاده می‌کنند. به طور مثال Embedded system را در کولرها برای کنترل دما و افزایش بازدهی به کار می‌برند. با اینکار دما به صورت خودکار با توجه به روز یا فصل تنظیم می‌شود.

2. تجهیزات پزشکی

با آموزش Embedded system کار دیگری که می‌توانید انجام دهید، تولید تجهیزات پزشکی است. از این سیستم برای انجام معاینات داخلی و کنترل علائم حیاتی استفاده می‌کنند. از جمله تجهیزات پزشکی دارای سیستم نهفته می‌توان به PET، MRI و CT اشاره کرد.

3. سیستم‌های امنیتی

علاوه بر کاربردهای مطرح شده در بالا، با ‌ آموزش سیستم دیجیتال امکان ساخت سیستم‌های امنیتی نیز وجود دارد. به طور مثال در سیستم‌های هشدار حریق از امبدد برای شناسایی دود و حریق استفاده می‌کنند. 

4. سیستم‌های حمل و نقل

کاربرد دیگر آموزش Embedded system در سیستم‌های حمل و نقل از هواپیماها گرفته تا خودروها است. در هواپیماهای جدید از این تجهیزات در گیرنده‌های GPS و سیستم‌های ناوبری استفاده می‌کنند. همچنین در خودروها نیز امبدد سیستم برای افزایش بازدهی و کاهش میزان آلودگی کاربرد دارد.

برای آموزش سیستم های نهفته چه چیزهایی را باید بدانیم؟

برای متخصص شدن در این زمینه باید به مفاهیم زیر تسلط پیدا کنید.

• میکروکنترلرها: این قطعه وظیفه کنترل بخش‌های مختلف سیستم‌های امبدد را بر عهده دارد. میکروکنترلر انواع مختلفی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به میکروکنترلر STM32، میکروکنترلر AVR و میکروکنترلر x-mega اشاره کرد. هر کدام از این قطعه‌ها وظیفه خاصی را انجام می‌دهند. به طور مثال AVR نوعی چیپ قابل ریزی است و مواقعی که نیاز به ذخیره اطلاعات باشد از آن استفاده می‌کنند. با استفاده از انواح دوره آموزش میکروکنترلر در مکتب خونه میتوانید قدم مهمی در این راستا بردارید.
• آموزش embedded c: دومین تخصصی که در آموزش Embedded system باید یاد بگیرید، برنامه نویسی به زبان C است. از جمله مزیت‌های این زبان می‌توان به پشتیبانی از همه میکروکنترلرها، بازدهی بالا، امکان پیاده‌سازی سیستم‌های بلادرنگ (Real Time)، دسترسی به سخت افزار و حافظه و قابلیت توسعه نرم افزار پایدار اشاره کرد. در زبان C نیز باید مفاهیم مختلفی را یاد بگیرید که یکی از مهمترین آن‌ها State machines است. البته با زبان‌های C++، Python و JAVA نیز می‌توان برای این سیستم‌ها کدنویسی کرد.
• FPGA: میکروکنترلرها کارها را پشت سرهم انجام می‌دهند و همزمانی در آن‌ها معنایی ندارد. بنابراین اگر حجم اطلاعات برای پردازش بیشتر باشد، با مشکل کاهش سرعت مواجه خواهید شد. برای حل این مساله، قطعه‌ای به نام FPGA طراحی کرده‌اند که چیزی بین یک مدار الکترونیکی و میکروکنترلر است. از جمله مزایای این قطعه می‌توان به سرعت بالا، امکان پردازش موازی و انعطاف‌پذیری اشاره کرد.
• Pcb یا برد مدار چاپی: مهارت دیگری که در آموزش Embedded System باید یاد بگیرید، نحوه طراحی مدار چاپی است. تا قبل از ساخته شدن این مدار، برای اتصال قطعات از سیم استفاده می‌کردند. این مساله باعث می‌شد تا پیچیدگی مدار افزایش و طول عمر آن کاهش پیدا کند. اما در مدار Pcb همه اتصالات بر روی برد انجام می‌شود و میزان پیچیدگی‌ها کاهش پیدا می‌کند.

مراحل طراحی سیستم‌های امبدد

در این بخش از آموزش Embedded System قصد داریم به روند طراحی و مراحل این سیستم بپردازیم.

• پیش طراحی: اولین و مهمترین مرحله، شناخت ویژگی‌های سیستم و مواردی همچون ورودی‌ها، خروجی‌ها و الگوریتم‌های پردازشی است. با اینکار می‌توانید میزان هزینه پروژه، تعداد اعضای تیم و زمانبندی را مشخص نمایید.
• طراحی سخت افزار: در قدم بعدی باید سخت افزار را با توجه به نیازمندی‌های پروژه طراحی کنید. روش‌های مختلفی برای طراحی سخت افزار وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به طراحی از پایه، طراحی ترکیبی و طراحی بر مبنای میکروکنترلرها اشاره کرد. در مکتب خونه انواع دوره آموزش سخت افزار برای شروع کار وجود دارد.
• طراحی نرم افزار: بعد از اتمام طراحی سخت افزار، در مرحله بعدی از آموزش Embedded System باید به سراغ نرم افزار بروید. در این مرحله ابتدا باید سیستم عامل و سپس زبان برنامه نویسی را انتخاب نمایید.
• جمع‌بندی سیستم: در مرحله چهارم، نوبت به جمع بندی سیستم و قرار دادن ماژول‌ها در کنار هم می‌رسد. به بیان ساده‌تر باید سیستم عامل و نرم افزار نوشته شده را بر روی سخت افزار بالا بیاورید.
• تست: بعد از اتمام کار و اطمینان از صحت عملکرد امبدد، نیاز به تست و ارزیابی خواهید داشت. در این تست باید استانداردهایی که برای طراحی سیستم‌های امبدد وجود دارد را بررسی نمایید تا مشکلی از این بابت وجود نداشته باشد.

آینده شغلی آموزش Embedded System

امبدد سیستم در حوزه‌های مختلفی از جمله سامانه‌های هوشمند، حمل و نقل، دستگاه‌های بی‌سیم، صنعت خودروسازی، تجهیزات پزشکی، صنایع نظامی و لوازم خانگی به طور گسترده استفاده می‌شود. به همین دلیل می‌توان گفت بازار کار مناسبی برای این مهارت چه در داخل و چه در خارج از کشور وجود دارد. حتی اگر در بخش سخت افزار مهارت زیادی نداشته باشید، با یادگیری embedded c می‌توانید برای میکروکنترلرها، کامپیوترهای تک بردی، میکروپروسسورها و پردازنده‌های دیجیتال کدنویسی کنید. 

راه‌های یادگیری و آموزش Embedded system

برای یادگیری این مهارت روش‌های مختلفی وجود دارد که ادامه آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

1. تحصیل در دانشگاه

یکی از بهترین راه‌های یادگیری امبدد سیستم، تحصیل در دانشگاه است. در این روش می‌توانید موضوعات مرتبط به این رشته را به صورت اصولی و قدم به قدم یاد بگیرید. بعد از فارغ التحصیلی نیز امکان ورود به بازار کار وجود دارد. دقت داشته باشید که برای موفقیت در این حوزه و ورود به صنعت لازم نیست حتما در دانشگاه معتبر تحصیل کرده باشید. شرکت‌ها به دنبال افراد حرفه‌ای و متخصص در این حوزه هستند و دانشگاه یا معدل تاثیر خیلی زیادی ندارد. بنابراین اگر مهارت و تخصص کافی در این زمینه کسب کرده‌اید، خیلی راحت کار پیدا خواهید کرد.

2. مطالعه کتاب و جزوه درس سیستم های نهفته و بیدرنگ

اگر امکان تحصیل در دانشگاه را ندارید، به سراغ مطالعه کتاب‌های آموزشی و جزوه‌ها و مقالات بروید. کتاب‌های مختلفی برای آموزش Embedded system در بازار وجود دارد که با جستجوی ساده در اینترنت آن‌ها را پیدا خواهید کرد.

3. شرکت در دوره‌های آموزشی

سومین و سریع‌ترین راه یادگیری امبدد سیستم، شرکت در دوره‌های آموزشی حضوری یا آنلاین است. در این دوره‌ها به صورت کاملا تخصصی و در مدت زمان کوتاهی می‌توانید مباحث مربوطه را یاد بگیرید. بعد از اتمام دوره و دریافت مدرک نیز امکان ورود به بازار کار وجود دارد؛ البته به شرطی که مباحث را به طور کامل یاد گرفته و تمرینات زیادی انجام داده باشید. دوره‌های مختلفی در رابطه با این مبحث به زبان‌های فارسی و انگلیسی وجود دارد. در صورتی که می‌خواهید مباحث را با زبان انگلیسی یاد بگیرید، سایت Udemy یکی از بهترین گزینه‌ها به شمار می‌رود.

مکتب خونه دوره‌های مختلفی را برای آموزش Embedded System با همکاری اساتید برتر تدارک دیده است. با شرکت در این دوره‌ها در مدت زمان کوتاهی به مباحث امبدد سیستم و نحوه کدنویسی با زبان c مسلط خواهید شد. بعد از اتمام دوره و راهنمایی گرفتن از اساتید می‌توانید وارد بازار کار شده و به کسب درآمد بپردازید. از مهمترین ویژگی‌های دوره Embedded system می‌توان به ارتباط مستقیم با اساتید، امکان تماشای ویدیوها در هر زمان و مکان و بروز بودن آموزش‌ها اشاره کرد.