معلومات

فهم الأنظمة المضمنة - الأساسيات

فهم الأنظمة المضمنة - الأساسيات

مع تقدم تكنولوجيا الكمبيوتر ، أصبحت تقنيتها جزءًا لا يتجزأ من المزيد والمزيد من المنتجات الإلكترونية.

تتيح القدرات التي توفرها الأنظمة المضمنة للمعدات الإلكترونية قدرات أكبر بكثير مما يمكن أن يكون ممكنًا إذا تم استخدام تقنيات الأجهزة فقط.

نتيجة لذلك ، تم العثور على الأنظمة المضمنة في جميع أنواع المعدات والأدوات الإلكترونية. من كميات صغيرة من المعالجة في عناصر مثل أجهزة ضبط الوقت الإلكترونية ، إلى أنظمة مدمجة أكثر تعقيدًا مثل وحدات تحكم الألعاب وحتى المصانع الكبرى والأنظمة الصناعية الأخرى.

تكتسب هذه التقنية اسمها من حقيقة أن البرنامج مضمن فيها لتطبيق معين. لا يشبه النظام المضمن جهاز كمبيوتر شخصي أو كمبيوتر آخر يمكنه تشغيل مجموعة متنوعة من البرامج وتنفيذ مجموعة كاملة من المهام ، ولكن بدلاً من ذلك يركز العنصر الذي يستخدم البرنامج المضمن على مهمة أو تطبيق واحد معين.

لتلبية هذه الحاجة ، فإن العنصر الذي يستخدم تقنيات مضمنة يتم تحميل برامجه مسبقًا ، على الرغم من إمكانية إجراء التحديثات من وقت لآخر.

أساسيات الأنظمة المضمنة

قد يُسأل ما هو النظام المضمن. مع العديد من الأنظمة وأجهزة الكمبيوتر القائمة على المعالج ، من المفيد تحديد ماهية النظام المضمن. التعريف المناسب للنظام المضمن هو: النظام المضمن هو أي نظام كمبيوتر مضمن في منتج لم يتم وصفه كجهاز كمبيوتر.

باستخدام تعريف النظام المضمن هذا ، من الممكن فهم الخصائص الأساسية المختلفة. عادة هم:

  • تم تصميم الأنظمة المضمنة لمهمة محددة. على الرغم من أنهم يستخدمون تقنيات الكمبيوتر ، إلا أنه لا يمكن استخدامها كجهاز كمبيوتر للأغراض العامة باستخدام مجموعة متنوعة من البرامج المختلفة لمهام مختلفة. وبهذه الطريقة يمكن تركيز وظيفتهم على ما يحتاجون إلى القيام به ، وبالتالي يمكن جعلهم أرخص وأكثر كفاءة.
  • عادةً ما يشار إلى برنامج الأنظمة المضمنة باسم البرامج الثابتة. بدلاً من تخزينه على قرص ، حيث يمكن تخزين العديد من البرامج ، يتم عادةً تخزين البرنامج الفردي لنظام مضمن على شريحة ويشار إليه بالبرنامج الثابت.

تحتوي الأنظمة المضمنة على عنصرين رئيسيين:

  • أجهزة النظام المضمنة: كما هو الحال مع أي نظام إلكتروني ، يتطلب النظام المضمن نظامًا أساسيًا للأجهزة ليتم التشغيل عليه. سيعتمد الجهاز على معالج دقيق أو متحكم دقيق. ستحتوي أجهزة النظام المضمنة أيضًا على عناصر أخرى بما في ذلك واجهات الذاكرة وإخراج الإدخال (I / O) بالإضافة إلى واجهة المستخدم والشاشة.
  • برنامج النظام المضمن: تتم كتابة برنامج النظام المضمن لأداء وظيفة معينة. عادةً ما يتم كتابتها بتنسيق عالي المستوى ثم يتم تجميعها لتوفير رمز يمكن وضعه في ذاكرة غير متطايرة داخل الجهاز.

أجهزة الأنظمة المدمجة

عند استخدام نظام مضمن ، هناك خيار بين استخدام متحكم دقيق أو معالج دقيق.

  • الأنظمة القائمة على المتحكم الدقيق: المتحكم الدقيق هو في الأساس وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية أو المعالج مع ذاكرة مدمجة أو أجهزة طرفية. نظرًا لأن هناك حاجة إلى عدد أقل من المكونات الخارجية ، يميل النظام المضمن الذي يستخدم وحدات التحكم الدقيقة إلى الاستخدام على نطاق واسع
  • الأنظمة القائمة على المعالجات الدقيقة: تحتوي المعالجات الدقيقة على وحدة معالجة مركزية ولكنها تستخدم شرائح خارجية للذاكرة والواجهات الطرفية. نظرًا لأنها تتطلب المزيد من الأجهزة على اللوحة ، ولكنها تسمح بمزيد من التوسع واختيار الأجهزة الطرفية الدقيقة ، وما إلى ذلك ، يميل هذا النهج إلى استخدامه للأنظمة المدمجة الأكبر.

أيا كان نوع المعالج المستخدم في النظام المضمن ، فقد يكون نوعًا ذا غرض عام جدًا لواحد من العديد من المعالجات المتخصصة للغاية والمخصصة لتطبيق معين. في بعض الحالات ، قد تكون الرقائق المصممة حسب الطلب قابلة للتطبيق لتطبيق معين إذا كانت الكميات عالية بما فيه الكفاية. أحد الأمثلة الشائعة لفئة قياسية من المعالج المخصص هو معالج الإشارات الرقمية ، DSP. يستخدم هذا النوع من المعالجات لمعالجة ملفات الصوت والصورة على وجه الخصوص. المعالجة مطلوبة بسرعة كبيرة حيث يمكن استخدامها في تطبيقات مثل الهواتف المحمولة وما شابه.

برامج الأنظمة المدمجة

أحد العناصر الأساسية لأي نظام مضمن هو البرنامج المستخدم لتشغيل وحدة التحكم الدقيقة.

توجد عدة طرق لكتابة هذا:

  • كود الآلة: كود الجهاز هو الرمز الأساسي المستخدم لوحدة المعالج. عادةً ما يكون الرمز في رمز سداسي عشري ويوفر الإرشادات الأساسية لكل عملية تشغيل للمعالج. نادرًا ما يتم استخدام هذا النوع من التعليمات البرمجية للأنظمة المضمنة هذه الأيام.
  • لغة برمجة: كتابة كود الآلة شاقة للغاية وتستغرق وقتا طويلا. من الصعب فهمها وتصحيحها. للتغلب على هذا ، غالبًا ما يتم استخدام لغات البرمجة عالية المستوى. يشيع استخدام اللغات بما في ذلك C و C ++ وما إلى ذلك.

عادةً ما يتم تخزين رمز النظام المضمن على شكل من أشكال الذاكرة غير المتطايرة الموجودة على لوحة المعالج. يُطلق على الكود اسم البرنامج الثابت - الفكرة هي أنه لا يتم تحديثه بنفس الطريقة التي يتم بها الاحتفاظ بالبرنامج في النظام المضمن ولا يمكن للمستخدم تغييره. غالبًا ما يكون من الممكن تحديث البرنامج ، ولكن هذا يمكن أن يعني تغيير بطاقة الذاكرة التي يوجد عليها البرنامج الثابت ، أو عن طريق تحديثه بطريقة أخرى.

غالبًا ما يتم استخدام أدوات إضافية للمساعدة في تطوير البرامج الثابتة. في كثير من الأحيان يمكن أن تصبح البرامج معقدة ومن الضروري التأكد من أن الأدوات الثابتة للنظام المضمن تعمل بشكل صحيح.

أدوات تصميم الأنظمة المدمجة

العديد من الأنظمة المدمجة معقدة وتتطلب مستويات كبيرة من البرامج لكي تعمل.

يمكن أن يستغرق تطوير هذا البرنامج وقتًا طويلاً ، ويجب أن يكون دقيقًا جدًا حتى يعمل النظام المضمن بشكل صحيح. يعد الترميز في الأنظمة المدمجة أحد المجالات الرئيسية التي تحدث فيها الأعطال.

للمساعدة في تبسيط العملية ، يتم استخدام أدوات تطوير البرامج بشكل طبيعي. تساعد هذه البرامج مطور البرامج على البرمجة بشكل أسرع وأكثر دقة أيضًا.


شاهد الفيديو: مقرر الحاسوب. الحلقة 1 - اساسيات نظام الحاسوب - ماهر عيسى (كانون الثاني 2022).