Phát triển phần mềm nhúng Embedded software: Giải thích chi tiết

Phát triển phần mềm nhúng Embedded software: Giải thích chi tiết

Phát triển phần mềm nhúng embedded software là một lĩnh vực chuyên môn của công nghệ phần mềm, tập trung vào việc tạo phần mềm cho các hệ thống nhúng. Các hệ thống này là bộ phận không thể thiếu của các máy móc hoặc thiết bị lớn hơn thường không được coi là máy tính, chẳng hạn như ô tô, thiết bị, thiết bị y tế và máy công nghiệp.

Bài đăng trên blog này từ nhóm chuyên gia của GCT Solution khám phá các khía cạnh khác nhau của việc phát triển phần mềm nhúng, bao gồm định nghĩa, ngôn ngữ lập trình, ví dụ, cách sử dụng, vai trò của kỹ sư phần mềm nhúng và các loại sản phẩm phần mềm nhúng.

Phần mềm nhúng embedded software là gì?

Phần mềm nhúng, hay embedded software, đề cập đến các chương trình và dữ liệu máy tính được nhúng trong các thiết bị điện tử, máy móc và hệ thống. Không giống như phần mềm đa năng chạy trên máy tính, phần mềm nhúng được thiết kế để thực hiện các tác vụ cụ thể và được tích hợp trực tiếp vào phần cứng mà nó điều khiển. Sự kết hợp chặt chẽ giữa phần mềm và phần cứng này là điều khiến các hệ thống nhúng khác biệt với các nền tảng điện toán truyền thống.

Phần mềm nhúng có thể được tìm thấy trong nhiều loại thiết bị, từ thiết bị gia dụng và thiết bị công nghiệp đến thiết bị y tế và ô tô. Đó là xương sống vô hình cho phép các công nghệ hàng ngày này hoạt động liền mạch và hiệu quả.

Ngôn ngữ lập trình nào được sử dụng cho phần mềm nhúng?

Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình để phát triển hệ thống nhúng bị ảnh hưởng nặng nề bởi các yêu cầu cụ thể của hệ thống đích, chẳng hạn như các hạn chế về hiệu suất, giới hạn bộ nhớ và nhu cầu xử lý thời gian thực. Dưới đây là một số ngôn ngữ lập trình được sử dụng phổ biến nhất trong miền phần mềm nhúng:

C:

C là ngôn ngữ chiếm ưu thế để phát triển phần mềm nhúng, đặc biệt là lập trình hệ thống cấp thấp, trình điều khiển thiết bị và ứng dụng thời gian thực. Tính chất gần gũi với phần cứng, tính di động và hiệu quả của nó khiến nó trở thành một lựa chọn phổ biến.

C++:

C++ là siêu bộ của C và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhúng yêu cầu các tính năng nâng cao hơn, chẳng hạn như lập trình hướng đối tượng, tính trừu tượng và tính mô đun. Nó thường được sử dụng trong các hệ thống nhúng phức tạp, chẳng hạn như các hệ thống được tìm thấy trong ô tô, hàng không vũ trụ và tự động hóa công nghiệp.

Assembly:

Ngôn ngữ Assembly được sử dụng để lập trình cấp độ thấp, dành riêng cho phần cứng, chẳng hạn như viết trình điều khiển thiết bị, trình xử lý ngắt và tối ưu hóa các phần mã quan trọng về hiệu suất. Mặc dù việc sử dụng nó đã giảm trong những năm gần đây nhưng nó vẫn được sử dụng trong các hệ thống có nguồn lực hạn chế hoặc khi cần điều khiển phần cứng trực tiếp.

Java:

Java, với tính chất độc lập với nền tảng và thiết kế hướng đối tượng, đã thu hút được sự chú ý trong các hệ thống nhúng, đặc biệt là trong điện tử tiêu dùng, tự động hóa công nghiệp và Internet of Things (IoT). Hỗ trợ tích hợp của Java cho xử lý đa luồng và thời gian thực làm cho nó phù hợp với một số ứng dụng nhúng.

Python:

Khả năng đọc, dễ sử dụng và hệ sinh thái thư viện rộng lớn của Python đã khiến nó trở thành lựa chọn ngày càng phổ biến để phát triển hệ thống nhúng, đặc biệt là trong tạo mẫu nhanh, phân tích dữ liệu và ứng dụng IoT.

MATLAB/Simulink:

Những công cụ này do MathWorks phát triển được sử dụng rộng rãi trong thiết kế hệ thống nhúng, đặc biệt trong lĩnh vực hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu và thiết kế dựa trên mô hình. Chúng cung cấp môi trường lập trình đồ họa để phát triển thuật toán và tạo mã.

Ví dụ về phát triển phần mềm nhúng

Phần mềm nhúng có mặt khắp nơi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, cung cấp năng lượng cho rất nhiều thiết bị và hệ thống. Dưới đây là một số ví dụ thực tế về phát triển phần mềm nhúng:

Ô tô:

Phần mềm nhúng là xương sống của ô tô hiện đại, kiểm soát mọi thứ từ quản lý động cơ và điều khiển hộp số đến hệ thống thông tin giải trí và các tính năng hỗ trợ người lái tiên tiến. Ví dụ: phần mềm nhúng trong Tesla Model 3 ước tính bao gồm hơn 100 triệu dòng mã, quản lý các hệ thống phức tạp của xe và kích hoạt khả năng lái tự động của xe.

Các thiết bị y tế:

Phần mềm nhúng đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các thiết bị y tế , chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim, máy bơm insulin và thiết bị chẩn đoán. Các hệ thống này yêu cầu phần mềm nhúng có độ tin cậy cao và yêu cầu an toàn cao để đảm bảo hiệu suất chính xác và phản hồi nhanh, thường là trong thời gian thực.

Tự động hóa trong công nghiệp:

Phần mềm nhúng rất cần thiết cho các hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp, cho phép vận hành chính xác và hiệu quả các máy móc, robot và quy trình sản xuất. Ví dụ: phần mềm nhúng trong bộ điều khiển logic khả trình (PLC) quản lý việc điều khiển thời gian thực của thiết bị công nghiệp, đảm bảo hiệu suất ổn định và đáng tin cậy.

Điện tử dân dụng:

Từ thiết bị nhà thông minh và thiết bị đeo cho đến thiết bị gia dụng và hệ thống giải trí, phần mềm nhúng là xương sống hỗ trợ chức năng và trải nghiệm người dùng của thiết bị điện tử tiêu dùng. Ví dụ: phần mềm nhúng trong bộ điều chỉnh nhiệt thông minh hiện đại sẽ điều chỉnh nhiệt độ trong nhà, tìm hiểu sở thích của người dùng và tích hợp với các thiết bị nhà thông minh khác.

Hàng không vũ trụ và quốc phòng:

Phần mềm nhúng rất quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng, nơi nó được sử dụng để điều khiển các hệ thống bay, dẫn đường và hệ thống vũ khí. Ví dụ, phần mềm nhúng trong máy bay chiến đấu hiện đại quản lý việc điều khiển chuyến bay, hệ thống cảm biến và mạng liên lạc của máy bay, đảm bảo máy bay hoạt động an toàn và hiệu quả.

Phần mềm nhúng được sử dụng để làm gì?

Phần mềm nhúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng, mỗi ứng dụng có những yêu cầu và thách thức riêng. Một số trường hợp sử dụng chính của phần mềm nhúng bao gồm:

Hệ thống thời gian thực:

Phần mềm nhúng thường được sử dụng trong các hệ thống thời gian thực, trong đó việc thực hiện các tác vụ kịp thời là rất quan trọng. Điều này bao gồm các ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp, vận tải và thiết bị y tế, trong đó phần mềm phải phản hồi các sự kiện và đưa ra quyết định trong giới hạn thời gian nghiêm ngặt.

Kiểm soát quy trình:

Phần mềm nhúng được sử dụng để giám sát và kiểm soát các quy trình công nghiệp, như sản xuất, sản xuất năng lượng và xử lý hóa chất. Nó đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn của các hệ thống này bằng cách quản lý các cảm biến, bộ truyền động và thuật toán điều khiển.

Điều khiển thiết bị:

Phần mềm nhúng chịu trách nhiệm kiểm soát và quản lý cấp độ thấp các thiết bị phần cứng, chẳng hạn như cảm biến, màn hình và giao diện truyền thông. Trình điều khiển thiết bị cho phép tích hợp các thành phần phần cứng này với hệ thống tổng thể.

Giao diện người dùng:

Phần mềm nhúng thường được sử dụng để thiết kế và triển khai giao diện người dùng cho thiết bị, từ màn hình đơn giản đến giao diện màn hình cảm ứng phức tạp. Điều này bao gồm phần mềm hỗ trợ giao diện đồ họa người dùng (GUI) và xử lý dữ liệu đầu vào của người dùng.

Mạng và Truyền thông:

Phần mềm nhúng rất cần thiết để kích hoạt khả năng giao tiếp và kết nối mạng trong các thiết bị, chẳng hạn như các thiết bị có trong Internet of Things (IoT) và các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Điều này bao gồm phần mềm xử lý các giao thức, xử lý dữ liệu và kết nối an toàn.

Xử lý tín hiệu:

Phần mềm nhúng được sử dụng để xử lý và phân tích dữ liệu cảm biến, chẳng hạn như âm thanh, video và các loại tín hiệu khác. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như hình ảnh y tế, giám sát video và xử lý âm thanh.

An toàn và bảo mật:

Phần mềm nhúng đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự an toàn và bảo mật của các hệ thống mà nó kiểm soát, chẳng hạn như trong giao thông vận tải, chăm sóc sức khỏe và cơ sở hạ tầng quan trọng. Điều này bao gồm các tính năng như phát hiện lỗi, xử lý lỗi và mã hóa.

Kỹ sư phần mềm nhúng là gì?

Kỹ sư phần mềm nhúng là nhà phát triển phần mềm chuyên dụng, người thiết kế, phát triển và bảo trì phần mềm được nhúng trong các thiết bị và hệ thống phần cứng. Họ chịu trách nhiệm tạo mã cho phép phần cứng thực hiện các chức năng dự định của nó, thường có các yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất, độ tin cậy và khả năng phản hồi theo thời gian thực.

Các kỹ sư phần mềm nhúng thường có nền tảng vững chắc về khoa học máy tính, kỹ thuật điện hoặc lĩnh vực kỹ thuật liên quan. Họ có kiến thức sâu về kiến trúc phần cứng, bộ vi điều khiển và thiết kế hệ thống trên chip (SoC), cũng như chuyên môn về ngôn ngữ lập trình, hệ điều hành và phương pháp phát triển phần mềm.

Các loại kỹ sư phần mềm nhúng

Kỹ sư phần mềm nhúng có thể chuyên về nhiều lĩnh vực khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án và ngành họ làm việc. Một số loại kỹ sư phần mềm nhúng phổ biến bao gồm:

Kỹ sư phần mềm nhúng thời gian thực:

Những kỹ sư này tập trung vào việc phát triển phần mềm cho các hệ thống thời gian thực, trong đó việc thực hiện các nhiệm vụ kịp thời là rất quan trọng. Họ có chuyên môn về hệ điều hành thời gian thực, thuật toán lập lịch và triển khai phần mềm xác định, có độ trễ thấp.

Kỹ sư phần mềm nhúng IoT:

Những kỹ sư này chuyên phát triển phần mềm nhúng cho các thiết bị Internet of Things (IoT), thường liên quan đến kết nối, xử lý dữ liệu và tích hợp đám mây. Chúng hoạt động với các cảm biến, giao thức không dây và nền tảng dựa trên đám mây.

Kỹ sư phần mềm nhúng ô tô:

Những kỹ sư này phát triển phần mềm nhúng cung cấp năng lượng cho các phương tiện hiện đại, từ hệ thống điều khiển động cơ và thông tin giải trí cho đến các tính năng hỗ trợ người lái tiên tiến. Họ phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn và độ tin cậy của ô tô.

Kỹ sư phần mềm nhúng y tế:

Những kỹ sư này chịu trách nhiệm phát triển phần mềm nhúng cho các thiết bị y tế, chẳng hạn như máy điều hòa nhịp tim, máy bơm insulin và thiết bị chẩn đoán. Họ phải có hiểu biết sâu sắc về các quy định y tế, yêu cầu an toàn và nhu cầu hoạt động theo thời gian thực.

Kỹ sư phần mềm nhúng tự động hóa công nghiệp:

Những kỹ sư này tập trung vào phát triển phần mềm nhúng cho các hệ thống điều khiển công nghiệp, chẳng hạn như bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và robot công nghiệp. Họ phải có chuyên môn về thuật toán điều khiển, tích hợp cảm biến và giao thức truyền thông công nghiệp.

Bất kể chuyên môn của họ là gì, tất cả các kỹ sư phần mềm nhúng đều có chung một mục tiêu: tạo ra các hệ thống nhúng đáng tin cậy, hiệu quả và an toàn, tích hợp liền mạch phần cứng và phần mềm để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng tương ứng của họ.

Sản phẩm phần mềm nhúng là gì?

Sản phẩm phần mềm nhúng đề cập đến hệ thống phần mềm hoàn chỉnh được phát triển để kiểm soát và quản lý hoạt động của một thiết bị hoặc hệ thống phần cứng chuyên dụng. Nó bao gồm tất cả các thành phần phần mềm, bao gồm hệ điều hành, phần mềm trung gian và mã dành riêng cho ứng dụng, được tích hợp vào nền tảng phần cứng mục tiêu.

Một số đặc điểm chính của sản phẩm phần mềm nhúng bao gồm:

Tích hợp phần cứng:

Phần mềm nhúng được kết hợp chặt chẽ với phần cứng cơ bản, thường được thiết kế cho các bộ vi xử lý, bộ vi điều khiển hoặc kiến trúc hệ thống trên chip (SoC) cụ thể.

Phần mềm được tối ưu hóa để sử dụng hiệu quả các tài nguyên phần cứng, chẳng hạn như bộ nhớ, sức mạnh xử lý và các thiết bị ngoại vi.

Hiệu suất thời gian thực:

Nhiều sản phẩm phần mềm nhúng được thiết kế để hoạt động trong thời gian thực, với các yêu cầu nghiêm ngặt về độ trễ thấp, khả năng thực thi xác định và hành vi có thể dự đoán được.

Các hệ thống này phải phản ứng với các sự kiện bên ngoài và đưa ra quyết định trong giới hạn thời gian xác định để đảm bảo hoạt động bình thường của toàn bộ hệ thống.

Độ tin cậy và an toàn:

Các sản phẩm phần mềm nhúng thường được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng như thiết bị y tế, hệ thống giao thông vận tải và tự động hóa công nghiệp, những nơi mà độ tin cậy và an toàn là hết sức quan trọng.

Phần mềm được thiết kế với khả năng xử lý lỗi mạnh mẽ, khả năng chịu lỗi và thực hành phần mềm an toàn để giảm thiểu rủi ro lỗi hoặc vi phạm bảo mật.

Hạn chế về nguồn lực:

Các hệ thống nhúng thường có tài nguyên phần cứng hạn chế, chẳng hạn như bộ nhớ, bộ lưu trữ và khả năng xử lý, so với các máy tính đa năng.

Các sản phẩm phần mềm nhúng được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng các tài nguyên này, thường sử dụng các kỹ thuật chuyên dụng như quản lý bộ nhớ, tối ưu hóa mã và tăng tốc phần cứng.

Tùy chỉnh và khả năng thích ứng:

Các sản phẩm phần mềm nhúng thường được thiết kế để có thể tùy chỉnh và thích ứng với nhu cầu cụ thể của ứng dụng hoặc thiết bị mục tiêu.

Điều này có thể liên quan đến khả năng định cấu hình phần mềm, tích hợp với các thiết bị ngoại vi hoặc mở rộng chức năng của phần mềm thông qua plugin hoặc tiện ích mở rộng.

Ví dụ về các sản phẩm phần mềm nhúng bao gồm:

• Phần mềm ECU (Bộ điều khiển động cơ) ô tô
• Phần mềm PLC công nghiệp (Bộ điều khiển logic lập trình)
• Phần mềm điều khiển thiết bị y tế
• Phần mềm điều khiển thiết bị gia dụng
• Hệ thống điều khiển bay hàng không vũ trụ
• Phần mềm điều khiển robot và tự động hóa

Việc phát triển các sản phẩm phần mềm nhúng đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cả công nghệ phần mềm và các nguyên tắc thiết kế dành riêng cho phần cứng. Các kỹ sư phần mềm nhúng phải sở hữu một bộ kỹ năng và kiến thức độc đáo để tạo ra các sản phẩm phần mềm chuyên dụng này hoạt động trơn tru trong môi trường phần cứng mục tiêu của họ.

Suy nghĩ cuối cùng:

Phát triển phần mềm nhúng là một lĩnh vực đầy thách thức và năng động, đóng vai trò quan trọng trong chức năng của vô số thiết bị và hệ thống. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, nhu cầu về kỹ sư phần mềm nhúng có tay nghề cao sẽ ngày càng tăng. Hiểu được các sắc thái của phát triển phần mềm nhúng là điều cần thiết đối với bất kỳ ai muốn tham gia vào lĩnh vực này hoặc tận dụng khả năng của nó trong các sản phẩm của họ.

Đội ngũ chuyên gia phần mềm nhúng giàu kinh nghiệm của GCT sở hữu kiến thức và kỹ năng chuyên môn cần thiết để thiết kế, phát triển và duy trì các sản phẩm phần mềm nhúng an toàn, đáng tin cậy và hiệu suất cao. Từ hệ thống thời gian thực và tự động hóa công nghiệp đến IoT và ứng dụng ô tô, GCT có thể hợp tác với bạn để biến tầm nhìn phần mềm nhúng của bạn thành hiện thực. Đăng ký tư vấn miễn phí ngay bây giờ để gặp gỡ các chuyên gia của chúng tôi!

Nếu bạn đang tìm kiếm một nhà cung cấp IT giàu kinh nghiệm, GCT Solution là sự lựa chọn lý tưởng. Chúng tôi có hơn 3 năm kinh nghiệm trong việc cung cấp các giải pháp số hóa cho doanh nghiệp như phát triển ứng dụng di động, phát triển ứng dụng web, phát triển hệ thống, phát triển blockchain và dịch vụ kiểm thử. Cùng đội ngũ gồm hơn 100 chuyên gia và lập trình viên, chúng tôi có thể xử lý các dự án ở mọi quy mô cũng như độ phức tạp. Chúng tôi đã hợp tác thành công với các khách hàng từ nhiều ngành nghề và khu vực khác nhau, mang lại hơn 50+ giải pháp chất lượng cao. Tại GCT Solution, chúng tôi cam kết hỗ trợ bạn trong việc đạt được mục tiêu của bạn. Nếu bạn quan tâm, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi để có một cuộc thảo luận chi tiết. Chúng tôi tự tin rằng GCT Solution có thể đáp ứng mọi nhu cầu IT của bạn với những giải pháp linh hoạt và hiệu quả.

Tham khảo

1. MarketsandMarkets
2. Medium