سیستم عامل تعبیه شده یا embeded system،در اصل مغز یک سیستم کامپیوتری تعبیه شده است که عملکرد یک محصول را مشخص می کند. این دستگاه برای بهبود کارایی کنترل منابع سخت افزاری ، هدایت پردازش گرافیکی و کاهش زمان پاسخگویی به وظایف انجام شده توسط دستگاه طراحی و بهینه شده است. در این مقاله ، ما این تعریف سیستم عامل تعبیه شده را با مثالها بسط می دهیم و نکات ریزی سیستم عامل های تعبیه شده را که امروزه تقریباً در همه دستگاه های هوشمند یافت می شود ، روشن می کنیم.
در عصر دیجیتال امروز ، اکثر وسایل نقلیه ، لوازم خانگی و دستگاه های دستی برای کنترل عملکرد و انجام وظایف به سیستم عامل های تعبیه شده نیاز دارند. به جای کنترل هر قسمت از سیستم به صورت جداگانه ، یک سیستم عامل جاسازی شده تمام عملیات سخت افزاری قابل برنامه ریزی را مدیریت می کند. اگرچه امروزه این سیستم ها دنیای الکترونیکی را تحت تأثیر قرار داده اند ، اما مردم هنوز از آنچه می توانند به کار ببرند بی اطلاع هستند. بیایید به بحث خود در مورد سیستم عامل های جاسازی شده بپردازیم.
مطالب مرتبط:
پنج سخت افزار برتر رایانه در سال ۲۰۲۱
معرفی بهترین نرم افزارهای ریکاوری ۲۰۲۱
معرفی بزرگترین کمپانی های سخت افزاری
معرفی کمپانی اپل
سیستم عامل های جاسازی شده:اصول اولیه
سیستم عامل تعبیه شده در یک کامپیوتر مقیاس کوچکی از یک سیستم جاسازی شده با تعداد محدودی از ویژگی ها است. این دستگاه برای انجام عملکرد یا مجموعه ای از عملکردهای محصول نهایی الکترونیکی طراحی شده است. شبیه به یک رایانه رومیزی که برای اجرای برنامه های اصلی به سیستم عامل مانند Windows ، Linux یا Mac OS نیاز دارد ، سیستم های تعبیه شده نیز برای تسهیل و تسریع عملکرد آنها به یک سیستم عامل نیاز دارند. به عنوان مثال ، همه تلفن های همراه دارای یک سیستم عامل یکپارچه سیستم عامل مانند Android یا iOS هستند که با روشن شدن تلفن راه اندازی می شوند. بدون سیستم عامل ، پیاده سازی یک برنامه در هر تلفن همراه با سخت افزارهای مختلف برای توسعه دهندگان یک کابوس بود. این به آنها اجازه می دهد تا تمام شکاف ها را پر کرده و یک برنامه یکپارچه به طور خاص برای سیستم عامل ایجاد کنند. در برخی موارد سیستم عامل تعبیه شده به عنوان سیستم عامل زمان واقعی (RTOS) نیز شناخته می شود که در بخش دیگری به آن خواهیم پرداخت.
در اینجا برخی از ویژگی های رایج سیستم عامل جاسازی شده آمده است:
- قدرت کارآمد
- قابلیت ذخیره سازی کمتر
- قدرت پردازش کوچکتر
- سریع و سبک
- انعطاف پذیری
- دستگاه ورودی/خروجی
- عملیات زمان واقعی متناسب با مورد استفاده مورد نظر
نرم افزار گنجانده شده در سیستم عامل تعبیه شده برای عملکرد یک محصول بسیار مهم است.
سیستم جاسازی شده چگونه کار می کند؟
مردم اغلب تعجب می کنند که یک سیستم جاسازی شده چگونه کار می کند زیرا تقاضای زیادی برای فناوری محصول پیچیده وجود دارد و در نتیجه فرصت های عالی برای توسعه دهندگان نرم افزار تعبیه شده وجود دارد. بر خلاف رایانه رومیزی که برنامه ها را بارگیری یا اجرا می کند ، یک سیستم عامل تعبیه شده برای اهداف کمتری پیکربندی می شود ، معمولاً یک برنامه را بر روی دستگاه مدیریت می کند. اگرچه دامنه عملکردهای سیستم عامل محدود است ، اما باید قابل اطمینان باشد و حتی بدون محدودیت در اندازه ، قدرت پردازش و حافظه ، یکپارچه عمل کند ، زیرا این برنامه خاص برای عملکرد محصول نهایی بسیار مهم است. برخی از نمونه های بهترین سیستم عامل های جاسازی شده برای برنامه های تجاری و صنعتی عبارتند از لینوکس و اندروید جاسازی شده ، Wind River VxWorks ، Green Hills Integrity و QNX. آیا برای شما سوال است که آیا سیستم عامل های جاسازی شده می توانند به روز شوند یا خیر؟ بله ، سیستم عامل های جاسازی شده می توانند به روز شوند اگر محصول با حافظه فلش طراحی شده باشد و اگر تراشه ای که روی آن اجرا شده است قابل فلاش باشد. به عنوان مثال ، تلویزیون هوشمند شما ممکن است دارای سیستم عامل تعبیه شده و مجموعه ای از ویژگی ها و پیچیدگی ها باشد. هرچه امکانات بیشتر باشد ، اشکالات و آسیب پذیری های امنیتی بیشتری باید مدیریت شود. سیستم عامل های چنین دستگاه هایی به گونه ای طراحی شده اند که برای از بین بردن اشکالات یا افزودن ویژگی های جدید و ارائه بهترین تجربه مشتری به روز می شوند.
سیستم های جاسازی شده در مقابل سیستم های غیر جاسازی شده
سیستم عامل جاسازی شده بر روی دستگاهی اجرا می شود که در محصول نهایی گنجانده شده و برنامه های کاربردی محدودی دارد. برخی از دستگاه هایی که ممکن است شامل سیستم عامل های تعبیه شده باشند عبارتند از:
۱٫پمپ های تزریق
۲٫فرهای صنعتی
۳٫وسایل نقلیه الکتریکی
۴٫سیستم های سرگرمی خودرو
۵٫پنل های خورشیدی
۶٫کنترل کننده های پنل خورشیدی
سیستم عامل غیر جاسازی شده یا سیستم عامل عمومی (GPOS) بر روی یک دستگاه مستقل که محصول نهایی است اجرا می شود. این سیستم عامل ها به طور کلی بزرگتر ، قابل تنظیم تر هستند و انتخاب گسترده تری از برنامه ها را ارائه می دهند. نمونه هایی از دستگاه های غیر تعبیه شده عبارتند از:
- کامپیوتر رومیزی
- لپ تاپ
- سرور اختصاصی
بنابراین ، برای درک یک سیستم عامل تعبیه شده در مقابل سیستم عامل رومیزی ، می توانید بگویید که محصولی مانند پمپ تزریق شامل رایانه ای است که سیستم عامل تعبیه شده برای کار دارد ، در حالی که سیستم عامل غیر جاسازی شده بر روی رایانه ای که برای انجام کارهای خودکار استفاده می شود ، اجرا می شود ، مانند نوشتن یا طراحی گرافیک
نمونه هایی از برنامه های کاربردی بدون سیستم عامل شامل محصولات ۱۰۰٪ مکانیکی یا شامل وسایل الکترونیکی ساده است. در اینجا چند نمونه از دستگاه های بدون سیستم عامل آورده شده است:
- لوازم خانگی قدیمی
- وسایل نقلیه قدیمی
- واکی تاکی/وسایل ارتباط رادیویی
به طور خلاصه:
دستگاه جاسازی شده کامپیوتری است که در یک محصول نهایی جاسازی شده است. اگر عملکرد کامپیوتر پیچیده است ، اما لزوماً ممکن است به سیستم عامل نیاز داشته باشد.
یک دستگاه غیر جاسازی شده کامپیوتری است که به تنهایی کار می کند و خود محصول نهایی است.
یک محصول بدون دستگاه جاسازی شده به هیچ وجه شامل رایانه نمی شود.
تاریخچه سیستم های عامل تعبیه شده
در حالی که لینوکس و اندروید بچه های نسبتاً جدیدی هستند ، مفهوم سیستم عامل های تعبیه شده به دهه ۱۹۶۰ برمی گردد و رایانه راهنمای آپولو معرفی می شود. AGC “بر روی هر ماژول فرمان Apollo (CM) و Apollo Lunar Module (LM) نصب شده بود. AGC محاسبات و رابط های الکترونیکی را برای هدایت ، ناوبری و کنترل فضاپیما ارائه می داد.
سیستم های محاسبه جاسازی شده از آن زمان تا کنون راه زیادی را طی کرده اند و به نظر می رسد که به لطف پیشرفت فناوری میکروکنترلرها از ۸ بیت به ۱۶ بیت و بعداً ۳۲ بیت ، تکامل هنوز به پایان نرسیده است. با توجه به پیچیدگی روزافزون سیستم های کامپیوتری تعبیه شده ، سیستم عامل ها کلید مدیریت موثر نرم افزار تعبیه شده اند.
امروزه تعداد بیشماری سیستم عامل مختلف تعبیه شده در دسترس است. توسعه در طراحی و پیاده سازی سیستم عامل های تعبیه شده ناشی از نیاز به کنترل برنامه های نرم افزاری است که از پیشرفت سریع سخت افزار استفاده می کنند.
سیستم عامل های جاسازی شده: کاربردهای متداول
سیستم عامل های جاسازی شده معمولاً در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند ، برای مثال: پخش کننده های چند رسانه ای ، سیستم های ناوبری هواپیما ، سیستم های ناوبری خودرو و تجهیزات پزشکی. در زیر ، ما نحوه ساده سازی این فناوری عملکرد این نمونه ها را بیان کرده ایم.
اندازه گیری پارکینگ
برای مدیریت ورودی کاربر ، و پیگیری زمان و هزینه ها ، پارکومترهای هوشمند شهری به یک سیستم عامل تعبیه شده نیاز دارند. بسته به نوع طراحی ، این دستگاه ها دارای طیف وسیعی از قابلیت ها هستند. به عنوان مثال ، برخی از سنسورها برای تشخیص ورود و خروج وسایل نقلیه استفاده می کنند ، در حالی که برخی دیگر راننده را ملزم به وارد کردن جای پارک یا مجوز خودرو می کنند. رابط کاربری گزینه هایی را در اختیار راننده قرار می دهد ، مانند گزینه ای برای تنظیم زمان بازگشت پیش بینی شده و پرداخت متناسب با آن.
سیستم ناوبری هواپیما
سیستم ناوبری هواپیما نمونه ای عالی از سیستم عامل زمان واقعی است. رایانه اصلی هواپیما که با اکثر سیستم های کنترل مانند موتور ، بال ، ایمنی و کنترل فشار متصل است. بنابراین ، به طور خاص طراحی شده است تا در داخل هواپیما عمل کند و به انجام عملیات مانند برخاستن ، فرود آمدن ، و شرایط اضطراری کمک کند.
سیستم ناوبری خودرو
سیستم ناوبری خودرو یک کامپیوتر کوچک است که شامل یک صفحه لمسی است که به راننده اجازه می دهد از طریق منوهای مختلف مانند GPS و نقشه برداری مسیر ، پخش صدا ، رادیو ، تماس های بدون دست و سیستم های نظارت بر میزان سوخت و فشار باد لاستیک ها ، حرکت کند. در وسایل نقلیه متصل این سیستم ها حتی پیچیده تر هستند و از سیستم های ارتباطی خودرو به تقاطع و وسیله نقلیه به هر چیزی یا “V2X” استفاده می کنند. رایانه به گونه ای طراحی شده است که بتواند همه این وظایف را انجام دهد و تجربه رانندگی را افزایش دهد.
سیستم عامل های زمان واقعی (RTOS)
یک سیستم عامل زمان واقعی (RTOS) معمولاً یک سیستم عامل با عملکردهای کاهش یافته است که از برنامه های چند رشته ای با ارائه خروجی های پردازش شده در محدودیت های زمانی مشخص پشتیبانی می کند و رفتار قطعی دارد. از آنجا که این برنامه ها از نظر زمان بسیار مهم هستند ، باید به منظور حفظ عملکرد کل سیستم دقیقاً در مواقع مورد انتظار اجرا شوند.
کیسه هوا در وسایل نقلیه ما بهترین نمونه از این مفهوم است. هنگامی که خودرویی با سرعت زیاد تصادف می کند ، کیسه های هوا باید بین ۱۰ تا ۲۰ میلی ثانیه پس از تصادف باز شوند. تاخیر حتی چند میلی ثانیه ممکن است باعث مرگ شود. بنابراین ، هیچ خطایی وجود ندارد و کار باید فوراً انجام شود.
RTOS و سیستم عامل جاسازی شده
RTOS را می توان زیر مجموعه ای از سیستم عامل های تعبیه شده در نظر گرفت. بنابراین ، می توان گفت که تمام RTOS سیستم عامل های تعبیه شده هستند. با این حال ، تمام سیستم عامل های تعبیه شده RTOS نیستند. بیایید در مورد ویژگی های زمان واقعی سیستم عامل های جاسازی شده صحبت کنیم.
تفاوت اصلی بین سیستم های RTOS و سیستم عامل Embedded در بحرانی بودن زمان سیستم است. یک مثال از یک سیستم غیر بحرانی ، یک سیستم سرگرمی در پرواز است که هر مسافر می تواند در حین پرواز به تماشای فیلم ، بازی یا پخش برنامه های تلویزیونی دسترسی داشته باشد. هنگامی که مسافر سیستم را روشن می کند ، محدودیت زمانی خاصی برای پخش فیلم ها یا نمایش ها وجود ندارد.
از سوی دیگر ، سیستم ناوبری هواپیمایی که مسئول برخاستن ، فرود آمدن و بسیاری از فرایندهای دیگر است ، از نظر زمانی بسیار مهم است. برای انجام سریع یک کار نیاز به یک عامل زمان واقعی است. تأخیرهای غیرمنتظره در چنین سیستمی هرگز گزینه ای نخواهد بود. هنگام انتخاب سیستم عامل های زمان واقعی برای محاسبات جاسازی شده ، ارزیابی این نوع الزامات بسیار مهم است.