Gömülü sistemler, diğer cihazların çalışmasını kontrol etmek veya performanslarını izlemek için mikroişlemcilere dayanır. Genellikle küçük ve kompakt oldukları için, tasarım aşamasında boyutları dikkate alınmalıdır. Gömülü
bir sistem sınırlı bir kullanıcı arayüzüne sahip olabilir, ancak çoğu zaman hiç kullanıcı arayüzü yoktur. Bu durumlarda, insanlar bu sistemlerle anahtarlar ve kadranlar gibi manuel kontroller veya sensörler ve aktüatörler gibi otomatik kontroller aracılığıyla etkileşime girer. Donanım ve yazılım bileşenlerini bir gömülü sisteme entegre etme süreci, gömülü bilgi işlem olarak bilinir. Pratik uygulamalar ve uzaktan yönetim için, özellikle Raspberry Pi gibi platformlarda, uzaktan erişim için VNC'yi kullanmayı öğrenmek oldukça faydalı olabilir.
gömülü sistem tanımı
Gömülü sistem, belirli işlevlere ve özelliklere sahip bir bilgisayar sistemidir. Diğer cihazların mantıksal veya fiziksel yapısının bir parçası olarak çalışmak üzere tasarlanmıştır. Genellikle bir araba, uçak veya akıllı telefon gibi daha büyük bir sisteme entegre edilir.
gömülü sistem mimarisi
Gömülü bir sistem, donanım ve yazılımdan oluşur. Bu sistem, yalnızca çalışma ortamını ve işletim sistemini değil, aynı zamanda tüm yazılım içeriğini de kapsar. Donanım, sinyal işlemcileri, bellek, iletişim modülleri vb. dahil olmak üzere birçok öğeyi içerir. Benzersiz yapıları nedeniyle, gömülü sistemler bilgisayar işleme sistemlerinden önemli ölçüde farklıdır. Buna uygun büyük kapasiteli bir depolama ortamı bulunmadığından, gömülü sistem büyük miktarda bilgiyi depolayamaz. Ayrıca, kullanılan çoğu depolama ortamı EPROM, EEPROM vb. içerir; geliştirme platformunun yazılım kısmı ise bir API arayüzüdür.
donanım yapısı
Gömülü bir sistemin donanım kısmı, genel bir bilgisayar sistemininkinden farklı değildir. İşlemciler, bellek, harici aygıtlar, G/Ç arabirimleri ve grafik denetleyicilerinden oluşur.
Merkezi İşlem Birimi
Gömülü bir sistemin CPU'su, bir aritmetik birim ve bir denetleyici modülünden oluşur. Ayrıca bir bellek modülü, bir güç modülü, bir sıfırlama modülü vb. ile donatılmıştır. Bu merkezi işlem birimi, ATmega328P mikrodenetleyici gibi özel bir bileşen olabilir.
Flash
Gömülü sistemlerin hız, depolama kapasitesi ve güç tüketimi açısından gereksinimlerini karşılamak amacıyla, işletim sistemleri ve uygulama yazılımları geliştirilmiştir. Uzun süre saklanması gereken özel veriler genellikle diskler gibi yüksek kapasiteli ve yavaş depolama ortamlarında saklanmaz; bunun yerine çoğu durumda EPROM, E2PROM veya flash bellek kullanılır.
A/D modülleri
Gömülü sistemlerde, A/D veya D/A modülleri esas olarak ölçüm ve kontrol amaçlı kullanılır; bu modüller genel amaçlı bilgisayarlarda ise nadiren kullanılır.
Olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay olay
Gerçek uygulama ve ölçeğe bağlı olarak, bazı gömülü sistemler harici bir veri yolu kullanır. Uygulama alanlarının hızla genişlemesiyle birlikte, gömülü sistemlerde giderek daha fazla çeşitlilikte veri yolu kullanılmaktadır.
Sinyal İşlemcileri
Donanım, sinyal işlemcileri, bellek, iletişim modülleri ve benzeri birçok bileşeni içerir. Bunların arasında Dijital Sinyal İşlemcileri (DSP) olarak bilinen özel bileşenler de bulunmaktadır.
yazılım sistemi
Gömülü sistemin yazılım sistemi, söz konusu donanım sistemi ve gömülü sistemin kullanıcı gereksinimlerine göre tasarlanmıştır. Bu sistem, gömülü sistemin önemli bir parçasıdır ve gömülü sistemin işlevlerini yerine getirmenin anahtarıdır. Dört katmana ayrılır: sürücü katmanı, işletim sistemi katmanı, ara yazılım katmanı ve uygulama katmanı.
1. sürücü katmanı
Sürücü katmanı, donanımla doğrudan bağlantılı bir katmandır ve işletim sistemleri ile uygulamalar için donanım sürücüleri veya temel destek sağlar. Gömülü sistemlerde sürücüye bazen kart destek paketi (BSP) adı verilir. BSP, gömülü sistemin açılmasının ardından sistemin temel donanım ortamını başlatma işlevine sahiptir. Temel donanım bileşenleri arasında mikroişlemci, bellek, kesme denetleyicisi, DMA, zamanlayıcı vb. yer alır. Sürücü katmanı genel olarak üç tür program içerir: kart düzeyinde başlatma programı, standart sürücü programı ve uygulama sürücü programı.
2. işletim sistemi katmanı
Gömülü sistemdeki işletim sistemi, genel işletim sisteminin temel işlevlerine sahiptir ve gömülü sistemin tüm yazılım ve donanım kaynaklarının tahsisi, iş kontrolünün zamanlaması ve eşzamanlı faaliyetlerin koordinasyonundan sorumludur. Ayrıca gömülü özelliklere sahiptir ve gömülü işletim sistemi (EOS) kategorisine girer. Yaygın olarak kullanılan gömülü işletim sistemleri arasında Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks, pSOS, QNX, LynxOS vb. bulunur. Gömülü bir işletim sistemi ile uygulama yazımı daha hızlı, daha verimli ve daha kararlıdır.
3. ara yazılım katmanı
Orta katman yazılımı, uygulama yazılımlarının geliştirilmesine yardımcı olmak ve bu süreci desteklemek amacıyla kullanılan yazılımdır. Genellikle veritabanları, ağ protokolleri, grafik desteği ve MySQL, TCP/IP, GUI gibi ilgili geliştirme araçlarını içerir.
4. uygulama katmanı
Gömülü uygulama yazılımı, belirli bir uygulama alanına yönelik olan ve kullanıcının beklediği hedefleri gerçekleştirmek için kullanılan yazılımdır. Gömülü uygulama yazılımı ile sıradan uygulama yazılımı arasında belirli bir fark vardır. Bu yazılım, doğruluk, güvenlik ve kararlılık açısından pratik uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilmesinin yanı sıra, sistem kaynaklarının tüketimini ve donanım maliyetini azaltmak için optimize edilmiş olmalıdır.
Gömülü sistemler nasıl çalışır?
Gömülü sistem, daha büyük bir sistem içinde belirli görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış bir bilgisayar sistemidir. Genellikle bir otomobil veya ev aletleri gibi tam bir cihazın parçası olarak yer alır ve amacı, içine yerleştirildiği cihazı kontrol etmek veya izlemektir.
Gömülü sistemler genellikle bir mikroişlemci etrafında inşa edilir ve belirli bir görevi yerine getirmek üzere tasarlanmış özel donanım ve yazılımlara sahiptir. Genellikle gerçek zamanlı çalışacak şekilde tasarlanırlar, yani belirli bir zaman aralığı içinde dış olaylara yanıt vermelidirler. Bu durum, tasarım ve hata ayıklama süreçlerini zorlaştırabilir, ancak aynı zamanda amaçlanan görevleri yerine getirmede çok verimli olmalarını sağlar.
Gömülü sistemler, otomobiller ve uçaklardan ev aletlerine ve endüstriyel makinelere kadar çok çeşitli cihazlarda bulunabilir. Teknoloji ilerledikçe ve giderek daha fazla cihaz birbirine bağlı olacak şekilde tasarlandıkça, bu sistemler giderek daha yaygın hale gelmektedir.
gömülü sistemlerin sınıflandırılması
Gömülü sistemler, kullanılan kriterlere bağlı olarak çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Yaygın bir sınıflandırma, sistemin karmaşıklığına dayanır. Basit sistemler yalnızca bir mikroişlemci gerektirirken, daha karmaşık sistemler mikroişlemci, bellek, G/Ç aygıtları ve yazılım gerektirebilir. Diğer sınıflandırmalar arasında uygulama türü, işlemci türü, sistemin boyutu ve sistemin geliştirme döngüsü sayılabilir.
Karmaşıklığa göre
Basit gömülü sistemler:
Bu sistemler yalnızca bir mikroişlemci gerektirir.
Orta düzey gömülü sistemler:
Bu sistemler bir mikroişlemci ve bellek gerektirir.
Karmaşık gömülü sistemler:
Bu sistemler mikroişlemci, bellek, G/Ç aygıtları ve yazılım gerektirir.
Performans ve İşlevselliğe Göre
Gerçek Zamanlı Gömülü Sistemler:
Bunlar, imalat veya endüstriyel ortamlarda robotik sistemlerin kontrolü, koşulların izlenmesi veya ölçümlerin alınması gibi gerçek zamanlı görevleri yerine getiren bilgisayar tabanlı uygulamalardır. Bu sistemler genellikle katı gecikme süresi gereklilikleriyle karakterize edilir ve düşük bant genişliği ile düşük gecikme süresi gereksinimlerine sahip olabilir. Bu tür sistemler genellikle sensörler gibi pille çalışan cihazlarda kullanılır.
Bağımsız Gömülü Sistemler:
Bağımsız sistemler tek başlarına çalışır ve işlevlerini yerine getirmek için bir bağlantıya ihtiyaç duymazlar. Diğer sistemlerle veri paylaşmazlar ve veriler cihazda kalır. Bunlar, fazla veri depolama alanı veya işlem gücü gerektirmeyen basit sistemlerdir. Fitness takipçileri, ev güvenlik sistemleri veya MP3 çalarlar gibi daha küçük cihazlar, bağımsız sistemlere örnektir. Bu durumlarda, verilerin büyük kısmı kurulum sürecinde kullanılır veya sistemin normal çalışması sırasında üretilir. Bu sistemler internet bağlantısı gerektirmez, bu nedenle ana sistemden ayrı olarak çalışabilirler.
Ağa Bağlı Gömülü Sistemler:
Ağa bağlı gömülü sistemler, sensörlerden ve cihazlardan veri toplanmasını ve analiz edilmesini sağlar. Bu sistemler, verilerin kolayca aktarılabilmesi ve verilere uzaktan erişilebilmesi için hem birbirlerine hem de İnternet’e bağlıdır. Ayrıca ERP, CRM ve tedarik zinciri sistemleri gibi diğer sistemlere de bağlıdırlar. Ağa bağlı gömülü sistemler, petrol ve gaz, elektrik enerjisi, havacılık ve savunma, otomotiv ve sağlık gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Mobil Gömülü Sistemler:
Mobil gömülü sistemler, hareket halindeyken kullanılabilen küçük, taşınabilir cihazlardır. Genellikle mobil ortamlarda kullanılırlar ve pille çalışabilirler. Bu sistemler kablosuz iletişim özelliklerine sahip olabilir ve diğer sistemlerle iletişim kurabilirler. Mobil gömülü sistemler, sensörler aracılığıyla bilgi toplayabilir veya bir kullanıcı arayüzü aracılığıyla kullanıcı tarafından kontrol edilebilir. Mobil gömülü sistemler fabrikada veya ofiste kullanılabilir. Envanteri takip etmek, konumu izlemek veya barkodları taramak için kullanılabilirler. Mobil gömülü sistemler ayrıca analiz için buluta veri göndermek amacıyla da kullanılabilir.
Uygulamaya göre
Gömülü sistemlerin kontrolü:
Bu sistemler, süreçleri veya makineleri kontrol etmek için kullanılır.
İletişim gömülü sistemleri:
Bu sistemler, veri iletmek ve almak için kullanılır.
Tüketici gömülü sistemleri:
Bu sistemler, televizyonlar ve mikrodalga fırınlar gibi tüketicilere yönelik ürünlerde kullanılır.
Endüstriyel gömülü sistemler:
Bu sistemler, fabrika otomasyonu gibi endüstriyel uygulamalarda kullanılır.
gömülü sistem uygulamaları
Gömülü kontrolörler, küçük boyutları, yüksek güvenilirlikleri, güçlü işlevsellikleri, esneklikleri ve kullanım kolaylıkları sayesinde endüstri, tarım, eğitim, ulusal savunma, bilimsel araştırma ve günlük yaşam gibi çeşitli alanlara yayılmıştır.
Endüstriyel
Endüstriyel kontrol alanında, gömülü sistemler endüstriyel otomasyonun temel bileşenleridir. Bunlar arasında elektromekanik kontrol, endüstriyel robotlar, proses kontrolü, DDC kontrolü, DCS kontrolü, akıllı sensörler ve geleneksel endüstriyel dönüşüm vb. yer almaktadır.
Enstrümantasyon
Akıllı cihazlar, akıllı sayaçlar, kromatograflar, osiloskoplar vb. gibi tıbbi ekipmanlar bulunmaktadır.
Aydınlatma sistemi
Telekomünikasyon alanında yaygın olarak kullanılan gömülü sistemler arasında genellikle akıllı hat işletim kontrolü, güneş enerjili sokak lambaları, trafik ışıkları vb. yer alır.
Gezinti denetimi
Gömülü sistemler ayrıca füze kontrolü, torpido güdümü, havacılık ve uzay navigasyon sistemleri, elektronik sinyal bozma sistemleri vb. alanlarda da kullanılmaktadır.
Sivil ekipman
Günlük hayatımızda, terminallerde, elektronik oyuncaklarda, kameralarda, projektörlerde, hırsızlık önleme kontrol cihazlarında vb. yer alan gömülü sistemleri görebilirsiniz.
İletişim ve ağ
Bilgisayarlar, cep telefonları ve TV set üstü kutuları gibi ürünlerin hepsinde gömülü sistemler bulunmaktadır.
Tarım
tarımda su tasarrufu kontrol sistemi, topraksız yetiştirme teknolojisi, akıllı tohum mühendisliği vb.
