الراوي: في هذا الدرس،
سنبدأ بالحديث عن بعض الأنظمة المدمجة.
الآن، عندما نتحدث عن النظام
المضمن، فهذا نظام كمبيوتر
مصمم لأداء وظيفة محددة ومخصصة.
الآن، في كثير من الأحيان عندما نتحدث
عن نظام مضمن، فإننا
نتحدث عن أشياء أكثر في مجال التصنيع أو مجال الأتمتة.
لذلك قد يكون لدينا متحكم دقيق
في نظام التنقيط الطبي له وظيفة واحدة.
إنه لقياس كمية السائل الذي يمر عبر
تلك الآلة إلى الوريد الخاص بك حتى تتمكن من إعطاء
المريض ما يحتاج إليه.
قد يكون لديك واحد
آخر لنظام التحكم في محطة معالجة المياه.
ومسؤوليتها هي التأكد
من تدفق المياه بمعدل معين.
وسوف يقومون بفتح أو إغلاق الصمامات للتأكد
من أننا نحافظ على هذا القدر من التدفق عبر النظام.
هذه هي فكرة النظام المدمج.
ويمكن أن يكون جهازًا بسيطًا للغاية أو يمكن
أن يكون معقدًا تمامًا ويحتوي
على نظام تشغيل كامل مثل Linux أو Android يُستخدم
لتشغيل هذا النوع من الأنظمة.
هذا يعتمد فقط.
الآن، في هذا الدرس تحديدًا،
سأركز أكثر على الأنظمة المدمجة المحددة التي
لها وظيفة واحدة ولديها
نظام تشغيل مخصص خاص بها أو معالجات
دقيقة للقيام بهذه الوظيفة.
على سبيل المثال، في منزلي، لدي عداد ذكي.
لذلك، إذا خرجت إلى الجانب الذي أسكن فيه
من منزلي، يمكنني أن أنظر إلى عداد
الكهرباء الموجود في منزلي وسيخبرني كم كيلووات في الساعة أستخدمه
وكم استهلكته مع مرور الوقت.
الآن، هذه المعلومات متصلة بالإنترنت حتى لا تضطر
شركة الكهرباء إلى إرسال
شخص ما إلى منزلي لقراءة هذا
العداد مرة واحدة في الشهر.
وبدلا من ذلك، يتم كل ذلك إلكترونيا الآن.
يفعلون ذلك عن طريق استخدام أجهزة المودم
الخلوية ويتصل عبر الشبكة الخلوية
مرة أخرى عبر الإنترنت بمقرهم الرئيسي وخوادمهم
لتغذية البيانات التي استخدمناها لاستهلاك
الطاقة.
إذا نظرت إلى جهاز القياس الخاص بك
في منزلك، فمن المحتمل أن يكون لديك شيء يبدو مشابهًا إلى حد كبير.
الآن، تعتبر هذه الأنواع من الأنظمة
المدمجة بيئات ثابتة حيث لا يتم إجراء
تغييرات متكررة أو السماح بها.
إذن متى كانت آخر مرة قمت فيها بترقية البرنامج على عداد
الكهرباء لديك على سبيل المثال؟
ربما لم تفعل ذلك أبدًا.
وربما لا تقوم شركة الطاقة بذلك بشكل
متكرر أيضًا.
هذه هي فكرة هذه الأنظمة المدمجة.
إنها نظام مبسط للغاية تم
تصميمه للقيام لغرض واحد وهدف واحد فقط.
ومن خلال القيام بذلك، فإن ذلك يساعدهم على أن يصبحوا أكثر أمانًا لأنه
ليس لديهم الكثير من التعليمات البرمجية الإضافية.
ولكن إذا لم يتم وضع هذا الكود
الأصلي في مكانه الصحيح، فسيصبح من الصعب
إجراء التحديثات لأن هذه الأشياء
لم يتم تصميمها بحيث تتمكن من الحصول
على تحديثات البرامج بشكل متكرر.
ولهذا السبب، غالبًا
ما تتمتع الأنظمة المضمنة بدعم قليل جدًا
لتحديد المشكلات الأمنية وتصحيحها.
لا يمكنك الاتصال بشركة الكهرباء
وإخبارهم أن يأتوا لتأمين عدادك.
هذا ليس جزءًا مما سيفعلونه من أجلك.
سوف يقومون بذلك بالطريقة التي
يريدونها لأنها أجهزتهم.
وفي كثير من الأحيان، إذا كان لديك نظام مضمن داخل
مصنعك أو داخل مصنعك، وإذا كنت في منطقة تصنيع، فسيكون
لديك دعم محدود من تلك الشركة المصنعة.
وبالتالي فإن هذه هي المنطقة
التي تريد فيها حقًا توصيل كل
هذه الأجهزة بشبكة منفصلة وعدم
توصيلها مرة أخرى بالإنترنت بشكل عام حيث يمكن أن
تكون هذه منطقة ضعف كبيرة بالنسبة لك.
الآن، عندما نتحدث عن الأنظمة
المدمجة، هناك مصطلح يسمى PLC،
وهو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.
هذا نوع من أجهزة الكمبيوتر تم تصميمه للنشر
في البيئة الصناعية أو الخارجية ويمكنه
أتمتة أنظمتنا الميكانيكية الحديثة.
الآن، عندما تفكر في PLC، أريدك
أن تفكر في شيء مثل التصنيع الذي سيفتح
أو يغلق صمامًا للسماح بدخول كمية
أكبر أو أقل من الماء.
هذه هي فكرة PLC.
إنها وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.
الآن، تعمل أجهزة PLC هذه على البرامج الثابتة،
لأنها، مرة أخرى، أنظمة مضمنة.
وبالتالي، يمكن تصحيح البرامج الثابتة، وهي عبارة عن برامج
مثبتة على شريحة، وإعادة برمجتها
لإصلاح نقاط الضعف عند حدوثها.
ولكن مرة أخرى، هناك عملية محددة جدًا وعادةً
ما يكون هناك دعم محدود من الشركة المصنعة.
ليس الأمر مثل Microsoft
حيث سيعطونك تصحيحًا كل يوم ثلاثاء.
مع هذه الشركات المحدودة العامة، قد تحصل على التصحيح كل
ستة أشهر، أو سنة، أو سنتين.
عادة ما يكون هناك وقت طويل جدًا بين التصحيحات.
الآن، الشيء الآخر الذي نريد التحدث عنه
هو بعض أنظمة التشغيل التي يستخدمونها.
إذًا هناك هذا الشيء المعروف باسم RTOS،
وهو نظام تشغيل في الوقت الفعلي.
الآن، هذا هو نوع نظام التشغيل
الذي يعطي الأولوية للتنفيذ الحتمي للعمليات.
وهذا سيساعدنا على ضمان الاستجابة المتسقة
للمهام الحرجة للوقت.
الآن، فكر في هذا.
إذا كنت تقوم بتشغيل شيء يجب أن يفتح أو يغلق صمامًا
داخل محطة نووية، فهل لديك القدرة
على جعل ذلك غير متصل بالإنترنت في أي وقت؟
ربما لا، أليس كذلك؟
حسنًا، هذه هي الفكرة التي سنستخدم فيها نظام RTOS،
وهو نظام تشغيل في الوقت الفعلي.
وذلك لأن الكثير من أنظمتنا المضمنة
لا يمكنها عادةً تحمل عمليات إعادة التشغيل أو الأعطال
ويجب أن يكون لديها أوقات استجابة
يمكن التنبؤ بها خلال أجزاء من الثانية.
لذا، إذا كنت أقوم ببناء
شيء يمكنه تشغيل أجزاء من الطائرة، فهذا سيساعد
الطيار الآلي على الطيران، ومع حاجة الطيار
الآلي إلى إجراء تعديلات على الأجنحة
كل بضعة أجزاء من الثانية، حسنًا، هذا شيء نريده
استخدام نظام التشغيل في الوقت الحقيقي
ل.
لا يمكننا استخدام نظام Windows القياسي لذلك.
إنها ليست سريعة بما فيه الكفاية أو قوية بما فيه الكفاية.
وهو عرضة لإعادة التشغيل أو التعطل، وهو عبارة
عن تصحيحات أمنية وكل تلك الأشياء الأخرى.
لذا، عندما تسمع هذا المصطلح، فكر في نظام التشغيل
RTOS باعتباره نوع نظام التشغيل الذي يتم
استخدامه غالبًا مع الأنظمة المدمجة،
خاصة في التطبيقات المهمة.
الآن، هناك طريقة أخرى يمكننا من خلالها
القيام بذلك وهي استخدام ما يسمى بالنظام على الشريحة.
وهذا شكل آخر من أشكال الأنظمة المدمجة.
هذا هو المكان الذي يدمج فيه معالجنا
وظائف النظام الأساسي لوحدات تحكم منطقية متعددة
في شريحة واحدة.
الآن، يمكن أن يكون هذا النظام الموجود على الشريحة موفرًا للطاقة للغاية،
وبالتالي يتم استخدامه غالبًا مع الأجهزة الأصغر التي
تحتاج إلى نظام مضمن.
لذا، إذا كنت بحاجة إلى
إنشاء شيء يحتوي على نظام
مدمج ويكون صغيرًا جدًا بحيث يمكن وضعه في جيبي،
فعادةً ما يستخدم ذلك شيئًا مثل نظام على شريحة.
إذا كنت تستخدم شيئًا مثل
Roomba أو المكنسة الكهربائية
الروبوتية، فإن هؤلاء يستخدمون عقلية النظام على الشريحة
لأنهم يحاولون وضع كل هذه المعلومات على
شريحة واحدة، لأنها تشغل مساحة أقل مرة
أخرى وبالتالي يمكنك ترك مساحة أكبر للأجزاء العاملة
التي تحتاجها، مثل المكنسة الكهربائية.
يشير النظام على شريحة إلى نوع من الدوائر المتكاملة
التي تحتوي على جميع مكونات نظام الكمبيوتر
على شريحة واحدة.
يتضمن ذلك المعالج، والذاكرة، ووحدة التخزين، ومعالج
الرسومات، والأجهزة الطرفية، وأشياء
مثل وحدات تحكم USB، ودوائر إدارة الطاقة، وأجهزة
الراديو اللاسلكية لشبكة wifi أو Bluetooth.
من الأمثلة الرائعة على النظام الموجود على شريحة هو Raspberry
Pi، الذي يحتوي على جهاز كمبيوتر كامل
موجود على شريحة واحدة.
الآن، سيتم دمج العديد من هذه
الأنظمة على الرقائق في أجهزة أخرى
مثل أجهزة التلفاز الذكية وأجهزة الاستقبال، مثل أجهزة البث
Amazon Fire TV وRoku وApple TV.
أصبحت تصميمات النظام على الرقاقة شائعة
جدًا نظرًا لاستخدامها المنخفض
للطاقة وأدائها اللائق وعامل الشكل الصغير.
على سبيل المثال، إذا كان لديك جهاز Roku أو Fire TV Stick،
فهذه الأجهزة بحجم محرك أقراص USB صغير.
ومع ذلك، فهي توفر وظيفة تلفزيون ذكي تعمل بشكل كامل
في أي تلفزيون موجود ويمكنها
معالجة دفق الفيديو عبر اتصال
لاسلكي باستخدام هذه الأجهزة.