ผู้บรรยาย: ในบทนี้
เราจะเริ่มพูดถึงระบบฝังตัวบางระบบ
เมื่อเราพูดถึงระบบฝังตัว
นี่คือระบบคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่เฉพาะและเฉพาะ
ตอนนี้ บ่อยครั้งเมื่อเราพูดถึงระบบฝังตัว
เรากำลังพูดถึงสิ่งอื่นๆ
ในพื้นที่การผลิตหรือพื้นที่การทำงานอัตโนมัติ
ดังนั้นเราอาจมีไมโครคอนโทรลเลอร์ในระบบน้ำหยดทางการแพทย์ที่มีงานเดียว
เป็นการวัดปริมาณของเหลวที่ผ่านเครื่องนั้นและเข้าสู่
IV ของคุณ เพื่อให้คุณสามารถให้สิ่งที่ผู้ป่วยต้องการได้
คุณอาจมีอีกอันหนึ่งสำหรับระบบควบคุมที่โรงบำบัดน้ำ
และหน้าที่รับผิดชอบคือต้องแน่ใจว่าน้ำไหลผ่านในอัตราที่กำหนด
และพวกเขาจะเปิดหรือปิดวาล์วเพื่อให้แน่ใจว่าเรารักษาปริมาณที่ไหลผ่านระบบ
นี่คือแนวคิดของระบบฝังตัว
และอาจเป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่ายมากๆ หรืออาจเป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนและมีระบบปฏิบัติการเต็มรูปแบบ
เช่น Linux หรือ Android ที่ใช้ในการรันระบบประเภทนี้
มันขึ้นอยู่กับ
ตอนนี้ ในบทเรียนนี้ ฉันจะเน้นเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบฝังตัวที่มีฟังก์ชันเดียว
และมีระบบปฏิบัติการหรือไมโครโปรเซสเซอร์เฉพาะของตนเองเพื่อทำหน้าที่ดังกล่าว
เช่น ที่บ้านฉันมีสมาร์ทมิเตอร์
ดังนั้น ถ้าฉันออกไปข้างบ้าน ฉันสามารถดูมิเตอร์ไฟฟ้าที่บ้านของฉันได้
และมันจะบอกว่าฉันใช้ไปกี่กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง และใช้เวลาไปเท่าไร
ตอนนี้ข้อมูลนี้เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตแล้ว ดังนั้นบริษัทไฟฟ้าจึงไม่ต้องส่งคนมาที่บ้านเพื่ออ่านมิเตอร์นี้เดือนละครั้ง
ตอนนี้ทุกอย่างทำด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์แทน
พวกเขาทำสิ่งนี้โดยใช้โมเด็มเซลลูลาร์และเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายเซลลูลาร์กลับทางอินเทอร์เน็ตไปยังสำนักงานใหญ่และเซิร์ฟเวอร์เพื่อป้อนข้อมูลของสิ่งที่เราใช้สำหรับการใช้พลังงาน
หากคุณดูที่มิเตอร์ที่บ้าน
คุณอาจมีบางอย่างที่คล้ายกันมาก
ปัจจุบัน ระบบฝังตัวประเภทนี้ถือเป็นสภาพแวดล้อมแบบสแตติกซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงหรืออนุญาตบ่อยครั้ง
คุณอัปเกรดซอฟต์แวร์บนมาตรวัดไฟฟ้าครั้งสุดท้ายเมื่อใด
คุณอาจไม่เคยมี
และบริษัทผลิตไฟฟ้าก็คงไม่ทำบ่อยนักเช่นกัน
นั่นคือแนวคิดของระบบฝังตัวเหล่านี้
พวกเขาเป็นระบบที่ถอดแบบมากซึ่งทำขึ้นเพื่อจุดประสงค์เดียวและจุดประสงค์เดียวเท่านั้น
และการทำเช่นนี้จะช่วยให้พวกเขาปลอดภัยมากขึ้นเพราะพวกเขาไม่มีรหัสพิเศษมากมาย
แต่ถ้าโค้ดต้นฉบับนั้นไม่ได้ถูกสร้างให้อยู่ในสภาพที่ดี
การอัปเดตนั้นทำได้ยากเนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่ได้สร้างมาเพื่อให้สามารถรับการอัปเดตซอฟต์แวร์ได้บ่อยครั้ง
ด้วยเหตุนี้ ระบบฝังตัวจึงมักมีการสนับสนุนน้อยมากสำหรับการระบุและแก้ไขปัญหาด้านความปลอดภัย
คุณไม่สามารถเรียกบริษัทไฟฟ้าและบอกให้พวกเขามารักษาความปลอดภัยมิเตอร์ของคุณได้
นั่นไม่ใช่ส่วนหนึ่งของสิ่งที่พวกเขากำลังจะทำเพื่อคุณ
พวกเขาจะทำตามที่พวกเขาต้องการเพราะเป็นอุปกรณ์ของพวกเขา
และบ่อยครั้งหากคุณมีระบบฝังตัวภายในโรงงานหรือภายในโรงงานของคุณ
หากคุณอยู่ในพื้นที่การผลิต คุณจะได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตรายนั้นอย่างจำกัด
และนี่คือพื้นที่ที่คุณต้องการนำอุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้เข้าสู่เครือข่ายแยกต่างหากและไม่ต้องเชื่อมต่อกลับเข้ากับอินเทอร์เน็ตในวงกว้าง
ซึ่งนี่อาจเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีความเสี่ยงสำหรับคุณ
ตอนนี้ เมื่อเราพูดถึงระบบฝังตัว
จะมีคำที่เรียกว่า PLC ซึ่งเป็นตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้
นี่คือประเภทของคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมหรือกลางแจ้ง
และสามารถทำให้ระบบกลไกสมัยใหม่ของเราเป็นอัตโนมัติได้
ตอนนี้ เมื่อคุณนึกถึง PLC ฉันอยากให้คุณนึกถึงบางอย่าง
เช่น การผลิตที่กำลังจะเปิดหรือปิดวาล์วเพื่อให้น้ำเข้ามามากหรือน้อย
นั่นคือแนวคิดของ PLC
เป็นตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้
ตอนนี้ PLC เหล่านี้ทำงานบนเฟิร์มแวร์เพราะเป็นระบบฝังตัว
ดังนั้นเฟิร์มแวร์ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์บนชิปจึงสามารถแพตช์และตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อแก้ไขช่องโหว่เมื่อเกิดขึ้น
แต่อีกครั้ง มีกระบวนการที่เฉพาะเจาะจงมากและมักจะได้รับการสนับสนุนจากผู้ผลิตอย่างจำกัด
ไม่เหมือนกับ Microsoft ที่พวกเขาจะออกแพตช์ให้คุณทุกวันอังคาร
ด้วย PLC เหล่านี้ คุณอาจได้รับโปรแกรมแก้ไขทุกๆ หกเดือน
หรือหนึ่งปี หรือสองปี
โดยปกติแล้วจะใช้เวลานานมากในระหว่างแพตช์
อีกอย่างที่เราอยากพูดถึงคือระบบปฏิบัติการเหล่านี้บางระบบที่พวกเขาใช้
มีสิ่งนี้ที่เรียกว่า RTOS ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการตามเวลาจริง
นี่คือระบบปฏิบัติการประเภทหนึ่งที่จัดลำดับความสำคัญของการดำเนินการตามกำหนด
และสิ่งนี้จะช่วยให้เรามั่นใจได้ถึงการตอบสนองที่สม่ำเสมอสำหรับงานที่สำคัญต่อเวลา
ทีนี้ลองคิดดูสิ
หากคุณกำลังใช้งานบางอย่างที่ต้องเปิดหรือปิดวาล์วภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
คุณสามารถทำให้สิ่งนั้นออฟไลน์ได้ตลอดเวลาหรือไม่
คงไม่ใช่ใช่ไหม?
นั่นคือแนวคิดที่เราจะใช้ RTOS ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์
นี่เป็นเพราะระบบฝังตัวของเราส่วนใหญ่ไม่สามารถทนต่อการรีบูตหรือการหยุดทำงาน
และพวกเขาจะต้องมีเวลาตอบสนองที่สามารถคาดเดาได้ภายในมิลลิวินาที
ดังนั้น ถ้าผมสร้างบางสิ่งที่จะบังคับส่วนต่างๆ
ของเครื่องบิน นั่นจะช่วยให้นักบินอัตโนมัติบินได้ และนักบินอัตโนมัติต้องปรับปีกทุกๆ สองสามมิลลิวินาที
นั่นคือสิ่งที่เราต้องการ ใช้ระบบปฏิบัติการตามเวลาจริงสำหรับ
เราไม่สามารถใช้ระบบ Windows มาตรฐานสำหรับสิ่งนั้นได้
มันไม่เร็วพอหรือแรงพอ
และอาจมีการรีบูตหรือแครช และแพตช์ความปลอดภัย
และสิ่งอื่นๆ ทั้งหมด
ดังนั้น RTOS เมื่อคุณได้ยินคำนั้น ให้คิดว่านี่คือประเภทของระบบปฏิบัติการที่มักใช้กับระบบฝังตัว
โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่สำคัญ
อีกวิธีหนึ่งที่เราสามารถทำได้คือการใช้สิ่งที่เรียกว่าระบบบนชิป
นี่เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของระบบฝังตัว
นี่คือจุดที่โปรเซสเซอร์ของเรารวมฟังก์ชันการทำงานของแพลตฟอร์มของคอนโทรลเลอร์แบบลอจิคัลหลายตัวไว้ในชิปตัวเดียว
ขณะนี้ ระบบบนชิปนี้สามารถประหยัดพลังงานได้มาก และดังนั้นจึงมักใช้กับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่จำเป็นต้องมีระบบฝังตัว
ดังนั้น หากฉันต้องการสร้างบางสิ่งที่จะมีระบบฝังตัวและมีขนาดเล็กมากที่สามารถใส่ในกระเป๋าของฉันได้
ฉันมักจะใช้บางอย่าง เช่น ระบบบนชิป
หากคุณกำลังใช้บางอย่าง
เช่น Roomba หรือหุ่นยนต์ดูดฝุ่น
คนเหล่านี้ใช้แนวคิดแบบระบบบนชิป เพราะพวกเขาพยายามดึงข้อมูลทั้งหมดนั้นใส่ลงในชิปตัวเดียว
เพราะอีกทั้งยังใช้พื้นที่น้อยกว่า ดังนั้นคุณจึงมีพื้นที่เหลือมากขึ้นสำหรับชิ้นส่วนการทำงานที่คุณต้องการ
เช่น เครื่องดูดฝุ่น
ระบบบนชิปหมายถึงวงจรรวมชนิดหนึ่งที่มีส่วนประกอบทั้งหมดของระบบคอมพิวเตอร์ในชิปตัวเดียว
ซึ่งรวมถึงโปรเซสเซอร์ของคุณ หน่วยความจำ ที่เก็บข้อมูล
โปรเซสเซอร์กราฟิก และอุปกรณ์ต่อพ่วง
สิ่งต่างๆ เช่น คอนโทรลเลอร์ USB วงจรการจัดการพลังงาน
และวิทยุไร้สายสำหรับ wifi หรือบลูทูธ
ตัวอย่างที่ดีของ system-on-a-chip คือ Raspberry
Pi ซึ่งมีคอมพิวเตอร์ที่ครบครันซึ่งอยู่บนชิปตัวเดียว
ตอนนี้ ระบบบนชิปจำนวนมากเหล่านี้กำลังจะฝังลงในอุปกรณ์อื่นๆ
เช่น สมาร์ททีวีและกล่องรับสัญญาณ เช่น Amazon Fire TV, Roku
และอุปกรณ์สตรีมมิ่ง Apple TV
การออกแบบระบบบนชิปได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากการใช้พลังงานต่ำ
ประสิทธิภาพที่เหมาะสม และฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็ก
ตัวอย่างเช่น หากคุณมี Roku หรือ Fire TV Stick สิ่งเหล่านี้จะมีขนาดเท่ากับธัมบ์ไดรฟ์
USB
พวกเขายังมีฟังก์ชั่นสมาร์ททีวีที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในโทรทัศน์ที่มีอยู่และสามารถประมวลผลการสตรีมวิดีโอผ่านการเชื่อมต่อไร้สายโดยใช้อุปกรณ์เหล่านี้