gömülü sistem

Entegre bir sistem içerisinde yer alarak içinde bulunduğu sistemi elektronik donanım ve yazılım sayesinde akıllı bir hale getiren sisteme gömülü sistem denir. Günümüzde yaşantımızın bir parçası haline gelmiş olan bilgisayar, cep telefonu, hesap makinesi, televizyon, video kameralar, güvenlik sistemler, buzdolabı gibi saymakla bitmeyecek birçok aygın içerisinde gömülü sistem vardır.

Belli bir görevi yerine getirmek amacıyla tasarlanmış olan gömülü sistemin çekirdeği, mikroişlemci ya da mikrodenetleyicilerden oluşur. Gömülü sistemin belli bir amacı yerine getirmek üzere tasarlanmış donanım ve yazılım entegrasyonundan oluştuğunun bir örneği tarayıcılardır. Tarayıcılar, bir belgeyi tarayarak, elektronik ortama taşıyan tek bir işlev fonksiyonuna sahiptirler.

Gömülü Sistemin Tarihi

Gömülü sistemin belirli bir amacı yerine getirmek üzere tasarlanan donanımlar olduğuna gömülü sistem nedir? Başlığımızda bahsetmiştik. Sistem belli bir amacı yerine getirmek üzere tasarlandığı için, gömülü sistemi tasarlayan tasarım mühendisleri; ürünün boyutu ve maliyetini azaltarak sistemi uygun hale getirirler. Ardından aynı amacı yerine getirmek üzere tasarlanıp uygun hale getirilen gömülü sistemler seri üretim ile milyonlarca üretilerek yüksek kazançlar bırakırlar.

Gömülü sistemin tarihi 1960 yıllarına dayanmaktadır. Bir uzay görevinde kullanılmak üzere; Charles Stark Draper, Apollo Komuta Modülü ve Ay Modülü üzerine kurulu dijital sistem Apollo Kılavuz Bilgisayarların boyutunu ve ağırlığını azaltmak üzere 1961 yılında, bütünleşmiş devre ( IC )’yi geliştirerek, bir bilgisayar sistemi üzerinde astronotların uçuş verilerinin gerçek zamanlı olarak toplanmasına yardımcı olmuştur.

Gömülü sistemin tarihteki ilk kullanımından sonra, gömülü sistem üzerindeki çalışmalar artmış ve geliştirmeleri hızla devam etmiştir.1965 yılına geldiğimizde, Boein’in bir parçası olan Autonetics, Minuteman’ın füze rehberli sistemi üzerinde kullanılan D-17B adlı adlandırılan ilk seri gömülü sistem geliştirilmiştir. Füzeler üzerindeki geliştirmeleri devam eden gömülü sistem çalışmaları neticesinde yüksek hacimli entegre devrelerin kullanımıyla NS-17 füze sistemleri geliştirildi.

Gömülü sistemin tarihi; uzay sistemleri ve füze sistemleri üzerinde yıllar içerisinde hep havacılık sistemi üzerinde geliştirilirken, ilk kez kara sistemleri üzerindeki çalışması 1968 yılını bulmuştur. 1968 yılında Volkswagen 1600 adlı arabanın elektronik yakıt enjeksiyon sistemlerinin kontrolü için mikroişlemci göreviyle kullanılmıştır.

Gömülü sistemin dijital ortam ile tanışması, ilk çıkışı tarihine baktığımız zaman biraz geç olmuştur. Gömülü sistemin dijital ortam ile tanışması 1987 yılını bulmuştur. 1987 yılında Wind River tarafından VxWorks adlı sistemde, ardından 1996 yılında Microsoft firmasının Windows Embedded CE adlı sistemi üzerinde kullanılmıştır. Gömülü sistem; 1990 yılında ise Linux işletim sistemi üzerinde kullanılmıştır.

Mikrodenetleyici, Mikroişlemci Nedir?

Gömülü sistem nedir? Gömülü sistemin tarihi gibi konulara değindik. Gömülü sistem donanımı ve yazılımı konularına geçmeden önce konuya daha hâkim olabilmek açısından mikrodenetleyici, mikroişlemci kavramlarını öğrenmemizde fayda var.

Mikroişlemci: Ana işlem birimi ( CPU ) olan, fonksiyonları tek bir yarı iletken üzerine tasarlanmış. Tümleşik bir devrenin ( IC ), ile entegre edilerek istenildiği gibi programlanabilen sayısal bir elektronik bileşendir.

Mikrodenetleyici: Yonsa seti ( chip ) üzerinde; mikroişlemci ( microprocessor ), bellek ( memory ), sayısal ( lojik ) giriş ve çıkışlar ( I/O ) ve gereken diğer çevre birimlerini (zamanlayıcılar, sayaçlar, kesiciler, analogtan sayısala çeviriciler ) bileşenlerinin birleştirildiği mikrobilgisayarlardır.

Gömülü Sistem Donanımı

Gömülü sistem donanımı, gerçek zamanlı işlemleri hesaplamak üzere tasarlanmış, mikroişlemci veya mikrodenetleyici tabanlı bir devrenin kalbidir. Önceki başlığımızda tanımladığımız mikroişlemci ve mikrodenetleyiciler, görsel olarak birbirinden ayırt edilemez fakat içerik bileşenlerinin kapsamıyla ayırt edilebilirler. Bu yüzden merkezi işlem birimi ( CPU ) bir işlemi yaparken, bellek yongaları gibi ek bileşenlere ihtiyaç duyarken, mikro denetleyiciler kendi kendine yeten sistemler olarak tasarlanmıştır.

Mikrodenetleyiciler, sadece CPU değil diğer çevre birimlerini de içerdikleri için genellikle daha karmaşık görevlerde kullanılırlar. Mikrodenetleyiciler; taşıtlar, robotlar, tıbbi cihazlar ve aletleri gibi aletlerin kısımlarımda kullanılırlar.

Gömülü Sistem Yazılımı

En basit cihazların çıplak metaller üzerinde çalıştığı çip işlemcileri, makine kodu dili kullanılarak programlanır. Endüstriyel alanda kullanılan bir mikroişlemci ile kurumsal masaüstü bilgisayarlarda yer alan mikro işlemci karşılaştırıldığında, daha basit ve daha az bellek yoğun bir programa ortamına bağlı olduğu gözlemlenir.

Programlama dilleri üzerine tasarlanmış gömülü sistem yazılımları, gerçek zamanlı çalışma ortamlarının servis edilmesi amacıyla, işletim sistemleri üzerinde kullanılmışlardır. Linux işletim sisteminin birçok sürümünde yaygın olarak kullanılan gömülü sistem yazılımları, Embedded Java ve Windows IoT dâhil olmak üzere birçok ayrıştırılmış işletim sisteminde de kullanılmaktadır.

Bir donanımdan oluşmayan fakat bir sistemin işleyişini komuta eden gömülü sistem yazılımlarının saklanması; harici hard diskler, flaş bellek, cd veya dvd gibi depolama ürünlerinde gerçekleştirilebilir.

Gömülü Sistemlerin Tasarımı

Gömülü sistem tasarımı aşamasında yazılımcı ve donanımcılar ortak çalışmalar yaparlar, çünkü gömülü sistem yazımızda da belirttiğimiz üzere donanım ve yazılım olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Bu iki ana bölümün birbirinden bağımsız olduğu düşünülemez, iç içe geçmiş olan bu iki etken sistemin bütünlüğünün sağlanması için oldukça önemlidir. Gömülü sisteme yaptırılmak istenen görev sayısı arttıkça, sistemin karmaşıklığı artar ve bu yüzden gömülü sistem donanıma doğru komutlar gönderecek detaylı gömülü sistem yazılımlarına ihtiyaç duyulur.

Gömülü sistemlerin tasarımlarını gerçekleştirecek olan mühendislerin; donanım, yazılım, kontrol sistemleri gibi birçok alanda bilgi sahibi olmaları gerekir. Yıllarca hatası bir şekilde verimli çalışacağı düşünülerek tasarlanan gömülü sistemlerin kullanım alanları farklı tasarımları da beraberinde getirir. Örneğin gömülü sistem donanımının içerisinde yer alan gömülü sistem yazılımları tasarlanırken; banka sistemleri, askeri sistemler, uzay – havacılık sistemleri üzerinde yer alan gömülü sistem yazılımları, kişisel bir bilgisayarda kullanılması planlanan gömülü sistem yazılıma göre çok daha kompleks bir yapıda olduğu için daha dikkatli bir şekilde geliştirilip, test edilmektedir.

Gömülü sistem tasarımlarında; disket sürücü, anahtar, buton gibi mekanik parçaların güvenirliği flaş bellek gibi statik parçalara kıyasla daha az olduğu için tercih edilmez. Gömülü sistem tasarımcıları, hatalarının gösterilmesi için sistem üzerinde LED kullanımlarını tercih ederler. Gömülü sistem tasarım gereksinimleri şunlardır:

  • İşlemci Gücü
  • Bellek Yapısı ve Özellikleri
  • Geliştirme Maliyeti
  • Birim Üretim hacmi
  • Beklenilen yaşam süresi
  • Güvenlik
  • Stabilite

Gömülü Sistemlerin Kullanım Alanları

Gömülü sistemlerin tarihçesinde; uzay – havacılık ile başlayan yolculuğun otomobiller ve bilgisayar şeklinde devam ettiğinden bahsetmiştik. Günümüzde ise; abs fren sistemleri, hava savunma sistemleri, tıbbi ekipmanlar başta olmak üzere birçok alanda kullanıldığını söyleyebiliriz. Birçok kritik görevi yerine getirmek amacıyla tasarlanan gömülü sistemlerde oluşabilecek hatalar mal ve can kayıplarına yol açabilir bu yüzden gömülü sistem tasarımları gerçekleştirilirken, güvenilir ve hataları tolere edebilir olmaları çok önemlidir.

Örneğin; bir çamaşır makinesi, bir oyunca gibi sistemler üzerine entegre edilmiş gömülü sistemlerin hatalı çalışması çok büyük bir sorun oluşturmaz fakat bir uçağın pilot sistemindeki gömülü sistemin hatalı çalışması birçok insanın hayatını tehlikeye atabilir.

Gömülü Sistem Örnekleri

  • Banka ATM’leri
  • Eylemsiz rehber sistemleri, uçuş kontrol donanım/yazılımı ve uçak ve füzelerdeki diğer tümleşik sistemlerden oluşan havacılık elektroniği parçaları
  • Yönlendirici ( router ), timeserver ve güvenlik duvarı (firewall) gibi bilgisayar ağ ekipmanları
  • Bilgisayar yazıcıları
  • Fotokopi makineleri
  • Disket sürücüler ( floppy disket sürücüler ve sabit disk sürücüler )
  • Termostat, klima, sprinkler ve güvenlik izleme sistemleri gibi ev otomasyonu ürünleri
  • Hesap makineleri
  • Mikro dalga fırınlar, çamaşır makinesi, televizyon setleri ve DVD oynatıcı/kaydedici gibi ev elektroniği ürünleri
  • Tıbbi ekipmanlar
  • Çok işlevli kol saatleri
  • İnternet radyo alıcıları, TV set top box, ve dijital uydu alıcılar gibi çoklu ortam uygulamaları
  • Çok işlevli yazıcılar
  • PDA’lar gibi küçük avuç içi bilgisayarlar
  • PDA ve Java destekli gelişmiş cep telefonları
  • Endüstriyel otomasyon ve izleme için PLC’ler
  • Video oyun konsolları ve avuç içi oyun konsolları
  • Taşınabilir bilgisayarlar

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here