هرآنچه باید درباره سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems) بدانید

احتمالا بارها اسم سیستم تعبیه‌شده (Embedded System) را شنیده‌اید و فکر کرده‌اید با مفهومی پیچیده و تخصصی طرف هستید. ولی واقعیت این است که این فناوری در زندگی‌مان حضور پررنگی دارد.

ماشین لباس‌شویی که زمان باقی‌مانده شست‌وشو را به ما می‌گوید، دستگاه کارت‌خوانی که تراکنش‌های مالی را در چند ثانیه انجام می‌دهد و بسیاری موارد دیگر نمونه‌هایی واقعی از امبدد سیستم‌ها هستند.

البته این فقط ظاهر کار است. پشت صحنه، ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار با دقت کنار هم قرار گرفته‌اند تا این عملکردهای هوشمند را ممکن کنند.

در این مطلب شما را با امبدد سیستم‌ها آشنا می‌کنیم تا یکبار برای همیشه این مفهوم را به سادگی یاد بگیرید.

سیستم تعبیه‌شده (Embedded System) چیست؟

سیستم تعبیه‌شده (Embedded System) ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار است که برای انجام یک یا چند کار مشخص ساخته می‌شود و معمولاً داخل یک دستگاه بزرگ‌تر قرار دارد.
برخلاف رایانه‌های شخصی که کارهای مختلفی انجام می‌دهند، این سیستم‌ها فقط برای انجام وظایف خاص طراحی شده‌اند. بعضی از آن‌ها قابل برنامه‌ریزی‌ هستند و بعضی فقط یک کار ثابت را با دقت و سرعت بالا انجام می‌دهند.چون امبدد سیستم‌ها مخصوص یک هدف خاص ساخته می‌شوند، اغلب قدرت پردازشی کمتر، مصرف انرژی پایین‌تر و حافظه محدودی دارند.
سیستم‌های تعبیه‌شده را می‌توان در وسایلی مثل ماشین‌آلات صنعتی، لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، تجهیزات پزشکی، دوربین‌ها، ساعت‌های دیجیتال، اسباب‌بازی‌ها و گوشی‌های هوشمند دید.

سیستم‌های امبدد چطور کار می‌کنند؟

سیستم‌های تعبیه‌شده داخل دستگاه‌ها یا محصولات دیگر قرار دارند و کار خاصی را بدون نیاز به رابط کاربری پیچیده انجام می‌دهند. این سیستم‌ها از بخش‌های اصلی پردازنده (مثل میکروکنترلر یا میکروپروسسور)، حافظه و قطعات ورودی و خروجی تشکیل می‌شوند.

در واقع، حسگرها یا ورودی‌ها اطلاعاتی را از محیط می‌گیرند، پردازنده (مثل میکروکنترلر) آن‌ها را با استفاده از نرم‌افزار مخصوص پردازش می‌کند و نتیجه را از طریق خروجی‌ها (مثل نمایشگر یا عملگر) نشان می‌دهد.

کارکرد سیستم‌های امبدد در زندگی روزمره

برای مثال، در یک ترموستات، حسگر دما را اندازه‌گیری کرده، پردازنده آن را بررسی می‌کند و تصمیم می‌گیرد سیستم گرمایش یا سرمایش را روشن یا خاموش کند. بسیاری از این سیستم‌ها می‌توانند به شبکه یا دستگاه‌های دیگر وصل شوند و داده رد و بدل کنند.

نرم‌افزاری که روی این سخت‌افزار نصب می‌شود، کار کل سیستم را کنترل می‌کند. این نرم‌افزار سبک و بهینه است و فقط کارهای ضروری را انجام می‌دهد.

 به همین دلیل، سیستم‌های تعبیه‌شده کوچک، ارزان، کم‌مصرف و قابل‌اعتماد هستند. آن‌ها به سرعت به ورودی‌ها واکنش نشان می‌دهند و خروجی مناسب را در زمان لازم تولید می‌کنند.

بسته به نوع کاربرد، این سیستم‌ها می‌توانند از مدارهای ساده تا ساختارهای پیشرفته‌تری مثل System on Chip (SoC) باشند.

 اجزای اصلی سیستم‌های امبدد چیست؟

امبدد سیستم مجموعه‌ای از سخت‌افزار و نرم‌افزار است که با هم کار می‌کنند تا یک کار مشخص را انجام دهند. اجزای اصلی آن شامل موارد زیر است:

بخش سخت‌افزاری سیستم تعبیه‌شده

در قسمت سخت‌افزار، یک میکروکنترلر یا میکروپروسسور وجود دارد که نقش مغز سیستم را دارد و کارهایی مثل کنترل حافظه و ورودی/خروجی‌ها را انجام می‌دهد.

اجزای اصلی سخت‌افزار شامل موارد زیر است:

• پردازنده (CPU یا MCU): بخش اصلی سیستم که برنامه‌ها را اجرا می‌کند. میکروکنترلرها (مثل ARM Cortex-M) اغلب حافظه و پورت‌های ورودی/خروجی را درون خود دارند.
• حافظه: شامل حافظه فلش برای ذخیره دائمی برنامه‌ها و حافظه RAM برای نگهداری موقت داده‌ها و متغیرها.
• ورودی/خروجی (I/O): پورت‌ها و وسایلی مثل UART ،SPI ،I2C، سنسورها و عملگرها که داده‌ها را وارد یا خارج می‌کنند.
• مبدل‌ها (ADC/DAC): مبدل ADC سیگنال‌های آنالوگ سنسورها را به دیجیتال تبدیل کرده و

DAC سیگنال دیجیتال را به خروجی آنالوگ تبدیل می‌کند.

• عملگرها (Actuators): وسایلی مثل موتور، LED یا نمایشگر LCD که سیگنال الکتریکی را به عمل فیزیکی تبدیل می‌کنند.

بخش نرم‌افزاری امبدد سیستم

در بخش نرم‌افزار، سیستم دارای فریم‌ور (Firmware) است؛ یعنی نرم‌افزار خاصی که روی سخت‌افزار اجرا می‌شود.
این نرم‌افزار ممکن است روی یک سیستم‌عامل بلادرنگ (RTOS) اجرا شود، یا بدون سیستم‌عامل و به‌صورت مستقیم روی سخت‌افزار کار کند.

برای توسعه نرم‌افزار این سیستم‌ها از ابزارهایی مثل کامپایلر، اسمبلر، دیباگر و محیط‌های برنامه‌نویسی (IDE) استفاده می‌شود که امکان تست و اشکال‌زدایی دقیق سخت‌افزار را فراهم می‌کنند.

انواع مختلف سیستم‌های تعبیه‌شده و تفاوت آن‌ها

سیستم‌های تعبیه‌شده براساس کاربرد، عملکرد و میزان پیچیدگی به چند دسته تقسیم می‌شوند:

۱. براساس نوع کاربرد

امبدد سیستم‌ها از نظر نوع کاربرد بسیار متنوع است، مثل:

• سیستم‌های تعبیه‌شده قابل حمل (Mobile Embedded Systems): سیستم‌های کوچک و کم‌مصرفی هستند که به‌راحتی جابه‌جا می‌شوند. مثل دوربین دیجیتال، گوشی هوشمند، تبلت.
• سیستم‌های تعبیه‌شده شبکه‌ای (Networked Embedded Systems): به شبکه متصل می‌شوند و با دستگاه‌های دیگر تبادل داده دارند. مثل سیستم‌های امنیتی خانه، دستگاه‌های خودپرداز (ATM)، وسایل هوشمند خانگی (IoT).
• سیستم‌های تعبیه‌شده مستقل (Standalone Embedded Systems): به‌صورت مستقل عمل می‌کنند و برای انجام یک وظیفه مشخص طراحی شده‌اند. مثل ماشین‌حساب رومیزی، پخش‌کننده MP3.
• سیستم‌های تعبیه‌شده بلادرنگ (Real-Time Embedded Systems): باید در زمان معین به ورودی‌ها پاسخ دهند و در کاربردهای حساس به زمان استفاده می‌شوند. مثل کنترل ترافیک هوایی، سیستم ترمز ضدقفل (ABS) خودرو، تجهیزات پزشکی و صنعتی.

۲. براساس مقیاس و پیچیدگی

سیستم‌های تعبیه‌شده را می‌توان از نظر عملکرد و پیچیدگی به سه دسته تقسیم کرد:

• سیستم‌های کوچک‌ که از میکروکنترلرهای ۸ بیتی استفاده می‌کنند.
• سیستم‌های متوسط با میکروکنترلرهای ۱۶ تا ۳۲ بیتی کار می‌کنند.
• سیستم‌های پیچیده که دارای پردازنده‌های قدرتمند، معماری چندپردازشی و قابلیت اجرای نرم‌افزارهای تخصصی هستند.

هرچه نیاز به عملکرد بالاتر باشد، سخت‌افزار و نرم‌افزار سیستم پیچیده‌تر می‌شود و به سیستم‌عامل‌های پیشرفته‌تری مثل لینوکس تعبیه‌شده یا VxWorks نیاز است.

مفهوم سیستم تعبیه‌شده بلادرنگ (Real-Time) چیست؟

سیستم‌های تعبیه‌شده‌ بلادرنگ، سیستم‌هایی هستند که باید در مدت زمان مشخصی به ورودی‌ها پاسخ دهند. اگر پاسخ دیرتر از این زمان داده شود، سیستم درست کار نکرده است. رعایت زمان تعیین‌ شده (Deadline) در این سیستم‌ها بسیار مهم است. این سیستم‌ها دو نوع دارند:

• بلادرنگ سخت (Hard Real-Time): حتی یک تاخیر کوچک هم غیرقابل قبول است. مثل سیستم ترمز ضدقفل خودرو که اگر پاسخ آن حتی کمی دیر شود، ممکن است باعث تصادف شود.
• بلادرنگ نرم (Soft Real-Time): کمی تاخیر اشکالی ندارد، ولی اگر تاخیر زیاد شود، مشکل ایجاد می‌کند.

در بیشتر این سیستم‌ها از سیستم‌عامل بلادرنگ (RTOS) استفاده می‌شود تا زمان‌بندی و ترتیب اجرای کارها دقیق انجام شود. چون پاسخ سریع خیلی مهم است، نرم‌افزار این سیستم‌ها طوری نوشته می‌شود که بار پردازنده زیاد نشود و پردازش‌های اضافی انجام نگیرد.

رابط کاربری در سیستم‌های تعبیه‌شده چگونه طراحی می‌شود؟

سیستم‌های امبدد رابط کاربری ساده‌ای دارند، چون نیازی به تعامل پیچیده مثل کامپیوترهای شخصی ندارند. بعضی از آن‌ها حتی هیچ رابط کاربری مستقیمی ندارند و اطلاعاتی به کاربر یا دستگاه دیگری نشان نمی‌دهند.

در موارد دیگر، ممکن است رابط کاربری‌شان شامل یک نمایشگر کوچک، منوهای ساده، دکمه‌ها، چراغ‌های LED یا صفحه‌نمایش لمسی باشد. مثلاً کنترل دما در کولر یا نمایشگر ساعت دیجیتال از این نوع هستند.

در بسیاری از سیستم‌های جدید هم رابط کاربری از راه دور وجود دارد؛ مثلاً می‌توانید از طریق گوشی یا سایت با آن‌ها ارتباط برقرار کنید.

در کل، بسته به نوع کاربرد، یک سیستم تعبیه‌شده ممکن است اصلاً رابط کاربری نداشته باشد یا فقط یک رابط ساده برای ارتباط با کاربر داشته باشد.

چالش‌های کار با سیستم‌های امبدد که باید بدانید

پیاده‌سازی سیستم‌های امبدد کار راحتی نیست و چالش‌های زیادی دارد. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• محدودیت سخت‌افزاری: این سیستم‌ها پردازنده، حافظه و انرژی کمی دارند، پس نرم‌افزار باید سبک و بهینه نوشته شود.
• نیاز به زمان‌بندی دقیق: در سیستم‌های بلادرنگ، کارها باید دقیقاً در زمان مشخص انجام شوند. برای همین، مدیریت درست وقفه‌ها و اولویت‌ها بسیار مهم است.
• سختی در دیباگ و تست: پیدا کردن خطا در این سیستم‌ها سخت‌تر است و به ابزارهای خاصی مثل JTAG یا آنالایزر منطقی نیاز دارد.
• اهمیت امنیت و پایداری: چون بعضی از این سیستم‌ها به اینترنت وصل‌ هستند یا در دستگاه‌های حساس استفاده می‌شوند، امنیت آن‌ها مهم است؛ ولی به دلیل محدودیت منابع، پیاده‌سازی امنیت چالش زیادی دارد.
• تعارض بین اهداف فنی و اقتصادی: کاهش هزینه با افزایش کیفیت و پایداری در تضاد است. طراحی اختصاصی ممکن است در ابتدا گران باشد، ولی در بلندمدت به‌صرفه‌تر می‌شود.

در نهایت، مهندسان سیستم‌های نهفته باید هم در سخت‌افزار و هم در نرم‌افزار مهارت داشته باشند تا بتوانند سیستم‌هایی کارآمد و ایمن طراحی کنند.

مزایای استفاده از امبدد سیستم چیست؟

با وجود چالش‌ها، سیستم‌های تعبیه‌شده مزایای زیادی دارند و به همین دلیل در بسیاری از صنایع نقش مهمی پیدا کرده‌اند.

کارایی بالا در کارهای خاص

این سیستم‌ها برای انجام وظایف مشخص طراحی می‌شوند، بنابراین آن‌ها را سریع‌تر و دقیق‌تر از سیستم‌های عمومی انجام می‌دهند. مثلاً در کارخانه‌ها برای کنترل دقیق ماشین‌آلات استفاده می‌شوند.

مصرف انرژی کم

 چون طراحی آن‌ها کم‌مصرف است، در دستگاه‌هایی مثل تلفن همراه یا ابزارهای پزشکی قابل کاشت، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و عمر باتری را افزایش می‌دهند.

اندازه کوچک

 بیشتر اجزای سخت‌افزاری این سیستم‌ها در یک چیپ کوچک قرار دارند، به همین دلیل برای وسایل کوچک مثل ساعت‌های هوشمند یا ایمپلنت‌های پزشکی مناسب‌ هستند.

هزینه تولید پایین

 در تولید انبوه، ساخت هر واحد از این سیستم‌ها ارزان‌تر تمام می‌شود، چون طراحی ساده‌تری دارند. این موضوع باعث کاهش قیمت محصول نهایی می‌شود.

قابلیت اطمینان بالا

 این سیستم‌ها طوری ساخته می‌شوند که بتوانند مدت طولانی و بدون وقفه کار کنند، به همین دلیل در زمینه‌هایی مثل خودرو، هوافضا و پزشکی بسیار قابل اعتماد هستند.

عملکرد آنی و سریع

 بسیاری از سیستم‌های تعبیه‌شده می‌توانند بلافاصله به ورودی‌ها پاسخ دهند؛ این ویژگی در کنترل صنعتی و تجهیزات پزشکی بسیار مهم است.

قابلیت ارتباط با دستگاه‌های دیگر

 بیشتر سیستم‌های امروزی می‌توانند با دستگاه‌های دیگر از طریق کابل یا بی‌سیم (مثل SPI ،I2C ،CAN ،Ethernet و…) ارتباط برقرار کنند تا داده بفرستند یا فرمان بگیرند.

انعطاف‌پذیری در طراحی

 نرم‌افزار و سخت‌افزار این سیستم‌ها را می‌توانید با توجه به نیاز هر کاربرد تغییر دهید یا بهینه کنید. در کل، این ویژگی‌ها باعث شده‌اند سیستم‌های تعبیه‌شده در انواع فناوری‌ها، از وسایل پیشرفته گرفته تا ابزارهای روزمره، به‌طور گسترده استفاده شوند و بهره‌وری را افزایش دهند.

کاربردهای واقعی سیستم‌های نهفته در زندگی روزمره

سیستم‌های تعبیه‌شده به دلیل ویژگی‌های خاص خود در بسیاری از صنایع و دستگاه‌ها استفاده می‌شوند. چند نمونه از کاربردهای مهم آن‌ها عبارت‌اند از:

وسایل نقلیه

 خودروها، هواپیماها و قطارهای امروزی از چندین سیستم تعبیه‌شده استفاده می‌کنند. برای مثال، سیستم ترمز ABS، تعلیق الکترونیکی، ناوبری و سرگرمی همگی با کمک این سیستم‌ها کار می‌کنند.

تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها

 گوشی‌ها شامل چندین پردازنده هستند که هر کدام وظیفه‌ای خاص دارند، مثل کنترل دوربین، صفحه‌نمایش، حسگرها و ارتباطات بی‌سیم.

تجهیزات صنعتی

 در کارخانه‌ها، کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC) و سنسورهای مختلف برای کنترل و نظارت بر فرایند تولید به کار می‌روند.

تجهیزات پزشکی

 دستگاه‌هایی مثل ضربان‌ساز قلب، مانیتور علائم حیاتی و تجهیزات تصویربرداری پزشکی برای دقت و ایمنی از سیستم‌های تعبیه‌شده استفاده می‌کنند.

لوازم خانگی هوشمند

یخچال‌ها، تلویزیون‌ها، ماشین‌های لباسشویی و سیستم‌های روشنایی هوشمند با کمک پردازنده‌ها و حسگرها عملکرد خود را کنترل و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند.

دستگاه‌های پوشیدنی

 ساعت‌ها و دست‌بندهای هوشمند ضربان قلب، گام‌ها و سایر داده‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند و باید انرژی کمی مصرف کنند تا باتری‌شان مدت بیشتری کار کند.

تجهیزات مخابراتی و شبکه

 روترها، سوئیچ‌ها و ایستگاه‌های موبایل داده‌ها را با استفاده از سیستم‌های تعبیه‌شده پردازش و منتقل می‌کنند.

در کل، هر دستگاهی که برای انجام کار خاصی داده‌ها را پردازش یا حسگرها و کنترل‌کننده‌ها را مدیریت کند، اغلب یک سیستم تعبیه‌شده دارد. به همین دلیل، این سیستم‌ها در بیشتر تجهیزات الکترونیکی و سخت‌افزاری امروزی دیده می‌شوند.

کارشناس امبدد سیستم کیست؟

کارشناس یا مهندس سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems Engineer) کسی است که روی طراحی، ساخت و بهینه‌سازی سیستم‌هایی کار می‌کند که هم سخت‌افزار و هم نرم‌افزار در آن نقش دارند.

 او بلد است چطور این دو بخش را طوری با هم ترکیب کند که دستگاهی خاص بتواند کار مشخصی انجام دهد. به‌جای نوشتن نرم‌افزارهای عمومی، این مهندس برنامه‌هایی بسیار تخصصی (که گاهی فریم‌ور نامیده می‌شوند) برای سخت‌افزارهای خاص می‌نویسد.

کارشناس امبدد سیستم با استفاده از پردازنده‌ها (مثل میکروکنترلرهای ARM)، حسگرها، عملگرها و رابط‌های ارتباطی، محصولاتی می‌سازد که شاید کاربر نهایی به‌طور مستقیم آن‌ها را نبیند، ولی برای عملکرد دستگاه ضروری‌ هستند.

برای موفقیت در این شغل، علاوه بر تسلط به زبان‌های برنامه‌نویسی سطح پایین مثل C ،C++ و اسمبلی، باید در مدارهای منطقی و طراحی سیستم‌های بلادرنگ هم مهارت داشته باشید.

وظایف کارشناس Embedded Systems چیست؟

کارشناس سیستم‌های تعبیه‌شده کارهای مختلفی انجام می‌دهد که بیشتر آن‌ها مربوط به برنامه‌نویسی و کار با سخت‌افزار است. مهم‌ترین وظایف او شامل موارد زیر است:

• نوشتن کد برای سخت‌افزار: برنامه‌نویسی فریم‌ور یا نرم‌افزار تعبیه‌شده با زبان‌هایی مثل C ،C++ یا اسمبلی برای کنترل مستقیم قطعات سخت‌افزاری.
• کار با میکروکنترلر و میکروپروسسور: انتخاب و تنظیم پردازنده مناسب، برنامه‌نویسی بردهای توسعه و تعریف ورودی‌ها و خروجی‌های سیستم.
• عیب‌یابی و تست: پیدا کردن و رفع خطاهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری با ابزارهایی مثل JTAG، لاجیک آنالایزر و اسیلوسکوپ.
• ترکیب سخت‌افزار و نرم‌افزار: اطمینان از این‌که بخش‌های مختلف سیستم (مثل سنسورها و عملگرها) به‌درستی با هم کار می‌کنند.
• کار با سیستم‌عامل‌های بلادرنگ (RTOS): استفاده از سیستم‌عامل‌هایی مثل FreeRTOS یا VxWorks برای کنترل دقیق زمان اجرای وظایف.
• مستندسازی: نوشتن توضیحات فنی درباره طراحی، ساختار نرم‌افزار، نحوه عملکرد و روش‌های تست سیستم.
• رعایت استانداردها: اطمینان از اینکه سیستم با استانداردهای ایمنی و صنعتی (مثلاً در خودرو یا تجهیزات پزشکی) هماهنگ است.

در مجموع، مهندس امبدد سیستم باید در برنامه‌نویسی، الکترونیک و حل مسئله مهارت داشته باشد و معمولاً با تیم‌های سخت‌افزار و طراحی محصول همکاری می‌کند تا یک سیستم کامل و قابل اعتماد بسازد.

شغل کارشناس امبدد سیستم چه ویژگی‌هایی دارد؟

مهندسی Embedded Systems ویژگی‌های خاصی در بازار کار دارد:

• تقاضای زیاد در صنایع مختلف: چون سیستم‌های تعبیه‌شده در زمینه‌هایی مثل خودرو، پزشکی، مخابرات و لوازم مصرفی کاربرد دارند، فرصت‌های شغلی زیادی برای مهندسان این حوزه وجود دارد.
• حقوق بالا: به‌دلیل نیاز به دانش ترکیبی سخت‌افزار و نرم‌افزار، مهندسان امبدد سیستم درآمد خوبی دارند. مثلاً در آمریکا میانگین حقوق آن‌ها بیش از ۱۳۰ هزار دلار در سال است.
• رشد سریع بازار: انتظار می‌رود بازار سیستم‌های تعبیه‌شده در سال‌های آینده به‌سرعت رشد کند و به‌دنبال آن فرصت‌های شغلی بیشتری ایجاد شود.
• چالش‌های فنی جالب: کار در این حوزه شامل طراحی مدار، برنامه‌نویسی بلادرنگ و بهینه‌سازی است؛ بنابراین برای علاقه‌مندان به مسائل فنی، بسیار جذاب است.
• کار تیمی بین‌رشته‌ای: مهندس امبدد با متخصصان سخت‌افزار، نرم‌افزار، برق و مکانیک همکاری می‌کند، پس باید توانایی ارتباط و هماهنگی خوبی داشته باشد.

در کل، مهندسی سیستم‌های تعبیه‌شده از نظر فرصت شغلی، درآمد و چالش‌های فنی یکی از جذاب‌ترین شاخه‌های مهندسی است.

چطور متخصص Embedded Systems شویم؟

برای حرفه‌ای شدن در امبدد سیستم‌ها باید هم دانش تئوری و هم تجربه عملی به‌دست آورید. مراحل معمول این مسیر عبارت‌اند از:

۱. تحصیلات دانشگاهی

 ابتدا در رشته‌هایی مثل مهندسی کامپیوتر، نرم‌افزار، برق یا الکترونیک درس بخوانید. در این رشته‌ها با مفاهیمی مثل برنامه‌نویسی، سیستم‌عامل‌ها، مدارها و معماری کامپیوتر آشنا می‌شوید.

۲. یادگیری دروس تخصصی

 در دوران تحصیل، درس‌هایی مثل طراحی سیستم‌های تعبیه‌شده، معماری کامپیوتر، مدار منطقی، پردازش سیگنال دیجیتال و سیستم‌عامل‌های بلادرنگ را بگذرانید. انجام پروژه‌های عملی در این زمینه‌ها بسیار مفید است.

۳. کسب تجربه عملی

در پروژه‌های دانشگاهی، مسابقات رباتیک یا سیستم‌های کنترلی شرکت کنید تا مهارت برنامه‌نویسی سخت‌افزار و کار با میکروکنترلرها را یاد بگیرید. کارآموزی در شرکت‌های الکترونیک یا صنعتی هم تجربه ارزشمندی به شما می‌دهد.

۴. یادگیری زبان‌ها و ابزارها

 زبان‌های C و ++C را به‌خوبی یاد بگیرید و با زبان اسمبلی هم آشنا شوید. کار با سیستم‌عامل‌های بلادرنگ (RTOS) و ابزارهای دیباگ سخت‌افزاری مثل JTAG را هم تمرین کنید.

۵. دریافت گواهینامه‌ها

 گواهینامه‌هایی مثل CESE یا ARM Accredited Engineer می‌توانند مهارت شما را رسمی‌تر کنند و در استخدام تاثیر گذار باشند.

۶. ادامه یادگیری

 دنیای امبدد همیشه در حال تغییر است. با شرکت در دوره‌ها و کارگاه‌های جدید و مطالعه مقالات روز، دانش خود را به‌روز نگه دارید. آشنایی با فناوری‌هایی مثل اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی در لبه (Edge AI) و زبان‌های جدید مثل Rust هم امتیاز بزرگی محسوب می‌شود.

همچنین، با شرکت در دوره آموزشی امبدد سیستم فناپ‌کمپس، قدم‌به‌قدم یاد می‌گیرید چطور وارد دنیای هیجان‌انگیز IoT، رباتیک و محصولات هوشمند شوید.

در طول دوره با موضوعاتی مثل میکروکنترلرها، پروتکل‌های ارتباطی، طراحی و تست مدار، نمونه‌سازی سریع، کار با سنسورها و حتی ساخت داشبوردهای IoT به‌صورت عملی آشنا می‌شوید و مهارت‌هایی به‌دست می‌آورید که به‌طور مستقیم در پروژه‌های واقعی به کار می‌آیند.

ابزارها و نرم‌افزارهایی که هر متخصص امبدد باید بلد باشد

مهندسان سیستم‌های تعبیه‌شده برای طراحی، برنامه‌نویسی و رفع اشکال از ابزارها و نرم‌افزارهای خاصی استفاده می‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• زبان‌های برنامه‌نویسی: بیشتر از C ،C++ و اسمبلی برای کارهای سطح پایین استفاده می‌شود. گاهی هم از پایتون برای تست یا نوشتن اسکریپت‌ها کمک می‌گیرند.
• سیستم‌عامل‌های بلادرنگ (RTOS): مثل FreeRTOS ،VxWorks یا Embedded Linux که کار زمان‌بندی و مدیریت منابع را انجام می‌دهند.
• محیط‌های توسعه (IDE): ابزارهایی مثل Keil ،IAR ،MPLAB X ،STM32CubeIDE یا Eclipse که شامل ویرایشگر کد، کامپایلر و دیباگر هستند.
• کامپایلرها و Toolchainها: مثل GCC ،LLVM یا کامپایلرهای مخصوص هر تراشه که کد را به زبان ماشین تبدیل می‌کنند.
• شبیه‌سازها و امولاتورها: ابزارهایی مثل QEMU که اجازه می‌دهند نرم‌افزار را بدون سخت‌افزار واقعی آزمایش کنیم.
• ابزارهای دیباگ سخت‌افزاری: مثل JTAG یا ST-LINK، اسیلوسکوپ و لاجیک آنالایزر که برای بررسی سیگنال‌ها و اجرای مرحله‌به‌مرحله برنامه به کار می‌روند.
• سیستم‌های کنترل نسخه: مثل Git برای مدیریت تغییرات کد و همکاری گروهی.
• کتابخانه‌ها و ابزارهای تحلیل: مجموعه‌هایی برای پردازش سیگنال، ارتباط با سخت‌افزار یا بررسی کارایی و مصرف انرژی برنامه.

در مجموع، یک مهندس امبدد باید با نرم‌افزارها و ابزارهای سخت‌افزاری مختلف آشنا باشد تا بتواند سیستم‌های مطمئن و کارآمد طراحی کند.

بررسی مسیر شغلی و آینده کاری در حوزه سیستم‌های تعبیه‌شده

مسیر شغلی در امبدد سیستم‌ها از کارهای ساده‌تر شروع می‌شود و با افزایش تجربه به مراحل بالاتر می‌رسد. روند معمول به این شکل است:

سطح مبتدی (Junior)

 در ابتدا با عنوان‌هایی مثل «مهندس نرم‌افزار تعبیه‌شده جونیور» یا «توسعه‌دهنده سیستم‌های تعبیه‌شده» کار را شروع می‌کنید. وظایف اصلی در این مرحله شامل نوشتن کدهای ساده، تست بخش‌های کوچک سیستم و پشتیبانی از پروژه‌ه ها است.

سطح میانی (Mid-level)

 بعد از چند سال تجربه، می‌توانید به «مهندس سیستم‌های تعبیه‌شده» ارتقا پیدا کنید. در این سطح، وظیفه طراحی بخش‌هایی از سیستم یا بهبود بخش‌های موجود را دارید و ممکن است در حوزه خاصی مثل خودرو یا تجهیزات پزشکی تخصص پیدا کنید.

سطح ارشد (Senior)

 در این مرحله عنوان‌هایی مثل «مهندس ارشد سیستم‌های تعبیه‌شده» یا «معمار سیستم‌های تعبیه‌شده» به شما داده می‌شود. مسئولیت شما شامل کار روی پروژه‌های بزرگ‌تر، طراحی راه‌حل‌های نوآورانه و راهنمایی سایر اعضای تیم است.

 نقش‌های مدیریتی

 با تجربه بیشتر، می‌توانید به سمت‌هایی مثل «مدیر فنی» یا «مدیر پروژه» برسید. در این مرحله علاوه بر مسائل فنی، مسئول هماهنگی تیم‌ها و مدیریت پروژه‌ها خواهید بود. همچنین می‌توانید در زمینه‌های خاصی مثل فریم‌ور یا سیستم‌های اینترنت اشیاء (IoT) تخصص عمیق‌تری پیدا کنید.

در کل، با رشد سریع فناوری و نیاز به سیستم‌های هوشمندتر، فرصت پیشرفت در این حوزه زیاد است. تجربه در صنایع مختلف مثل خودرو، پزشکی یا محصولات مصرفی هم می‌تواند باعث رشد سریع‌تر شغلی شود.

پیش‌نیازهای آموزشی و مهارتی برای ورود به دنیای Embedded Systems

برای ورود به این حوزه، باید چند مهارت و دانش پایه داشته باشید:

• دانش پایه مهندسی و کامپیوتر: بهتر است در رشته‌هایی مثل مهندسی کامپیوتر، برق، سخت‌افزار یا نرم‌افزار تحصیل کنید. در این رشته‌ها مفاهیم مهمی مثل پردازش داده، مدارها، سیستم‌عامل و برنامه‌نویسی آموزش داده می‌شود.
• برنامه‌نویسی و الگوریتم: باید زبان‌های C و C++ را بلد بوده و با الگوریتم‌ها، ساختمان داده و مفاهیم پایه برنامه‌نویسی آشنا باشید.
• الکترونیک و مدار: درک مدارهای الکترونیکی، سیستم‌های دیجیتال و مبدل‌ها ضروری است. درس‌هایی مثل «مدار منطقی» و «الکترونیک دیجیتال» در این زمینه مفید هستند.
• معماری کامپیوتر: باید بدانید CPU، حافظه و میکروکنترلرها چطور کار می‌کنند، چون این مفاهیم برای سیستم‌های تعبیه‌شده اهمیت بالایی دارند.
• سیستم‌عامل و پردازش بلادرنگ: آشنایی با سیستم‌عامل‌های زمان واقعی و نحوه زمان‌بندی وظایف بسیار مهم است.
• تجربه عملی: در کارگاه‌ها و پروژه‌های عملی مربوط به میکروکنترلرها (مثل Arduino یا STM32) شرکت کنید تا تجربه واقعی کسب کنید.
• یادگیری مداوم: با مطالعه منابع آزاد، مستندات شرکت‌ها و مقالات جدید، همیشه دانش خود را به‌روز نگه دارید.

با داشتن این پیش‌نیازها و انگیزه یادگیری، می‌توانید پایه‌ محکمی برای ورود به دنیای سیستم‌های تعبیه‌شده بسازید

امبدد سیستم‌ها؛ مغز کوچکِ پشت وسایل هوشمند ما

سیستم‌های تعبیه‌شده بخش مهمی از فناوری‌های امروزی هستند. این سیستم‌ها از ترکیب سخت‌افزار و نرم‌افزار ساخته می‌شوند و کارهای خاصی را با سرعت زیاد و هزینه کم انجام می‌دهند. استفاده گسترده از آن‌ها در صنایع مختلف نشان می‌دهد که این حوزه بسیار مهم است و آینده خوبی دارد. 

شغل مهندسی سیستم‌های تعبیه‌شده هم جذاب است و هم درآمد بالایی دارد. با رشد سریع بازار و پیشرفت فناوری (که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۲ اندازه‌ی آن تقریباً دو برابر شود)، فرصت‌های شغلی زیادی ایجاد می‌شود.

در نتیجه، یادگیری اصول این سیستم‌ها و به‌روز ماندن در این زمینه می‌تواند به مهندسان کمک کند تا موقعیت شغلی خوبی به دست آورند.

پاسخ ساده به سوالات پرتکرار درباره سیستم‌های تعبیه‌شده

سوالات زیادی درباره سیستم‌های امبدد وجود دارد که پاسخ رایج‌ترین آن‌ها را در این بخش می‌توانید بخوانید.