Τι είναι ένα ενσωματωμένο σύστημα στο τηλέφωνό σας;

Το τηλέφωνό σας μπορεί να μοιάζει με έναν μικρό υπολογιστή, αλλά στο εσωτερικό του λειτουργούν πολλά μικρότερα συστήματα για την εκτέλεση συγκεκριμένων εργασιών. Αυτά συχνά αποκαλούνται ενσωματωμένα συστήματα και συμβάλλουν στον έλεγχο λειτουργιών όπως οι αισθητήρες, οι κάμερες, η διαχείριση ενέργειας και η ασύρματη επικοινωνία.

Μπορεί να μην τα παρατηρείτε κατά την καθημερινή χρήση, αλλά τα ενσωματωμένα συστήματα αποτελούν σημαντικό μέρος της λειτουργίας ενός σύγχρονου smartphone. Τι ακριβώς είναι, λοιπόν, ένα ενσωματωμένο σύστημα και τι κάνει μέσα στο τηλέφωνό σας;

Τι είναι ένα ενσωματωμένο σύστημα;

Ένα ενσωματωμένο σύστημα είναι ένας συνδυασμός υλικού και λογισμικού που έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία μέσα σε μια μεγαλύτερη συσκευή. Σε αντίθεση με έναν υπολογιστή που μπορεί να εκτελεί πολλά διαφορετικά είδη προγραμμάτων, ένα ενσωματωμένο σύστημα έχει συνήθως πιο εξειδικευμένο ρόλο.

Για τα smartphone, τρία χαρακτηριστικά είναι ιδιαίτερα σημαντικά:

• Εξειδικευμένη λειτουργία — Έχει κατασκευαστεί για να εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία, όπως η παρακολούθηση της ισχύος της μπαταρίας, η ανάγνωση ενός αισθητήρα ή η επεξεργασία δεδομένων της κάμερας.
• Υλικό και λογισμικό μαζί — Τα φυσικά εξαρτήματα και το λογισμικό που τα ελέγχει λειτουργούν ως ένα ενιαίο σύστημα για την εκτέλεση αυτής της εργασίας.
• Γρήγορη και αξιόπιστη λειτουργία — Έχει σχεδιαστεί για να ανταποκρίνεται με συνέπεια στην εργασία που του έχει ανατεθεί, συχνά χωρίς να απαιτείται άμεση αλληλεπίδραση από τον χρήστη.

Αυτό δεν σημαίνει ότι ένα ενσωματωμένο σύστημα είναι πάντα ένα ξεχωριστό chip ή ένας μικρός υπολογιστής που μπορείτε να εντοπίσετε οπτικά μέσα στο τηλέφωνο. Τα σύγχρονα smartphone συνδυάζουν πολλές λειτουργίες σε μικρή ποσότητα υλικού και ορισμένα εξειδικευμένα συστήματα είναι ενσωματωμένα απευθείας σε μεγαλύτερα chip. Αυτό που έχει σημασία είναι ότι ένα συγκεκριμένο μέρος του τηλεφώνου έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία.

Πού χρησιμοποιούνται τα ενσωματωμένα συστήματα σε ένα τηλέφωνο;

Τα ενσωματωμένα συστήματα συμμετέχουν σε πολλές από τις λειτουργίες που χρησιμοποιείτε καθημερινά, παρόλο που σπάνια αλληλεπιδράτε άμεσα μαζί τους. Σε ένα smartphone, χρησιμοποιούνται συνήθως για τη διαχείριση ή την υποστήριξη συγκεκριμένων λειτουργιών υλικού και όχι για γενικές εργασίες, όπως η περιήγηση στο διαδίκτυο ή η εκτέλεση μιας εφαρμογής.

Κάμερες και επεξεργασία εικόνας

Όταν τραβάτε μια φωτογραφία, εκτελούνται αρκετές διαδικασίες πέρα από την απλή καταγραφή φωτός από τον αισθητήρα της κάμερας. Ειδικό υλικό και λογισμικό μπορούν να βοηθήσουν στον έλεγχο της κάμερας, στην επεξεργασία της καταγεγραμμένης εικόνας και στη διαχείριση εργασιών όπως η αυτόματη εστίαση και η βελτίωση εικόνας. Αυτά τα εξειδικευμένα συστήματα επιτρέπουν την αποδοτική λειτουργία των δυνατοτήτων της κάμερας, χωρίς να επιβαρύνεται ο κύριος επεξεργαστής του τηλεφώνου με κάθε εργασία.

Αισθητήρες

Το τηλέφωνό σας περιέχει αισθητήρες που ανιχνεύουν στοιχεία όπως η κίνηση, ο προσανατολισμός, το φως και η εγγύτητα. Το ειδικό υλικό αισθητήρων και η επεξεργασία χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να συλλέγουν και να ερμηνεύουν αυτές τις πληροφορίες, επιτρέποντας στο τηλέφωνο να ανταποκρίνεται όταν περιστρέφετε την οθόνη, μετακινείτε τη συσκευή ή την πλησιάζετε στο πρόσωπό σας κατά τη διάρκεια μιας κλήσης. Αυτές οι λειτουργίες μπορούν να συνεχίζουν να εκτελούνται χωρίς να απαιτείται από τον κύριο επεξεργαστή να διαχειρίζεται κάθε ανάγνωση αισθητήρα ξεχωριστά.

Μπαταρία και διαχείριση ενέργειας

Η διαχείριση ενέργειας είναι ένας ακόμη σημαντικός τομέας για τα ενσωματωμένα συστήματα. Ένα τηλέφωνο πρέπει να παρακολουθεί την μπαταρία, τη διαδικασία φόρτισης, τη θερμοκρασία και την παροχή ισχύος, ώστε η συσκευή να λειτουργεί με ασφάλεια και αποδοτικότητα. Το ειδικό υλικό διαχείρισης ενέργειας μπορεί να εκτελεί αυτές τις εργασίες συνεχώς, ενώ το τηλέφωνο λειτουργεί, φορτίζει ή ακόμη και παραμένει σε μεγάλο βαθμό ανενεργό.

Επικοινωνία μέσω κινητής τηλεφωνίας και ασύρματη επικοινωνία

Τα τηλέφωνα βασίζονται επίσης σε εξειδικευμένα συστήματα για τη διαχείριση της επικοινωνίας με δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και άλλες ασύρματες τεχνολογίες. Αυτά τα συστήματα διαχειρίζονται εργασίες όπως η αποστολή και λήψη ραδιοσημάτων και η επεξεργασία δεδομένων επικοινωνίας. Επειδή η ασύρματη επικοινωνία έχει τις δικές της απαιτήσεις χρονισμού και τεχνικές απαιτήσεις, διαχειρίζεται από ειδικό υλικό και λογισμικό αντί να αντιμετωπίζεται όπως μια συνηθισμένη εφαρμογή που εκτελείται στο τηλέφωνο.

Δακτυλικά αποτυπώματα και άλλα στοιχεία ελέγχου υλικού

Λειτουργίες όπως οι αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων, η είσοδος αφής και άλλα στοιχεία ελέγχου υλικού εξαρτώνται επίσης από εξειδικευμένη επεξεργασία. Για παράδειγμα, ένα σύστημα δακτυλικών αποτυπωμάτων πρέπει να συλλέξει πληροφορίες από τον αισθητήρα και να προσδιορίσει αν ταιριάζουν με ένα καταχωρισμένο δακτυλικό αποτύπωμα, προτού το τηλέφωνο επιτρέψει την πρόσβαση. Η διαχείριση αυτών των συγκεκριμένων εργασιών μέσω ειδικού υλικού και ενσωματωμένου λογισμικού μπορεί να προσφέρει μια πιο αποδοτική και άμεση εμπειρία.

Όλα αυτά τα παραδείγματα δείχνουν γιατί ένα smartphone είναι κάτι περισσότερο από έναν μόνο επεξεργαστή που εκτελεί ένα λειτουργικό σύστημα. Διαφορετικά εξειδικευμένα συστήματα λειτουργούν παράλληλα με το κύριο υπολογιστικό υλικό του τηλεφώνου, καθένα από τα οποία αναλαμβάνει συγκεκριμένες εργασίες που βοηθούν τη συσκευή να λειτουργεί ως σύνολο.

Πώς λειτουργεί ένα ενσωματωμένο σύστημα μέσα σε ένα smartphone;

Ένα ενσωματωμένο σύστημα λειτουργεί συνδυάζοντας εξειδικευμένο υλικό με λογισμικό σχεδιασμένο για μια συγκεκριμένη εργασία. Το υλικό συλλέγει πληροφορίες ή ελέγχει μια συγκεκριμένη λειτουργία, ενώ το λογισμικό το καθοδηγεί ως προς τον τρόπο απόκρισής του. Στη συνέχεια, μπορεί να στείλει πληροφορίες σε άλλα μέρη του τηλεφώνου ή να λάβει οδηγίες από αυτά. Με αυτόν τον τρόπο, διαφορετικά εξειδικευμένα συστήματα μπορούν να διαχειρίζονται τις δικές τους εργασίες, ενώ ο κύριος επεξεργαστής του τηλεφώνου επικεντρώνεται στην εκτέλεση του λειτουργικού συστήματος, των εφαρμογών και άλλων γενικών υπολογιστικών εργασιών.

Για παράδειγμα, όταν περιστρέφετε το τηλέφωνό σας, οι αισθητήρες κίνησης ανιχνεύουν μια αλλαγή στον προσανατολισμό και παρέχουν αυτές τις πληροφορίες στο σύστημα του τηλεφώνου. Η εξειδικευμένη επεξεργασία των αισθητήρων μπορεί να χειριστεί αυτές τις πληροφορίες με πολύ μικρή κατανάλωση ενέργειας και, στη συνέχεια, το κύριο σύστημα μπορεί να τις χρησιμοποιήσει για να περιστρέψει την οθόνη. Δεν χρειάζεται να ενεργοποιήσετε χειροκίνητα αυτή τη διαδικασία - τα διάφορα μέρη επικοινωνούν αυτόματα στο παρασκήνιο.

Ενσωματωμένα συστήματα έναντι του κύριου επεξεργαστή του τηλεφώνου σας

Είναι εύκολο να θεωρήσει κανείς ότι ο κύριος επεξεργαστής του τηλεφώνου είναι το μέρος που ευθύνεται για όλα όσα κάνει η συσκευή. Στην πραγματικότητα, συνεργάζεται με πολλά εξειδικευμένα συστήματα. Ο κύριος επεξεργαστής διαχειρίζεται γενικές υπολογιστικές εργασίες, ενώ τα ενσωματωμένα συστήματα είναι σχεδιασμένα για να χειρίζονται πιο συγκεκριμένες λειτουργίες.

Ωστόσο, τα δύο δεν είναι ανταγωνιστικά. Συνεργάζονται για να λειτουργεί αποτελεσματικά το τηλέφωνο. Επίσης, τα σύγχρονα smartphone δεν διαθέτουν πάντα ξεχωριστό φυσικό τσιπ για κάθε ενσωματωμένη λειτουργία. Κάποια εξειδικευμένη επεξεργασία είναι ενσωματωμένη στα μεγαλύτερα τσιπ του τηλεφώνου, συμπεριλαμβανομένου του κύριου SoC. Με άλλα λόγια, ένα ενσωματωμένο σύστημα γίνεται καλύτερα κατανοητό από τον σκοπό για τον οποίο έχει σχεδιαστεί και όχι απλώς από το αν αποτελεί ξεχωριστό τμήμα υλικού.

Γιατί χρειάζονται τα τηλέφωνα ενσωματωμένα συστήματα;

Τα ενσωματωμένα συστήματα επιτρέπουν σε ένα τηλέφωνο να διαχειρίζεται πολλές εξειδικευμένες εργασίες χωρίς να βασίζεται στον κύριο επεξεργαστή του για κάθε λειτουργία. Αυτό μπορεί να κάνει τη συσκευή πιο αποδοτική, άμεση και αξιόπιστη στην καθημερινή χρήση.

• Μπορούν να μειώσουν την περιττή κατανάλωση ενέργειας.
• Μπορούν να ανταποκρίνονται γρήγορα σε συγκεκριμένες εργασίες.
• Μπορούν να διατηρούν σημαντικές λειτουργίες σε λειτουργία στο παρασκήνιο.
• Μπορούν να μειώσουν τον φόρτο εργασίας του κύριου επεξεργαστή.
• Μπορούν να παρέχουν αξιόπιστο έλεγχο εξειδικευμένου υλικού.
• Μπορούν να βοηθήσουν διαφορετικές λειτουργίες του τηλεφώνου να λειτουργούν ανεξάρτητα.

Συνολικά, αυτά τα πλεονεκτήματα επιτρέπουν σε ένα smartphone να διαχειρίζεται πολλά πράγματα ταυτόχρονα, διατηρώντας διαθέσιμους τους κύριους υπολογιστικούς πόρους του για πιο απαιτητικές εργασίες.

Χρησιμοποιούν τα ανθεκτικά τηλέφωνα διαφορετικά τα ενσωματωμένα συστήματα;

Εικόνα: Ανθεκτικό τηλέφωνο <8849 Tank 5 Pro

Τα ανθεκτικά τηλέφωνα χρησιμοποιούν ενσωματωμένα συστήματα για πολλούς από τους ίδιους λόγους με τα συνηθισμένα smartphone, αλλά μπορεί επίσης να διαθέτουν πιο εξειδικευμένο υλικό προς έλεγχο. Λειτουργίες όπως η θερμική απεικόνιση, η νυχτερινή όραση, οι περιβαλλοντικοί αισθητήρες και τα φώτα υψηλής ισχύος μπορούν να βασίζονται σε ειδική επεξεργασία και ενσωματωμένο λογισμικό για τη συλλογή πληροφοριών, τον έλεγχο του υλικού ή την επεξεργασία δεδομένων. Έτσι, αυτές οι λειτουργίες μπορούν να συνεργάζονται με το κύριο υπολογιστικό σύστημα του τηλεφώνου, χωρίς να απαιτείται από αυτό να διαχειρίζεται κάθε λεπτομέρεια μόνο του.

Ένας ενσωματωμένος προβολέας λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο. Ο ίδιος ο προβολέας είναι ένα εξειδικευμένο σύστημα υλικού που πρέπει να λαμβάνει δεδομένα εικόνας, να ελέγχει το υλικό προβολής και να διαχειρίζεται τη λειτουργία του. Για τη διαδικασία αυτή μπορεί να βασίζεται σε ενσωματωμένους ελεγκτές ή σε αποκλειστική επεξεργασία, ενώ ο κύριος επεξεργαστής του τηλεφώνου διαχειρίζεται τις εφαρμογές και το περιεχόμενο που προβάλλεται. Επομένως, τα ανθεκτικά τηλέφωνα δεν χρησιμοποιούν απαραίτητα έναν εντελώς διαφορετικό τύπο ενσωματωμένου συστήματος· απλώς μπορεί να διαθέτουν περισσότερες εξειδικευμένες λειτουργίες για το υλικό που έχουν σχεδιαστεί να υποστηρίζουν.

Συμπέρασμα

Τα ενσωματωμένα συστήματα αποτελούν ένα αφανές αλλά σημαντικό μέρος των σύγχρονων smartphone. Διαχειρίζονται πολλές εξειδικευμένες λειτουργίες στο παρασκήνιο, λειτουργώντας παράλληλα με τον κύριο επεξεργαστή του τηλεφώνου, ώστε όλα να εκτελούνται αποδοτικά. Αυτό ισχύει και για ανθεκτικά τηλέφωνα, όπως τα 8849 συσκευές, όπου οι εξειδικευμένες λειτουργίες μπορεί να απαιτούν πρόσθετο υλικό και αποκλειστική επεξεργασία για την υποστήριξη λειτουργιών όπως η θερμική απεικόνιση, η νυχτερινή όραση και η προβολή.

Συχνές ερωτήσεις

Τα ενσωματωμένα συστήματα βασίζονται στη C ή στη C++;

Τόσο η C όσο και η C++ χρησιμοποιούνται ευρέως στα ενσωματωμένα συστήματα, αλλά δεν είναι οι μόνες γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται. Η C είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη επειδή παρέχει έλεγχο χαμηλού επιπέδου και μπορεί να εκτελείται αποδοτικά σε υλικό με περιορισμένους πόρους. Η C++ χρησιμοποιείται επίσης ευρέως όταν οι προγραμματιστές χρειάζονται δυνατότητες όπως ο αντικειμενοστραφής προγραμματισμός. Η επιλογή εξαρτάται από το υλικό, τις απαιτήσεις λογισμικού και το περιβάλλον ανάπτυξης.

Είναι τα ενσωματωμένα συστήματα επάγγελμα στον τομέα IT;

Τα ενσωματωμένα συστήματα μπορούν να θεωρηθούν μέρος του ευρύτερου κλάδου της τεχνολογίας, όμως η ανάπτυξη ενσωματωμένων συστημάτων βρίσκεται συνήθως πιο κοντά στη μηχανική υπολογιστών, την ηλεκτρολογία και τη μηχανική λογισμικού παρά στην παραδοσιακή υποστήριξη IT. Οι μηχανικοί ενσωματωμένων συστημάτων μπορεί να εργάζονται με υλικό, υλικολογισμικό, προγραμματισμό, αποσφαλμάτωση και επικοινωνία μεταξύ φυσικών εξαρτημάτων και λογισμικού.

Ποιο είναι καλύτερο, το VLSI ή τα ενσωματωμένα συστήματα;

Κανένα δεν είναι καθολικά καλύτερο, επειδή εστιάζουν σε διαφορετικούς τομείς. Το VLSI επικεντρώνεται περισσότερο στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ενώ τα ενσωματωμένα συστήματα εστιάζουν στη δημιουργία συστημάτων λογισμικού και υλικού που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες σε συσκευές. Η καλύτερη επιλογή εξαρτάται από το αν σας ενδιαφέρει περισσότερο ο σχεδιασμός τσιπ και η τεχνολογία ημιαγωγών ή ο προγραμματισμός και η ανάπτυξη συστημάτων που αλληλεπιδρούν με το υλικό.