Mikä on puhelimesi sulautettu järjestelmä?

Puhelimesi saattaa näyttää yhdeltä pieneltä tietokoneelta, mutta sen sisällä toimii monia pienempiä järjestelmiä, jotka hoitavat tiettyjä tehtäviä. Näitä kutsutaan usein sulautetuiksi järjestelmiksi, ja ne auttavat ohjaamaan esimerkiksi antureita, kameroita, virranhallintaa ja langatonta viestintää.

Et ehkä huomaa niitä päivittäisen käytön aikana, mutta sulautetut järjestelmät ovat tärkeä osa nykyaikaisen älypuhelimen toimintaa. Mikä sulautettu järjestelmä siis tarkalleen ottaen on, ja mitä se tekee puhelimessasi?

Mikä on sulautettu järjestelmä?

Sulautettu järjestelmä on laitteiston ja ohjelmiston yhdistelmä, joka on suunniteltu suorittamaan tiettyä toimintoa osana suurempaa laitetta. Toisin kuin tietokone, jolla voidaan suorittaa monenlaisia ohjelmia, sulautetulla järjestelmällä on yleensä rajatumpi tehtävä.

Älypuhelimissa kolme ominaisuutta ovat erityisen tärkeitä:

• Omistettu toiminto — Se on rakennettu hoitamaan tiettyä tehtävää, kuten akun virran valvontaa, anturin lukemista tai kameradatan käsittelyä.
• Laitteisto ja ohjelmisto yhdessä — Fyysiset komponentit ja niitä ohjaava ohjelmisto toimivat yhtenä järjestelmänä tehtävän suorittamiseksi.
• Nopea ja luotettava toiminta — Se on suunniteltu vastaamaan sille määritettyyn tehtävään johdonmukaisesti, usein ilman, että käyttäjän tarvitsee olla suoraan vuorovaikutuksessa sen kanssa.

Tämä ei tarkoita, että sulautettu järjestelmä olisi aina erillinen siru tai pieni tietokone, jonka voi fyysisesti tunnistaa puhelimen sisältä. Nykyaikaiset älypuhelimet yhdistävät monia toimintoja pieneen määrään laitteistoa, ja jotkin erilliset järjestelmät on rakennettu suoraan suurempiin siruihin. Olennaista on, että tietty puhelimen osa on suunniteltu hoitamaan tiettyä tehtävää.

Missä sulautettuja järjestelmiä käytetään puhelimessa?

Sulautetut järjestelmät ovat mukana monissa päivittäin käyttämissäsi toiminnoissa, vaikka oletkin harvoin suoraan tekemisissä niiden kanssa. Älypuhelimessa niitä käytetään yleensä tiettyjen laitteistotoimintojen hallintaan tai tukemiseen sen sijaan, että niillä hoidettaisiin yleisiä tehtäviä, kuten verkkoselailua tai sovelluksen suorittamista.

Kamerat ja kuvankäsittely

Kun otat valokuvan, tapahtuu paljon muutakin kuin pelkkä valon tallentaminen kameran tunnistimella. Erillinen laitteisto ja ohjelmisto voivat auttaa ohjaamaan kameraa, käsittelemään otettua kuvaa ja hoitamaan esimerkiksi automaattitarkennuksen ja kuvanparannuksen. Näiden erikoistuneiden järjestelmien ansiosta kameratoiminnot toimivat tehokkaasti ilman, että puhelimen pääsuorittimen tarvitsee hoitaa jokaista tehtävää.

Tunnistimet

Puhelimessasi on tunnistimia, jotka havaitsevat esimerkiksi liikkeen, asennon, valon ja läheisyyden. Erillinen tunnistinlaitteisto ja vähän virtaa kuluttava käsittely voivat kerätä ja tulkita näitä tietoja, jolloin puhelin voi reagoida, kun käännät näyttöä, liikutat laitetta tai tuot sen puhelun aikana lähelle kasvojasi. Nämä toiminnot voivat jatkua ilman, että pääsuorittimen tarvitsee käsitellä jokaista tunnistimen lukemaa itse.

Akku ja virranhallinta

Virranhallinta on toinen sulautettujen järjestelmien tärkeä käyttöalue. Puhelimen on valvottava akkua, latausprosessia, lämpötilaa ja virransyöttöä, jotta laite toimii turvallisesti ja tehokkaasti. Erillinen virranhallintalaitteisto voi hoitaa nämä tehtävät jatkuvasti puhelimen ollessa käytössä, latauksessa tai jopa suurelta osin käyttämättömänä.

Matkapuhelin- ja langaton viestintä

Puhelimet käyttävät myös erikoistuneita järjestelmiä viestintään matkapuhelinverkkojen ja muiden langattomien tekniikoiden kanssa. Nämä järjestelmät hoitavat esimerkiksi radiosignaalien lähettämisen ja vastaanottamisen sekä viestintätietojen käsittelyn. Koska langattomalla viestinnällä on omat ajoitus- ja tekniset vaatimuksensa, sitä käsitellään erillisellä laitteistolla ja ohjelmistolla sen sijaan, että sitä kohdeltaisiin puhelimessa suoritettavana tavallisena sovelluksena.

Sormenjälki ja muut laitteiston ohjaimet

Myös sormenjälkitunnistimien, kosketussyötteen ja muiden laitteiston ohjainten kaltaiset ominaisuudet tarvitsevat erikoistunutta käsittelyä. Esimerkiksi sormenjälkijärjestelmän on kerättävä tietoja tunnistimelta ja määritettävä, vastaavatko ne rekisteröityä sormenjälkeä, ennen kuin puhelin myöntää käyttöoikeuden. Näiden rajattujen tehtävien hoitaminen erillisellä laitteistolla ja sulautetulla ohjelmistolla voi tehdä käyttökokemuksesta tehokkaamman ja reagoivamman.

Yhdessä nämä esimerkit osoittavat, miksi älypuhelin on enemmän kuin yksi käyttöjärjestelmää suorittava prosessori. Erilaiset erikoistuneet järjestelmät toimivat puhelimen pääasiallisen laskentayksikön rinnalla, ja kukin hoitaa tiettyjä tehtäviä, jotka auttavat laitetta toimimaan kokonaisuutena.

Miten sulautettu järjestelmä toimii älypuhelimessa?

Sulautettu järjestelmä toimii yhdistämällä tiettyä tehtävää varten suunnitellun laitteiston ja ohjelmiston. Laitteisto kerää tietoa tai ohjaa tiettyä toimintoa, kun taas ohjelmisto määrittää, miten sen tulee reagoida. Se voi sitten lähettää tietoa puhelimen muille osille tai vastaanottaa niiltä ohjeita. Näin eri erikoistuneet järjestelmät voivat hoitaa omat tehtävänsä samalla, kun puhelimen pääprosessori keskittyy käyttöjärjestelmän, sovellusten ja muiden yleisten laskentatehtävien suorittamiseen.

Kun esimerkiksi käännät puhelinta, liiketunnistimet havaitsevat suunnan muutoksen ja välittävät tiedon puhelimen järjestelmälle. Erikoistunut anturinkäsittely voi käsitellä tämän tiedon erittäin vähäisellä virrankulutuksella, minkä jälkeen pääjärjestelmä voi käyttää sitä näytön kääntämiseen. Sinun ei tarvitse käynnistää tätä prosessia manuaalisesti - eri osat viestivät automaattisesti taustalla.

Sulautetut järjestelmät vs. puhelimen pääprosessori

On helppo ajatella, että puhelimen pääprosessori vastaa kaikesta laitteen toiminnasta. Todellisuudessa se toimii yhdessä monien erikoistuneiden järjestelmien kanssa. Pääprosessori käsittelee yleisiä laskentatehtäviä, kun taas sulautetut järjestelmät on suunniteltu käsittelemään tarkemmin määriteltyjä toimintoja.

Nämä kaksi eivät kuitenkaan kilpaile keskenään. Ne toimivat yhdessä, jotta puhelin toimisi tehokkaasti. Nykyaikaisissa älypuhelimissa ei myöskään aina ole erillistä fyysistä sirua jokaista sulautettua toimintoa varten. Osa erikoistuneesta prosessoinnista on integroitu puhelimen suurempiin siruihin, kuten pääasialliseen SoC-järjestelmäpiiriin. Toisin sanoen sulautettu järjestelmä kannattaa määritellä sen perusteella, mitä varten se on suunniteltu, eikä pelkästään sen perusteella, onko se erillinen laitteistokomponentti.

Miksi puhelimet tarvitsevat sulautettuja järjestelmiä?

Sulautettujen järjestelmien ansiosta puhelin voi käsitellä monia erikoistuneita tehtäviä tukeutumatta pääprosessoriin jokaisen toiminnon osalta. Tämä voi tehdä laitteesta tehokkaamman, nopeammin reagoivan ja luotettavamman jokapäiväisessä käytössä.

• Ne voivat vähentää tarpeetonta virrankulutusta.
• Ne voivat reagoida nopeasti tiettyihin tehtäviin.
• Ne voivat pitää tärkeät toiminnot käynnissä taustalla.
• Ne voivat vähentää pääprosessorin kuormitusta.
• Ne voivat tarjota erikoistuneen laitteiston luotettavan ohjauksen.
• Ne voivat auttaa puhelimen eri toimintoja toimimaan itsenäisesti.

Yhdessä nämä edut auttavat älypuhelinta käsittelemään monia asioita samanaikaisesti ja pitämään sen tärkeimmät laskentaresurssit käytettävissä vaativampiin tehtäviin.

Käyttävätkö kestävät puhelimet sulautettuja järjestelmiä eri tavalla?

Kuva: 8849 Tank 5 Pro -kestävä puhelin

Kestävät puhelimet käyttävät sulautettuja järjestelmiä monista samoista syistä kuin tavalliset älypuhelimet, mutta niissä voi olla myös erikoistuneempaa ohjattavaa laitteistoa. Toiminnot, kuten lämpökuvaus, yönäkö, ympäristöanturit ja tehokkaat valot voivat perustua erilliseen prosessointiin ja sulautettuun ohjelmistoon tietojen keräämiseksi, laitteiston ohjaamiseksi tai tietojen käsittelemiseksi. Näin nämä toiminnot voivat toimia puhelimen pääasiallisen laskentajärjestelmän rinnalla ilman, että sen tarvitsee käsitellä jokaista yksityiskohtaa itse.

Sisäänrakennettu projektori toimii samankaltaisella tavalla. Projektori itsessään on erikoistunut laitteistojärjestelmä, jonka on vastaanotettava kuvatietoja, ohjattava projisointilaitteistoa ja hallittava toimintaansa. Se voi hyödyntää sulautettuja ohjaimia tai erillistä prosessointia osana tätä prosessia, kun taas puhelimen pääprosessori käsittelee projisoitavia sovelluksia ja sisältöä. Kestävät puhelimet eivät siis välttämättä käytä täysin erityyppistä sulautettua järjestelmää, vaan niissä voi yksinkertaisesti olla enemmän erikoistoimintoja niiden tukemalle laitteistolle.

Yhteenveto

Sulautetut järjestelmät ovat nykyaikaisten älypuhelinten huomaamaton mutta tärkeä osa. Ne hoitavat monia erikoistoimintoja taustalla ja toimivat yhdessä puhelimen pääprosessorin kanssa, jotta kaikki toimii tehokkaasti. Tämä koskee myös esimerkiksi kestäviä puhelimia, kuten 8849 laitteet, joissa erikoistoiminnot voivat vaatia lisälaitteistoa ja erillistä prosessointia esimerkiksi lämpökuvausta, yönäköä ja projisointia varten.

Usein kysytyt kysymykset

Käytetäänkö sulautetuissa järjestelmissä C:tä vai C++:aa?

Sekä C:tä että C++:aa käytetään laajasti sulautetuissa järjestelmissä, mutta ne eivät ole ainoita käytettyjä ohjelmointikieliä. C on erityisen yleinen, koska se tarjoaa matalan tason hallinnan ja toimii tehokkaasti resursseiltaan rajoitetussa laitteistossa. C++:aa käytetään myös laajasti, kun kehittäjät tarvitsevat esimerkiksi olio-ohjelmoinnin tarjoamia ominaisuuksia. Valinta riippuu laitteistosta, ohjelmistovaatimuksista ja kehitysympäristöstä.

Onko sulautettujen järjestelmien työ IT-työtä?

Sulautettuja järjestelmiä voidaan pitää osana laajempaa teknologia-alaa, mutta sulautettujen järjestelmien kehitys liittyy yleensä läheisemmin tietokone-, sähkö- ja ohjelmistotekniikkaan kuin perinteiseen IT-tukeen. Sulautettujen järjestelmien insinöörit voivat työskennellä laitteiston, laiteohjelmiston, ohjelmoinnin, virheenkorjauksen sekä fyysisten komponenttien ja ohjelmiston välisen viestinnän parissa.

Kumpi on parempi, VLSI vai sulautetut järjestelmät?

Kumpikaan ei ole yleisesti ottaen parempi, koska ne keskittyvät eri osa-alueisiin. VLSI keskittyy enemmän integroitujen piirien suunnitteluun ja kehittämiseen, kun taas sulautetuissa järjestelmissä keskitytään tiettyjä toimintoja suorittavien ohjelmisto- ja laitteistojärjestelmien rakentamiseen laitteisiin. Parempi vaihtoehto riippuu siitä, oletko enemmän kiinnostunut piirisuunnittelusta ja puolijohdeteknologiasta vai ohjelmoinnista ja laitteiston kanssa kommunikoivien järjestelmien kehittämisestä.