Kaj je vgrajeni sistem v vašem telefonu?

Vaš telefon je morda videti kot en majhen računalnik, vendar v njem deluje veliko manjših sistemov, ki opravljajo določene naloge. Ti se pogosto imenujejo vgrajeni sistemi in pomagajo upravljati funkcije, kot so senzorji, kamere, upravljanje napajanja in brezžična komunikacija.

Med vsakodnevno uporabo jih morda ne opazite, vendar so vgrajeni sistemi pomemben del delovanja sodobnega pametnega telefona. Kaj je torej vgrajeni sistem in kaj počne v vašem telefonu?

Kaj je vgrajeni sistem?

Vgrajeni sistem je kombinacija strojne in programske opreme, zasnovana za opravljanje določene funkcije znotraj večje naprave. Za razliko od računalnika, ki lahko poganja veliko različnih vrst programov, ima vgrajeni sistem običajno bolj osredotočeno nalogo.

Pri pametnih telefonih so še posebej pomembne tri značilnosti:

• Namenska funkcija — Izdelan je za opravljanje določene naloge, kot so spremljanje napajanja baterije, odčitavanje senzorja ali obdelava podatkov kamere.
• Strojna in programska oprema skupaj — Fizične komponente in programska oprema, ki jih upravlja, delujejo kot en sistem za opravljanje te naloge.
• Hitro in zanesljivo delovanje — Zasnovan je tako, da se dosledno odziva na dodeljeno nalogo, pogosto brez potrebe po neposrednem sodelovanju uporabnika.

To ne pomeni, da je vgrajeni sistem vedno ločen čip ali majhen računalnik, ki ga lahko fizično prepoznate v telefonu. Sodobni pametni telefoni združujejo številne funkcije v majhnem številu komponent, nekateri namenski sistemi pa so vgrajeni neposredno v večje čipe. Pomembno je, da je določen del telefona zasnovan za opravljanje določene naloge.

Kje se v telefonu uporabljajo vgrajeni sistemi?

Vgrajeni sistemi sodelujejo pri številnih funkcijah, ki jih uporabljate vsak dan, čeprav z njimi le redko neposredno komunicirate. V pametnem telefonu se običajno uporabljajo za upravljanje ali podporo določenim funkcijam strojne opreme, ne pa za splošna opravila, kot sta brskanje po spletu ali zagon aplikacije.

Kamere in obdelava slik

Ko posnamete fotografijo, se poleg preprostega zajemanja svetlobe s senzorjem kamere izvede več procesov. Namenska strojna in programska oprema lahko pomagata upravljati kamero, obdelati zajeto sliko ter izvajati naloge, kot sta samodejno ostrenje in izboljšava slike. Ti specializirani sistemi omogočajo učinkovito delovanje funkcij kamere, ne da bi moral glavni procesor telefona opravljati vsako nalogo.

Senzorji

Telefon vsebuje senzorje, ki zaznavajo stvari, kot so gibanje, usmerjenost, svetloba in bližina. Namenska strojna oprema senzorjev in obdelava z majhno porabo energije lahko zbirata in razlagata te podatke, tako da se telefon odzove, ko zavrtite zaslon, premaknete napravo ali jo med klicem približate obrazu. Te funkcije lahko delujejo tudi brez tega, da bi moral glavni procesor sam obdelati vsak odčitek senzorjev.

Upravljanje baterije in porabe energije

Upravljanje porabe energije je še eno pomembno področje vdelanih sistemov. Telefon mora spremljati baterijo, postopek polnjenja, temperaturo in dovajanje električne energije, da naprava deluje varno in učinkovito. Namenska strojna oprema za upravljanje porabe lahko te naloge neprekinjeno opravlja, medtem ko telefon deluje, se polni ali je celo večinoma nedejaven.

Mobilna in brezžična komunikacija

Telefoni se zanašajo tudi na specializirane sisteme za komunikacijo z mobilnimi omrežji in drugimi brezžičnimi tehnologijami. Ti sistemi upravljajo naloge, kot sta pošiljanje in prejemanje radijskih signalov ter obdelava komunikacijskih podatkov. Ker ima brezžična komunikacija svoje časovne in tehnične zahteve, jo obravnavajo namenska strojna in programska oprema, namesto da bi jo obravnavali kot običajno aplikacijo, ki deluje v telefonu.

Prstni odtisi in drugi strojni krmilniki

Funkcije, kot so senzorji prstnih odtisov, upravljanje z dotikom in drugi strojni krmilniki, so prav tako odvisne od specializirane obdelave. Sistem za prepoznavanje prstnih odtisov mora na primer zajeti podatke s senzorja in ugotoviti, ali se ujemajo z registriranim prstnim odtisom, preden telefon odobri dostop. Obravnava teh namenskih nalog s specializirano strojno opremo in vdelano programsko opremo lahko zagotovi učinkovitejšo in odzivnejšo uporabniško izkušnjo.

Ti primeri skupaj kažejo, zakaj je pametni telefon več kot le en procesor, ki poganja operacijski sistem. Različni specializirani sistemi delujejo ob glavnem računalniškem delu telefona, pri čemer vsak opravlja določene naloge, ki pomagajo napravi delovati kot celota.

Kako vgrajeni sistem deluje v pametnem telefonu?

Vgrajeni sistem deluje tako, da združuje namensko strojno opremo s programsko opremo, zasnovano za določeno nalogo. Strojna oprema zbira informacije ali nadzoruje določeno funkcijo, programska oprema pa določa, kako naj se odzove. Nato lahko pošilja informacije drugim delom telefona ali od njih prejema navodila. Tako lahko različni specializirani sistemi izvajajo svoje naloge, medtem ko se glavni procesor telefona osredotoča na poganjanje operacijskega sistema, aplikacij in drugih splošnih računalniških opravil.

Ko na primer obrnete telefon, senzorji gibanja zaznajo spremembo orientacije in to informacijo posredujejo sistemu telefona. Specializirana obdelava podatkov senzorjev lahko te informacije obdela z zelo majhno porabo energije, glavni sistem pa jih nato uporabi za zasuk zaslona. Tega postopka vam ni treba ročno zagnati - različni deli samodejno komunicirajo v ozadju.

Vgrajeni sistemi v primerjavi z glavnim procesorjem vašega telefona

O glavnem procesorju telefona je preprosto razmišljati kot o delu, ki je odgovoren za vse, kar naprava počne. V resnici sodeluje s številnimi specializiranimi sistemi. Glavni procesor izvaja splošna računalniška opravila, medtem ko so vgrajeni sistemi zasnovani za izvajanje bolj specifičnih funkcij.

Vendar si nista konkurenčna. Skupaj skrbita za učinkovito delovanje telefona. Poleg tega sodobni pametni telefoni nimajo vedno ločenega fizičnega čipa za vsako vgrajeno funkcijo. Nekatere specializirane obdelave so vgrajene v večje čipe telefona, vključno z glavnim SoC-jem. Z drugimi besedami, vgrajeni sistem je najbolje razumeti glede na to, čemu je namenjen, in ne zgolj glede na to, ali je ločen kos strojne opreme.

Zakaj telefoni potrebujejo vgrajene sisteme?

Vgrajeni sistemi telefonu omogočajo opravljanje številnih specializiranih nalog, ne da bi se pri vsakem postopku zanašal na glavni procesor. Zaradi tega je lahko naprava pri vsakodnevni uporabi učinkovitejša, odzivnejša in zanesljivejša.

• Zmanjšajo lahko nepotrebno porabo energije.
• Na določene naloge se lahko hitro odzovejo.
• Pomembne funkcije lahko ohranjajo delujoče v ozadju.
• Zmanjšajo lahko obremenitev glavnega procesorja.
• Zagotavljajo lahko zanesljivo upravljanje specializirane strojne opreme.
• Pomagajo lahko, da različne funkcije telefona delujejo neodvisno.

Skupaj te prednosti pametnemu telefonu omogočajo, da hkrati opravlja več opravil, medtem ko njegovi glavni računalniški viri ostanejo na voljo za zahtevnejša opravila.

Ali robustni telefoni vgrajene sisteme uporabljajo drugače?

Slika: robustni telefon 8849 Tank 5 Pro

Robustni telefoni uporabljajo vgrajene sisteme iz številnih enakih razlogov kot običajni pametni telefoni, vendar imajo lahko tudi bolj specializirano strojno opremo, ki jo je treba upravljati. Funkcije, kot so termično slikanje, nočni vid, okoljski senzorji in zmogljive luči se lahko zanašajo na namensko obdelavo ter vgrajeno programsko opremo za zbiranje informacij, upravljanje strojne opreme ali obdelavo podatkov. To omogoča, da te funkcije delujejo skupaj z glavnim računalniškim sistemom telefona, ne da bi moral ta sam obravnavati vsako podrobnost.

Vgrajeni projektor deluje na podoben način. Projektor je sam po sebi specializiran strojni sistem, ki mora prejemati slikovne podatke, upravljati projekcijsko strojno opremo in nadzorovati svoje delovanje. Pri tem se lahko opira na vgrajene krmilnike ali namensko obdelavo, medtem ko glavni procesor telefona upravlja aplikacije in vsebino, ki se projicira. Robustni telefoni torej ne uporabljajo nujno povsem drugačne vrste vgrajenega sistema; lahko imajo le več specializiranih funkcij za strojno opremo, ki jo podpirajo.

Sklep

Vgrajeni sistemi so skriti, a pomembni deli sodobnih pametnih telefonov. V ozadju skrbijo za številne specializirane funkcije ter skupaj z glavnim procesorjem telefona zagotavljajo učinkovito delovanje vsega. To velja tudi za robustne telefone, kot so 8849 napravah, pri katerih lahko specializirane funkcije zahtevajo dodatno strojno opremo in namensko obdelavo za podporo funkcijam, kot so termovizija, nočni vid in projekcija.

Pogosta vprašanja

Ali se vgrajeni sistemi programirajo v C ali C++?

V vgrajenih sistemih se pogosto uporabljata tako C kot C++, vendar to nista edina uporabljena programska jezika. C je še posebej pogost, ker omogoča nizkonivojski nadzor in lahko učinkovito deluje na strojni opremi z omejenimi viri. C++ se prav tako pogosto uporablja, kadar razvijalci potrebujejo funkcije, kot je objektno usmerjeno programiranje. Izbira je odvisna od strojne opreme, zahtev programske opreme in razvojnega okolja.

Je delo na področju vgrajenih sistemov delo v IT?

Vgrajene sisteme lahko štejemo za del širše tehnološke panoge, vendar je razvoj vgrajenih sistemov običajno bliže računalniškemu in elektrotehniškemu inženirstvu ter programskemu inženirstvu kot tradicionalni podpori IT. Inženirji vgrajenih sistemov lahko delajo s strojno opremo, vdelano programsko opremo, programiranjem, odpravljanjem napak ter komunikacijo med fizičnimi komponentami in programsko opremo.

Kaj je boljše, VLSI ali vgrajeni sistemi?

Nobena možnost ni univerzalno boljša, saj sta osredotočeni na različna področja. VLSI je bolj osredotočen na načrtovanje in razvoj integriranih vezij, medtem ko so vgrajeni sistemi osredotočeni na izdelavo programskih in strojnih sistemov, ki v napravah opravljajo določene funkcije. Boljša izbira je odvisna od tega, ali vas bolj zanimata načrtovanje čipov in polprevodniška tehnologija ali programiranje in razvoj sistemov, ki komunicirajo s strojno opremo.