النظم المدمجة من حولنا

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

يوجد في حياتنا العديد من الأجهزة الإلكترونية تحتوي على النظم المدمجة مثل غسالة الصحون، والساعات الرقمية، وأنظمة تحديد المواقع،  وأجهزة تتبع اللياقة البدنية وأنظمة استشعار الحريق، وأنظمة الأمان وغيرها، وكل جهاز منها يحتوي على عمل محدد يستطيع القيام به لإحتوائها على النظم المدمجة التي تجعلها قادرة على القيام بمهمتها على أكمل وجه ممكن، وسنتحدث في هذه السلسة عن النظم المدمجة من حولنا وكيفية عملها ومدى أهميتها في حياتنا، ومدى تطورها في الحاضر والمستقبل. 

-ماهي النُظم المدمجة؟ 

 هي مزيج من برامج وأجهزة الكمبيوتر التي تكون إما ثابتة أو قابلة للبرمجة، يمكن أن يكون النظام المدمج إما نظامًا مستقلاً أو يمكن أن يكون جزءًا من نظام كبير، تم تصميمه في الغالب لوظيفة أو وظائف محددة داخل نظام أكبر.

-من ماذا تتكون النظم المدمجة؟

١-الأجهزة (Hardware): تتكون الأجهزة من معالجات ودوائر خاصة بتطبيق النظام وأجهزة ضبط الوقت والذاكرة.

٢-البرمجيات (Software): يجب أن تقوم البرامج بمهام محددة في سلسلة ، لذا فهي تحتوي على برنامج يراعي ثلاثة قيود وهي: توفر ذاكرة النظام ، وتوافر سرعة المعالج ، والحاجة إلى الحد من تبديد الطاقة.

٣- أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي: ينظم النظام ويوفر تقنية تتيح تشغيل المعالج وفقًا للجدولة ثم التبديل من معالج إلى آخر. 

 -الأجهزة (Hardware):

يجب أن تتكون الأجهزة من: 

١-المعالجات: تقوم المعالجات بمعالجة الإشارات الرقمية وتخزينها في الذاكرة.

٢- الحساس: تحويل بيانات الحس المادي إلى إشارة كهربائية.

٣- محول A-D:   تقوم بتغيير الإشارات الكهربائية التمثيلية إلى بيانات رقمية.

٤-محول D-A: تقوم بتغيير البيانات الرقمية من المعالج إلى بيانات تمثيلية.

٥-مشغل: تقارن المحركات المخرجات الفعلية بالمخرجات المخزنة في الذاكرة وتختار المخرج الصحيح.

٦- بطارية: لتزويد النظام بالطاقة وتشغيله. 

- البرمجيات (Software):

لإنشاء برنامج في النظام المدمج نحتاج إلى:

١- نظام تشغيل: Windows CE, Yocto Linux, ThreadX, Nucleus RTOS.

٢- لغة برمجة: قد تكون لغة برمجة عالية أو لغة الألة (C, C++, Python, JavaScript, etc.).

٣- الأدوات: ((IDE, PDK, SDK,محول برمجي،مصححات الأجهزة والبرامج). 
 

- أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS): 

 مصمم لإدارة وقت وحدة المعالجة المركزية (CPU) بكفاءة.

- ماهي أنواع النظم المدمجة ؟ 

 تصنف النظم المدمجة على أساس: 

١-أداء المعالجات الدقيقة

٢-الأداء والمتطلبات الوظيفية

-الأداء والمتطلبات الوظيفية:

يمكن تصنيف الأنظمة المضمنة إلى أربعة أنواع بناءً على الأداء والمتطلبات الوظيفية:

  ١- أنظمة الوقت الحقيقي المضمنة :

 يوفر النظام المضمن في الوقت الفعلي مخرجات خلال وقت محدد محدد، وهذا يعني أن الأنظمة المضمنة في الوقت الفعلي تم تصميمها وإنشائها لأداء بعض الأعمال المحددة في وقت محدد مسبقًا.
 أنواع الأنظمة المضمنة في الوقت الفعلي. 

 ٢- الأنظمة المدمجة المستقلة : 

الأنظمة المدمجة المستقلة هي تلك التي يمكن أن تعمل بمفردها، أي أنها مكتفية ذاتيًا ولا تعتمد على نظام مضيف، ويتم تصنيع الأنظمة المضمنة المستقلة بطريقة يتم فيها استلام المدخلات ومعالجتها وبعد ذلك يتم إنتاج المخرجات المطلوبة.

يمكن تلقي المدخلات عبر أجهزة الاستشعار أو الكلمات الرئيسية أو زر الضغط.

٣-الأنظمة المدمجة الشبكية :

تعتمد الأنظمة المضمنة المتصلة بالشبكة على الشبكة المتصلة لأداء المهام المعينة لها.

تتكون هذه الأنظمة من مكونات مثل المستشعرات وأجهزة التحكم وما إلى ذلك والتي تكون مترابطة. العديد من هذه الأنظمة مبنية على معالجات للأغراض العامة.

 ٤- أنظمة المحمول المدمجة:

الأنظمة المحمولة المدمجة هي تلك الأنظمة صغيرة الحجم ويمكن استخدامها في الأجهزة الأصغر. يتم استخدامها في الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية بسبب صغر حجمها. غالبًا ما يكون لديهم قيود على الذاكرة ويفتقرون إلى واجهة مستخدم جيدة.

-أداء المعالجات الدقيقة

يتم تصنيف النظام المدمج إلى ثلاث أنواع بناءً على أداء المعالجات الدقيقة.

١- الأنظمة المدمجة صغيرة الحجم : 

عادة ما يتم تصميم النظام المضمن صغير الحجم وإنشاؤه باستخدام متحكم 8 بت.

٢-الأنظمة المدمجة متوسطة الحجم :

يستخدم النظام المضمن ذو الحجم المتوسط متحكمًا واحدًا من 16 بت أو 32 بت أو متحكمات متعددة مرتبطة ببعضها البعض. تحتوي هذه الأنظمة على الكثير من تعقيدات الأجهزة والبرامج ، وبالتالي لا يفضلها الكثيرون.

٣-الأنظمة المدمجة المعقدة:

غالبًا ما يعمل النظام المضمن المتطور على خوارزميات متعددة ينتج عنها تعقيدات في كل من الأجهزة والبرامج. غالبًا ما يحتاجون إلى معالج قابل للتكوين ومجموعة منطقية يمكن برمجتها.

-لماذا نحتاج النُظم المدمجة؟

أصبحت حياتنا تعتمد بشكل كبير على أجهزة النظم المدمجة، على سبيل المثال جهاز التحكم الآلي جعل حياتنا أسهل بإستخدامه للتحكم بأي شيء مثل التلفاز أو الستار، الأبواب وحتى أجهزة التبريد وكذلك السيارات، وهناك أيضاً أجهزة الحماية التي تحتوي على النظم المدمجة مثل كميرات المُراقبة التي تجعلك قادر على رؤية ما يحصل في منزلك عن طريق هاتفك المحمول وأنت في العمل أو حتى حينما تكون في مدينة أخرى، وهناك الكثير والكثير من أجهزة النظم المدمجة من حولنا وأصبحنا نعتمد عليها في حياتنا اليومية، وذلك بسبب سرعة أدائها و تكلفتها المنخفضة، وصغر حجم بعضها، وتصميمها البسيط.

-يُميز النظم المدمجة: 

سهلة للإنتاج بالجملة 

موثوق للغاية   

حسنت جودة المنتج    

تستخدم الأنظمة المدمجة عملية طاقة منخفضة

يعمل النظام المضمن بسرعة كبيرة وهو محمول وصغير الحجم

-يُعيب النظم المدمجة: 

ليس لديها مجال للتحسينات التكنولوجية   

يصعب صيانة الأنظمة المدمجة   

يعد إجراء نسخ احتياطي للملفات المضمنة أمرًا معقدًا     

تتمتع الأنظمة المدمجة بمتانة أقل لإمدادات الطاقة إذا كانت تعمل بالبطارية.

وهنا نصل إلى ختام المقالة عن النظم المدمجة بصورة مختصرة وسريعة، وتكملت السلسلة سنتحدث بإذن الله بإسهاب عن النظم المدمجة من نواحي عديدة، ،السلام عليكم ورحمة الله وبركاته.