Giới thiệu về máy tính nhúng

Máy tính nhúng là gì?

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường dùng thuật ngữ máy tính để chỉ các hệ thống máy tính để bàn, máy tính xách tay, hệ thống máy chủ, v.v Các loại máy tính này thuộc về lớp máy tính thông dụng, bởi chúng được thiết kế với phần cứng và hệ điều hành để dùng cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau.

Bên cạnh đó, còn tồn tại một số lượng khổng lồ những sản phẩm và thiết bị chẳng hạn điện thoại thông minh, tivi thông minh, điều hòa, tủ lạnh, … mà chúng ta thường không gọi chúng là máy tính, tuy nhiên chúng lại chứa đựng bên trong một hệ thống máy tính dùng cho mục đích điều khiển hoạt động của sản phẩm đó. Những hệ thống máy tính như vậy được gọi là hệ thống máy tính nhúng.

Ngày nay, các loại hệ thống nhúng như vậy có mặt trong rất nhiểu chủng loại sản phẩm từ những sản phẩm dân dụng phục vụ cuộc sống hàng ngày như máy nghe nhạc, đầu phát DVD, điện thoại, ti-vi, tủ lạnh, … đến những sản phẩm trong các ngành công nghiệp ô-tô, hàng hải, hàng không, vũ trụ,… Phần lớn các thiết bị chỉ chứa một hệ thống nhúng trong nó, tuy nhiên nhiều sản phẩm chẳng hạn ô-tô có thể bao gồm từ hàng chục tới hàng trăm hệ thống nhúng đảm nhiệm các chức năng khác nhau trong sản phẩm đó.

Trong công nghiệp, hệ thống máy tính nhúng được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống quản lý nhà máy, tự động hóa nhà máy, hay các dây chuyền sản xuất hoặc kiểm tra sản phẩm. Hầu hết các sản phẩm máy tính nhúng trong công nghiệp đều được sử dụng cho một chức năng duy nhất như quản lý sản xuất hay quản lý sản phẩm.

Như vậy, hiểu một cách đơn giản thì thuật ngữ máy tính nhúng được dùng để chỉ bất cứ hệ thống máy tính nào được dùng như một thành phần cấu thành nên một sản phẩm, mà bản thân sản phẩm đó không thường được gọi là máy tính. Do chỉ là một thành phần của một sản phẩm nào đó cho nên các hệ thống máy tính nhúng thường được thiết kế và tối ưu về cả mặt phần cứng và phần mềm với một chức năng chuyên dụng cho sản phẩm đó.

Nói cách khác, một hệ thống nhúng không thể dùng cho mục đích khác với mục đích mà nó được thiết kế. Chẳng hạn, một hệ thống máy tính nhúng trong máy giặt không thể dùng để điều khiển tủ lạnh được. Khả năng tương tác của người dùng với các hệ thống này là rất hạn chế. Chẳng hạn, người sử dụng không thể sửa đổi hoặc cài đặt thêm phần mềm ứng dụng cho hệ thống máy tính nhúng trong một chiếc tủ lạnh, điều này chỉ có thể thực hiện bởi nhà sản xuất.

Sự phát triển của máy tính nhúng

Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của điện thoại thông minh smartphone và công nghệ thông tin. Một hệ thống máy tính nằm gọn trong một con chip hay một bo mạch không còn là điều bất ngờ nữa. Như đối với smartphone, nó là một hệ thống máy tính cơ bản sử dụng HDH Android, có đủ chip với xung nhịp, ram thậm chí lên tới 6GB hay 8GB (gấp mấy lần máy tính 386 đời đầu) card màn hình, màn hình, thiết bị ngoại vi như bàn phím, màn hình cảm ứng (thay con chuột) camera và các công cụ cảm ứng khác.

Từ đó ra đời một thế hệ chip mới chip tích hợp cả hệ thống SoC hay là System on a Chip. Với 1 SoC, nhà phát triển có thể thiết kế ra các bo mạch khác nhau với các cổng IO thông dụng khác nhau như USB, LAN, WIFI, IR, CSI v.v. để phục vụ cho các nhà phát triển thứ cấp tạo ra các sản phẩm thông minh trên đó (ngoài điện thoại thông minh). Các sản phẩm thông minh này với sự kết nối liên tục với Internet sẽ tạo ra mạng lưới các sản phẩm thông minh được kết nối với nhau qua Internet, RF hay Bluetooth … và tạo thành Internet vạn vật (Internet of Things)

Nói một cách đơn giản, như trước kia, mạng Internet được kết nối với bởi các mạng của các mạng của các mạng nhưng chủ yếu các nodes trên mạng vẫn là một máy tính để bàn, máy tính xách tay hay máy chủ. Thì bây giờ mạng Internet được kết nối không chỉ máy tính nữa mà cả các thiết bị thông minh khác như Tivi, Điều hòa, Tủ lạnh v.v.

Ngoài ra, khi máy tính nhúng trở nên dễ tiếp cận hơn, nó trở thành một sản phẩm đơn giản mà bất cứ ai có một ý tưởng về một thiết bị thông minh nào đó có thể sẵn sàng phát triển nó bằng cách mua thiết bị, lập trình, và đưa ra ngoài thế giới.

Máy tính Pi đầu tiên

Một bo mạch máy tính nhúng thông dụng đầu tiên chính là chiếc Raspberry Pi, đã ra đời cách đây 7 năm, vào tháng 2 năm 2012. Phát triển bởi  Raspberry Pi Foundation, với mục dích đầu tiên là hỗ trợ nghiên cứu khoa học máy tính trong trường học tại các nước đang phát triển. Dần dần, với sự phổ thông của nó (giá rất rẻ) và sự tham gia nghiên cứu của ngày càng nhiều người trên thế giới (khong chỉ những người đang làm trong ngành tin học hay máy tính) , Raspberrry PI trở thành bo mạch máy tính nhúng phổ thông nhất hiện nay, và đương nhiên cái tên Pi gần như được đặt cho các bo mạch máy tính nhúng để phát triển ứng dụng sau này.

Nếu như Raspberry Pi sử dụng chip SoC của Boardcom với CPU và GPU cấu trúc ARM, thì Orange Pi sử dụng phần lớn trên các bo mạch của mình là chip SoC của Allwinner, một nhà sản xuất chip SoC của Trung Quốc cực kì phổ biến trong các dòng điện thoại thông minh hiện nay. Chính vì thế, các sản phẩm của Orange Pi càng ngay trở nên dễ tiếp cận hơn rất nhiều so với Raspberry Pi.

Thêm nữa, khi mà Raspberry Pi chỉ có một số dòng sản phẩm như Raspberry Pi 2, Raspberry Pi 3, Raspberry Pi 3B .v.v thì Orange Pi cung cấp một dải rộng các sản phẩm với các cấu hình khác nhau và cổng giao tiếp khác nhau phục vụ chính xác hơn nhu cầu phát triển của các nhà phát triển cá nhân.

Bạn đã sẵn sàng đi vào thế giới của IOT chưa?

Thực sự, nếu như trước kia việc phát triển một sản phẩm thông minh chỉ dành cho các công ty lớn hay các nghiệp đoàn thì bây giờ, rất nhiều sản phẩm thông minh đã được phát triển đầu tiên bởi một cá nhân hay một nhóm nhỏ.

Ví dụ như sản phẩm Magic Mirror này, đầu tiên được xây dựng bởi 1 cá nhân là Micheal Teeuw, sau đó anh ta đưa mã nguồn lên GitHub và nhận được sự đóng góp rất nhiệt tình. Giờ nó trở thành một sản phẩm thông minh phổ biến, mà bất cứ ai cũng có thể làm được.

Thế giới dần trở nên không hạn chế, ngay cả một cái gương cũng có thể trở thành một sản phẩm thông minh thì bất kì sản phẩm nào cũng có thể. Và quan trọng hơn hết các sản phẩm này đều rất dễ tiếp cận, triển khai và xây dựng dựa trên mã nguồn mở, thiết bị mua dễ dàng. Và bạn chỉ cần một ý tưởng mà thôi.