ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวเป็นซอฟต์แวร์ประเภทเฉพาะที่ควบคุม ตรวจสอบ และจัดการการทำงานของอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์และระบบ แตกต่างจากซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ทั่วไปที่ทำงานบนพีซีและอุปกรณ์เคลื่อนที่ ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวทำงานในรูปแบบเฉพาะที่จำกัด และเป็นส่วนสำคัญของฮาร์ดแวร์ที่ซอฟต์แวร์ควบคุม
กำเนิดและวิวัฒนาการของซอฟต์แวร์ฝังตัว
แนวคิดของระบบฝังตัวและซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องมีประวัติย้อนกลับไปในทศวรรษ 1960 Apollo Guidance Computer ออกแบบโดย Charles Stark Draper ที่ MIT และใช้ในภารกิจลงจอดบนดวงจันทร์ของ Apollo ถือเป็นระบบฝังตัวเครื่องแรก ซอฟต์แวร์ฝังตัวก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในปี 1971 เมื่อวิศวกรของ Intel Ted Hoff ผลิตไมโครโปรเซสเซอร์ตัวแรกคือ Intel 4004 ทำให้เกิดการใช้งานระบบฝังตัวที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การกล่าวถึงซอฟต์แวร์ฝังตัวครั้งแรกเริ่มปรากฏในเอกสารทางเทคนิคในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ซึ่งสอดคล้องกับการใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เพิ่มขึ้น
เจาะลึกซอฟต์แวร์ฝังตัว
ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวเป็นส่วนสำคัญของระบบที่หลากหลาย ตั้งแต่เครื่องใช้ในบ้าน อุปกรณ์ทางการแพทย์ ตัวควบคุมทางอุตสาหกรรม ไปจนถึงรถยนต์และเครื่องบิน ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานเฉพาะหรืองานต่างๆ ภายในระบบขนาดใหญ่ ซึ่งมักจะมีข้อจำกัดด้านการประมวลผลแบบเรียลไทม์ ด้วยการ "ฝัง" จึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดในด้านความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความกะทัดรัด
ตรงกันข้ามกับแอปพลิเคชันเดสก์ท็อปแบบเดิมซึ่งอนุญาตให้เรียกใช้แอปพลิเคชันต่างๆ บนพีซี โดยทั่วไปแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์แบบฝังตัวจะมีฟังก์ชันเอกพจน์ โดยจะทำงานทันทีที่อุปกรณ์เปิดเครื่อง และผูกขาดทรัพยากรทั้งหมดของอุปกรณ์
ซอฟต์แวร์นี้มักเขียนด้วยภาษาระดับสูง เช่น C, C++ หรือ Python แม้ว่าภาษาแอสเซมบลียังสามารถใช้สำหรับการตอบสนองด้านความเร็วหรือแบบเรียลไทม์ได้ โดยทั่วไปแล้ว ซอฟต์แวร์จะถูกคอมไพล์ข้ามระบบอื่น (โฮสต์) เพื่อให้ทำงานบนอุปกรณ์ฝังตัวเป้าหมาย
Gears ที่อยู่เบื้องหลังซอฟต์แวร์ฝังตัว
ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวทำงานร่วมกับระบบฝังตัว ไมโครโปรเซสเซอร์ หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ พร้อมกับอุปกรณ์ต่อพ่วง ไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้งานซอฟต์แวร์ และโต้ตอบกับโลกทางกายภาพผ่านอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น เซ็นเซอร์ แอคชูเอเตอร์ และอินเทอร์เฟซการสื่อสาร
ซอฟต์แวร์เป็นไปตามลำดับการดำเนินการที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยเข้ารหัสระหว่างการสร้าง อาจใช้ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) หรืออาจทำงานแบบ Bare-Metal โดยไม่มีระบบปฏิบัติการ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความซับซ้อน
คุณสมบัติที่สำคัญของซอฟต์แวร์สมองกลฝังตัว
ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวมีลักษณะสำคัญบางประการที่แตกต่างจากซอฟต์แวร์ประเภทอื่น:
-
การทำงานแบบเรียลไทม์: ระบบฝังตัวจำนวนมากมีข้อกำหนดแบบเรียลไทม์ ซอฟต์แวร์จะต้องตอบสนองต่อเหตุการณ์หรืออินพุตภายในเวลาที่กำหนด
-
ความเสถียรและความน่าเชื่อถือ: เนื่องจากพวกมันมักจะทำหน้าที่สำคัญ พวกเขาจึงต้องทำงานโดยไม่เกิดข้อผิดพลาดเป็นระยะเวลานาน
-
ประสิทธิภาพหน่วยความจำ: ระบบสมองกลฝังตัวมักจะมีหน่วยความจำจำกัด ทำให้ซอฟต์แวร์ต้องใช้ทรัพยากรเท่าที่จำเป็น
-
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ระบบฝังตัวจำนวนมากใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ จึงจำเป็นต้องใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
-
ฟังก์ชั่นเฉพาะ: ซอฟต์แวร์ฝังตัวได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานเฉพาะเจาะจง ตรงกันข้ามกับซอฟต์แวร์เอนกประสงค์
ประเภทของซอฟต์แวร์ฝังตัว
ซอฟต์แวร์ฝังตัวสามารถจำแนกได้กว้างๆ ตามลักษณะต่างๆ นี่คือการแสดงแบบตาราง:
| ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการทำงาน | ขึ้นอยู่กับความซับซ้อน | ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพ |
|---|---|---|
| ซอฟต์แวร์ควบคุม | ง่าย (งานเดียว) | เรียลไทม์ |
| ซอฟต์แวร์ตรวจสอบ | ปานกลาง (หลายงาน) | ไม่ใช่เรียลไทม์ |
| ซอฟต์แวร์ประมวลผลข้อมูล | คอมเพล็กซ์ (ตาม RTOS) | – |
การใช้งาน ปัญหา และแนวทางแก้ไขของซอฟต์แวร์ฝังตัว
ซอฟต์แวร์แบบฝังตัวมีแอปพลิเคชันมากมาย ตั้งแต่เครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน ระบบความบันเทิง อุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ระบบการขนส่ง โทรคมนาคม ไปจนถึงการใช้งานด้านการบินและอวกาศที่สำคัญ
อย่างไรก็ตาม การออกแบบและการใช้งานซอฟต์แวร์แบบฝังตัวก่อให้เกิดความท้าทายหลายประการ รวมถึงทรัพยากรที่จำกัด การพึ่งพาฮาร์ดแวร์ ข้อกำหนดแบบเรียลไทม์ และมาตรฐานความปลอดภัยและการรักษาความปลอดภัยที่เข้มงวด เพื่อบรรเทาปัญหาเหล่านี้ วิศวกรใช้กลยุทธ์ต่างๆ เช่น การออกแบบระบบอย่างระมัดระวัง อัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพ การทดสอบที่เข้มงวด และกระบวนการตรวจสอบ
การเปรียบเทียบกับข้อกำหนดที่คล้ายกัน
| ภาคเรียน | คำอธิบาย |
|---|---|
| เฟิร์มแวร์ | ซอฟต์แวร์ฝังตัวประเภทหนึ่งที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน เช่น ROM หรือหน่วยความจำแฟลช โดยให้การควบคุมระดับต่ำสำหรับฮาร์ดแวร์เฉพาะของอุปกรณ์ |
| ซอฟต์แวร์ระบบเรียลไทม์ | ซอฟต์แวร์ที่รับประกันความสามารถเฉพาะภายในระยะเวลาที่กำหนด ระบบฝังตัวที่สำคัญที่สุดใช้สิ่งนี้ |
| ซอฟต์แวร์ระบบ | ซอฟต์แวร์ที่รับผิดชอบในการจัดการและควบคุมฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ การเปิดใช้งานซอฟต์แวร์ประยุกต์ ประกอบด้วยระบบปฏิบัติการ ไดรเวอร์อุปกรณ์ และยูทิลิตี กว้างกว่าซอฟต์แวร์แบบฝังตัว เนื่องจากอาจเป็นได้ทั้งแบบใช้งานทั่วไปหรือแบบฝังตัว |
มุมมองในอนาคตและเทคโนโลยีของซอฟต์แวร์ฝังตัว
อนาคตของซอฟต์แวร์แบบฝังตัวกำลังถูกกำหนดโดยแนวโน้มต่างๆ เช่น IoT (Internet of Things), AI และการเรียนรู้ของเครื่องจักร, ระบบ Cyber-Physical และ Edge Computing ความก้าวหน้าในสาขาเหล่านี้จะนำไปสู่ระบบฝังตัวที่ชาญฉลาด เป็นอิสระ และเชื่อมต่อกันมากขึ้น
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์และซอฟต์แวร์ฝังตัว
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์สามารถโต้ตอบกับระบบฝังตัวได้หลายวิธี พวกเขาสามารถช่วยให้อุปกรณ์ฝังตัวเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตอย่างปลอดภัย ปกป้องอุปกรณ์จากการเข้าถึงเครือข่ายภายนอกโดยตรง การรับส่งข้อมูลสมดุลโหลด และข้อมูลแคชเพื่อการเรียกค้นที่รวดเร็วยิ่งขึ้น ด้วยเหตุนี้ ซอฟต์แวร์ฝังตัวจึงจำเป็นต้องได้รับการออกแบบเพื่อจัดการกับประเด็นเหล่านี้ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการเขียนโปรแกรมเครือข่ายและองค์ประกอบความปลอดภัยทางไซเบอร์
