Gömülü Sistem Nedir? Gömülü İşletim Sistemleri Nelerdir?

Gömülü sistem, özgün bir sistem olup büyük bir sistemin bağımsız parçası olarak istenilen işlevi yerine getirmek için tasarlanmış mikroişlemci tabanlı bir donanım sistemidir. Günümüzde telefon, televizyon, bilgisayar, yazıcılar, çamaşır makinesi ve buzdolabı gibi daha birçok ürünün içerisinde gömülü sistem kullanılmaktadır.

Bu içeriğimizde gömülü olarak nitelendirdiğimiz sistemler hakkında bilinmek istenenleri sizler için derledik.

Gömülü Sistem Nedir?

Gömülü sistem; birden fazla fonksiyonun aynı sistem üzerinde bütünleşik hale getirilmesiyle istenilen komutları yerine getiren mekanizma olarak tanımlanabilir. Tarihte kayda değer ilk gömülü sistemin MIT Instrumentation Laboratory’de Charles Stark Draper tarafından üretilen Apollo Guidance Computer olduğu ileri sürülmektedir.

Gömülü sistem, içerisine önceden hazır olarak yüklenmiş komutları yerine getirdiği için sistem, belirli bir amaca hizmet eder. Bu sebepledir ki gömülü diye isimlendirdiğimiz bu sistemlerde çoğunlukla yavaş işlemciler ve basit bellek kullanılır. Bunun temel sebebi maliyeti düşürmektir. Çok sayıda üretildiği için maliyetinin düşmesi, elde edilen kazancı arttıracaktır.

Gömülü sistemler; hatası olmayan, yıllar geçse de denetlenebilir olan ve uzun süre çalışabilecek şekilde tasarlanır. Bu yüzden içerisine yüklenen yazılımlar büyük önem arz etmektedir. Gömülü olarak nitelendirdiğimiz bu sistemin temelini mikroişlemciler oluşturur. Sistem üzerindeki istenilen yazılımların yüklendiği veya var olan yazılımların güncellenebildiği bellek olan mikroişlemciler firmware(yarı kalıcı) ismiyle bilinir. Sistemin beyin vazifesini görür.

Gömülü Sistemler Ne İşe Yarar?

Gömülü sistem, tek bir amaca yönelik olarak programlandığından, son derecede güvenilir, fazla bakıma ihtiyacı olmayan ve bir cihaza montajı oldukça kolay olan elektronik bileşendir. Bir sistemin önemli bir parçası olmalarına rağmen, arızalanma ihtimalleri çok düşüktür ve yeniden programlanmaları gerekmez; bu sebeple, ev aletleri gibi dışarıdan müdahale olmaksızın çalışması gereken birçok cihazın önemli bir parçasıdır. Gömülü olarak bilinen bu sistemlerin çok geniş kullanım alanına sahiptir. Bu kullanım alanlarını şu şekilde sıralayabiliriz.

• Cep telefonları
• Bilgisayar yazıcıları
• ATM cihazları
• Disk sürücüleri
• Elektronik ev eşyaları (Mikrodalga fırın, klima, çamaşır makinesi, buzdolabı, tv vb.)
• Savunma sistemleri uçaklarda ve füzelerde
• Ölçüm Cihazlarında (osiloskop, enerji analizörü)
• Oyun konsollarında
• Medikal ekipmanlarda
• Trafik güvenlik sistemlerinde
• Robot kol teknolojisinde

Bu listeyi daha da çoğaltabiliriz. Diğer taraftan yapay zeka, sanal gerçeklik, robotik sistemler, makine öğrenimi ve nesnelerin interneti gibi alanların gelişimi ile birlikte gömülü sistemlerin kullanımının artması beklenmektedir.

Görüntü işlemede, nesnelerin tespit edilmesinde büyük sorunlar meydana gelmektedir. Gömülü sistemlerin derin öğrenme ile birlikte kullanıldığında görüntü sınıflandırma işlemi verimli bir şekilde yapıldığı görülmüştür. Örnek verecek olursak bu sayede plaka tespiti gibi önemli güvenlik sorunu kolaylaşmış ve hata oranı en aza indirilmiştir.

Derin öğrenmeyi beraber kullanıldığında X-ray cihazlarında görüntülenecek tehdit unsurlarının tespiti kolaylaşmış ve daha başarılı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

İnternet bağlantılı sistemlerde güvenlik zafiyetleri meydana gelmektedir. Gömülü sistemlerin kullanılmaya başlamasıyla birlikte uzaktan müdahale ve güvenlik açıklarının ciddi oranda azaldığı görülmüştür. Bu sebeple güvenlik gerektiren işlemlerde gömülü olarak nitelendirdiğimiz sistemler kullanımı artmaktadır.

Robot kol sistemlerinde hızlı algılama ve ayırt etme özelliklerinin maksimum seviyede olması gerekmektedir. Yürüyen bant sisteminde bu özellikler hızlı olmaz ise büyük hatalar meydana gelmektedir. Gömülü sistemlerin kullanılmaya başlamasıyla birlikte nesnelerin ayırt edilmesi, görüntü işleme ile renklerinin ayırt edilmesi ve istenilen yazılım sayesinde farklı koordinatlardaki kutulara aktarılması son derece başarılı ve hızlı bir şekilde tamamlanmıştır.

Gömülü Sistem Programlama Nedir?

Gömülü sistem programlama, geleneksel işletim tabanlı sistemlerin sahip olacağı programlamaya sahip değildir. Gömülü donanım, geliştiricilerin belirlemesi gereken özel koşullara ve belirli yapılara sahiptir. Bu sebeple bir bilgisayar gibi çalışması beklenemez. Tamamen farklı işlevlerde çalışır.

Gömülü sistemlerin yapısını bir donanım birde yazılım katmanı oluşturur.

Donanım Katmanı

Donanımın bileşenleri çoktur. Temel olarak sensör, AD(analog-dijital) dönüştürücü, işlemci, DA(dijital-analog) dönüştürücü ve aktüatör oluşturmaktadır.

Sensör: Ortamdaki fiziksel olayları ve değişiklikleri ölçer elektrik sinyaline dönüştürür. AD dönüştürücüler sayesinde analog sinyali dijital sinyale dönüştürerek ölçülen miktarı hafızaya kaydeder.

AD Dönüştürücü: Sensör tarafından gönderilen analog sinyalleri dijital sinyale dönüştürür.

İşlemci: Çıktıları belleğe depolamak için verileri işler.

DA Dönüştürücü: İşlemciden gelen dijital sinyalleri analog sinyale dönüştürür.

Aktüatör: DA dönüştürücü tarafından gönderilen sinyalleri içerisine yüklenen beklenen çıktıyla karşılaştırıp onaylanan verileri depolar.

Yazılım Katmanı

Gömülü yazılım ilk bakışta karmaşık gözükebilir. Fakat yazılım oldukça basittir. Bellekte çok az yer kaplar. Gömülü yazılım için en önemli kısım kullanılan programlama dilidir. Gömülü programlama dili geliştiricilerin gömülü sistemlerde kullandığı dildir. Geliştiricilerin kullandığı yaygın olan programlama dilleri olarak C, C++, Python, ve Java kullanılır. 

Gömülü İşletim Sistemleri Nelerdir?

Gömülü sistem için seçilecek işletim sistemleri için seçeneklerimiz oldukça fazladır. Bu seçenekleri şu şekilde listeleyebiliriz;

• Windows CE
• Windows XP Embedded
• JavaOS
• LynxOS
• Gömülü Linux
• FreeRTOS
• ECos
• Mobilinux
• Nucleus RTOS
• Palm OS
• Prex
• VxWorks

Gömülü diye tabir ettiğimiz bu sistemler programlanırken birçok işletim sistemi kullanılabilir. Burada belirleyici olan yapacağımız sistemin işlevidir. Kullanacağımız işletim sistemi buna bağlı olarak değişkenlik göstermektedir.

Sonuç

Gömülü sistemlerin kullanıldığı alanlar yaygınlaşmakta ve bu sistemleri oluşturan bileşenler gün geçtikçe gelişmeye devam etmektedir. Tekrarı sürekli olan bir işlevi yerine getirirken büyük miktarda güç ve bellek gerektirmeyen bir sisteme sahip olmanın faydaları çok büyüktür. Birçok alanda otomasyona olan talep arttıkça, gömülü s sistemlere olan talebin de artması kaçınılmazdır.