Как научиться программированию встроенных систем за 6 шагов

9 декабря 2021 г.

Приобретение новых навыков в качестве программиста и инженера-компьютерщика — это способ, с помощью которого могут расти профессионалы в области информационных технологий и машиностроения. Программирование встроенных систем — это один из способов, которым профессионалы занимаются, чтобы они могли быть хорошими кандидатами на рынке труда. Знание того, что такое встроенные системы и как их изучать, может помочь вам развить следующий набор навыков. В этой статье мы обсудим, как изучать встроенные системы, включая то, что они из себя представляют, их компоненты, важные навыки для их изучения и шесть шагов, которые вы можете выполнить, чтобы развить свои навыки программиста встроенных систем.

Что такое встроенная система?

Встроенная система — это аппаратное устройство компьютера, в которое включено программное обеспечение. Вы можете использовать встроенную систему для выполнения конкретной задачи. Как правило, эти системы используются для управления машинами и электроникой, например, сборочными рычагами в заводском производстве, компьютерными системами в автомобилях, самолетах и ​​поездах, а также банкоматами. Встроенные системы имеют микроконтроллер, который обычно представляет собой одну интегральную схему, с помощью которой пользователи могут управлять своими процессами. Существует четыре типа встроенных систем, подробно описанных ниже:

1. Автономные встраиваемые системы

Автономные встраиваемые системы являются самыми простыми. Вы можете спроектировать их так, чтобы они функционировали без ввода данных из других систем, но используя прямой ввод данных от пользователя в аналоговой или цифровой форме. Примеры автономных систем включают дверные звонки, спидометры и ЖК-дисплеи компьютеров.

2. Встроенные системы реального времени

Встроенные системы реального времени выполняют назначенную задачу в течение определенного периода времени. Существует два типа встроенных систем реального времени:

1. Встроенные системы мягкого реального времени: в них ввод времени для устройства может быть точным или в пределах общего диапазона. Например, вы можете ввести определенное время для приготовления или разогрева пищи в микроволновой печи, но обычно вы округляете до ближайших 30 секунд, чтобы убедиться, что вы полностью приготовили или разогрели пищу.

2. Встроенные системы жесткого реального времени: в них ввод времени — это крайний срок, которому система отдает приоритет, чтобы гарантировать правильное выполнение своей задачи. Например, в некоторых автомобилях есть система, которая предупреждает вас, когда транспортное средство выходит из полосы движения на дороге, в режиме реального времени с очень конкретным сроком, чтобы вы и другие водители оставались в курсе и были в безопасности.

3. Сетевые встроенные системы

Сетевые встроенные системы являются частью более крупной серии систем или операций и могут быть довольно сложными. Множество людей используют эти системы в своей повседневной жизни, и многие сетевые встроенные системы одновременно выполняют сотни или тысячи одних и тех же функций. Например, касса в продуктовом магазине подключается к нескольким другим системам, включая системы подсчета продаж в магазине, систему подсчета денег при закрытии магазина и множество банковских сетей для обеспечения своевременных платежей.

4. Мобильные встраиваемые системы

Мобильные встраиваемые системы обладают широким набором функций, а также легко транспортируются. Примером мобильной встроенной системы является смартфон. Многие смартфоны могут быть мобильным телефоном, беспроводной цифровой камерой, устройством для создания заметок и личным помощником среди многих других функций, оставаясь при этом достаточно маленькими, чтобы их можно было носить в кармане одежды, в сумочке или рюкзаке.

Из каких компонентов состоят встроенные системы?

Встроенная система состоит из четырех основных компонентов, подробно описанных ниже:

1. Компьютерный процессор

Компьютерный процессор — это центральная часть электронной схемы, которая выполняет инструкции, формирующие компьютерную программу. Компьютерные процессоры могут выполнять ряд простых функций, включая арифметические, логические, операции ввода и вывода, а также элементы управления, предоставляемые им конкретной компьютерной программой. Например, компьютер может выполнять простые вычисления с помощью предварительно запрограммированной функции калькулятора, используя данные, вводимые пользователем, и выводит значение на основе этого ввода.

2. Память компьютера

Память компьютера — это конкретное устройство или программа, в которой хранится информация для немедленного использования компьютерной программой или системой. Для встраиваемых систем важны два вида памяти. Оперативная память или оперативная память — это пространство для временного хранения, которое компьютер использует в режиме реального времени или в следующие несколько мгновений после ввода данных пользователем или программой. Производители компьютеров создают ПЗУ или постоянную память во время производства компьютеров, что означает, что она не меняется после сборки компьютера производителем. Оба типа памяти являются неотъемлемой частью основных операций компьютеров, поскольку они позволяют им выполнять функции.

3. Периферийные устройства ввода

Периферийные устройства ввода — это устройства, которые отправляют данные на компьютер. Примеры таких устройств включают клавиатуры, датчики, микрофоны и компьютерные мыши. Эти устройства работают, получая ввод от пользователя, например нажатие клавиши на клавиатуре, и отправляя эту информацию на компьютер. Затем компьютер предоставляет вывод, который он может отображать для использования с периферийными устройствами вывода.

4. Выходные периферийные устройства

Периферийные устройства вывода — это устройства, которые получают данные от компьютера. Примеры этих устройств включают мониторы, динамики и принтеры. Эти устройства работают, получая входные данные от компьютерной программы, такие как определенное действие или визуальный элемент, и отображая эту информацию пользователю в виде визуального или слухового дисплея.

Какие навыки важны для изучения встраиваемых систем?

Программисты изучают широкий спектр навыков, чтобы оставаться востребованными для потенциальной карьеры и увеличивать свои доходы. Конкретные навыки, которые могут помочь вам изучить встроенные системы, включают:

• Владение языками программирования. Изучение различных языков программирования может помочь вам разрабатывать простые программы для машин и понять, как можно преобразовать код в действия для физической машины. SQL, C++, Java и Python — все это программы, которые могут быть полезны для изучения встраиваемых систем.

• Математические навыки. Многим программистам нужны базовые математические навыки, чтобы создавать надежные программы, способные выполнять несколько функций. При изучении встроенных систем изучение математических навыков, связанных с программированием и машиностроением, может помочь вам понять возможности и ограничения машин.

• Электротехника: наличие опыта в области электротехники может помочь вам понять физические компоненты, необходимые для встраиваемых систем. Например, знание того, как запрограммировать мельчайший компонент машины, может помочь вам разработать эффективные программы и машины для выполнения конкретных задач.

• Устойчивость: устойчивость может помочь вам преодолеть любые трудности, с которыми вы столкнетесь в процессе обучения, и даже увеличить количество творческих решений, которые вы разрабатываете. Этот навык также может помочь вам избежать выгорания и усилить вашу страсть к программированию и встроенным системам.

Как научиться программированию встроенных систем

Ниже приведены шесть шагов, которые вы можете использовать для изучения программирования встроенных систем:

1. Выберите язык программирования

Первый шаг к изучению программирования встроенных систем — это выбор одного языка программирования для ваших первоначальных проектов. Вы можете создавать встроенные системы как с высокоуровневыми, так и с низкоуровневыми языками программирования, и их комбинация может помочь вам создать надежную встроенную системную программу. Наиболее распространенным языком программирования для встроенных систем является C или C++, потому что его легко освоить, новички могут легко его прочитать, большинство продуктов используют языки C для программирования, а язык обеспечивает поддержку ввода и вывода в своих базовых функциях.

2. Узнайте о микропроцессорах

Изучение микропроцессоров может помочь вам в разработке аппаратных компонентов встраиваемых систем. Микропроцессоры — это контроллеры внутри аппаратного обеспечения, такого как электронные схемы и другие устройства, которые позволяют вам программировать базовые функции в машине. Эти устройства содержат важные аспекты встроенных систем, включая ОЗУ, ПЗУ и периферийные компоненты, такие как счетчики, таймеры и арифметические калькуляторы. Когда вы будете готовы выбрать микропроцессор, подумайте, какое аппаратное и программное обеспечение вы к нему подключаете, и выберите тот, который может работать с каждым нужным вам компонентом.

3. Приобретайте оборудование и инструменты

Пока вы изучаете программирование встраиваемых систем, помимо микропроцессора вам может понадобиться множество инструментов. Это включает:

• Перемычки для немедленного заряда ваших цепей

• Печатные платы для размещения ваших процессоров

• Аккумуляторы для подачи постоянного тока на ваше оборудование

• Резисторы для управления потоком электричества

• Светодиоды для проверки прохождения тока через систему и для создания дисплеев

• Паяльник для соединения проводов, схем и прочего оборудования

• Устройства для проверки тока в нескольких местах встроенной системы

4. Выберите компоненты

Когда вы будете готовы выбрать компоненты вашей системы, есть множество вариантов, из которых можно выбрать. Каждый вариант поставляется с таблицей данных, которую вы можете прочитать, что может помочь вам определить, выполняет ли компонент нужную вам функцию. Хотя таблицы данных полезны для определения того, может ли компонент выполнять конкретную задачу, которую вы хотите, важно понимать, что вы можете протестировать некоторые компоненты самостоятельно. Это может помочь вам узнать о конкретных компонентах, а также помочь вам расширить свои собственные знания о встроенных системах, компонентах и ​​их взаимодействии.

5. Практика с небольшими проектами

Практика с небольшими проектами может помочь вам приобрести прочные базовые навыки программирования встраиваемых систем. Небольшие проекты делают три основных вещи в процессе обучения. Во-первых, они помогают вам сосредоточиться на развитии определенных навыков. Во-вторых, они обеспечивают среду с низким уровнем стресса. Наконец, они обеспечивают относительно недорогой способ обучения, позволяя решать проблемы, с которыми вы можете столкнуться.

6. Используйте инструменты моделирования

Одна из лучших практик, которую вы можете использовать при проектировании встроенных систем, — это найти и использовать инструмент или программу моделирования. Эти программы могут помочь вам протестировать проекты, когда иначе это было бы невозможно. Они также предоставляют еще один недорогой способ создания, изменения и проверки проектов без материальных затрат на проблемы, с которыми вы можете столкнуться.

Обратите внимание, что ни одна из компаний, упомянутых в этой статье, не связана с компанией Indeed.