Hệ thống nhúng (Embedded Systems) là các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện một hoặc một số chức năng cụ thể trong một thiết bị lớn hơn. Chúng thường tích hợp phần mềm và phần cứng, giúp điều khiển các thiết bị hoặc hệ thống mà không cần đến sự can thiệp của người dùng. Hệ thống nhúng có thể được tìm thấy trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ thiết bị điện tử tiêu dùng đến các hệ thống công nghiệp phức tạp.
Hệ thống nhúng đã xuất hiện từ những năm 1960 với sự phát triển của vi mạch và vi xử lý. Những thiết bị đầu tiên như máy tính cá nhân, thiết bị điều khiển từ xa và máy giặt đều sử dụng công nghệ nhúng. Những năm 1980 đánh dấu sự ra đời của các vi mạch tích hợp (Integrated Circuits - IC) và Application Specific Integrated Circuit (ASIC), làm cho hệ thống nhúng trở nên phổ biến hơn.
Trong những năm gần đây, các công nghệ như Internet of Things (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), và machine learning đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống nhúng. Sự xuất hiện của các vi điều khiển mạnh mẽ hơn, bộ xử lý đa lõi và công nghệ truyền thông không dây đã mở rộng khả năng của hệ thống nhúng đến những ứng dụng mới.
Hệ thống nhúng liên quan đến nhiều công nghệ và nguyên lý kỹ thuật khác nhau:
Vi mạch và vi điều khiển là trái tim của hệ thống nhúng. Chúng thực hiện các phép toán và điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Phần mềm nhúng được thiết kế đặc biệt để chạy trên các hệ thống nhúng, thường có kích thước nhỏ và yêu cầu hiệu suất cao.
Hệ thống nhúng thường cần giao tiếp với các thiết bị khác, điều này dẫn đến việc sử dụng các giao thức như UART, SPI, I2C và các công nghệ không dây như Bluetooth và Wi-Fi.
Ngày nay, nhiều hệ thống nhúng đang tích hợp AI và machine learning để cải thiện khả năng tự động hóa và ra quyết định.
Sự phát triển của IoT đã tạo ra nhu cầu cho các hệ thống nhúng thông minh, cho phép các thiết bị giao tiếp và chia sẻ dữ liệu qua mạng.
Với sự gia tăng kết nối internet, bảo mật hệ thống nhúng ngày càng trở thành một vấn đề quan trọng. Các biện pháp bảo mật mới đang được phát triển để bảo vệ dữ liệu và hệ thống.
Hệ thống nhúng có mặt trong nhiều lĩnh vực:
Các thiết bị như smartphone, máy tính bảng, và TV thông minh đều sử dụng hệ thống nhúng để thực hiện chức năng của chúng.
Trong ngành công nghiệp, hệ thống nhúng được sử dụng để điều khiển máy móc, robot tự động và dây chuyền sản xuất.
Hệ thống nhúng cũng được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy theo dõi sức khỏe, máy siêu âm và thiết bị đo huyết áp.
Nghiên cứu hiện tại trong lĩnh vực hệ thống nhúng tập trung vào việc phát triển hiệu suất phần cứng và phần mềm, tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và tăng cường bảo mật.
Tương lai của hệ thống nhúng có thể sẽ liên quan đến việc phát triển các thiết bị tự động hóa cao, khả năng tương tác tốt hơn giữa các thiết bị và cải thiện khả năng học máy trong các hệ thống nhúng.
Bài viết này mong muốn cung cấp cái nhìn tổng quát và sâu sắc về hệ thống nhúng, từ định nghĩa, lịch sử đến các xu hướng và ứng dụng hiện tại.