İnsan hayatının vazgeçilmez parçaları arasında elektronik cihazlar büyük bir öneme sahip. Bu cihazları gün içerisinde neredeyse her an kullanıyoruz. Dikkat etmek gerekirse bu cihazlar, kullanıcıdan aldığı başlangıç talimatından sonra yapması gereken işlemleri kendi kendine kavrıyor ve işlem yapmaya başlıyor. Burda bize düşen görev ise cihaza sadece başlaması için gerekli talimatı vermek ve arkamıza yaslanmak. Peki bu cihazlar, nasıl oluyor da tıpkı biz insanlar gibi bir beyine sahipmiş gibi işlem basamaklarını sırasıyla takip edip yapacakları işi kusursuz bir şekilde yerine getiriyor? Bu sorunun cevabı bünyelerinde barındırdığı gömülü sistemler. Gömülü sistemler için içerisinde bulunduğu sisteme akıllılık özelliği getiren sistem diyebiliriz. Şimdi bu konuya daha yakından bakalım.
Genel Bakış
Gömülü sistemler, içerisinde bulunduğu elektronik cihazda beyin işlevi görev donanımlardır. Cihazın ne zaman çalışacağını, çalışma adımlarında neler yapacağını belirler ve işlem basamaklarını sırası ile takip ederek kullanım amacına uygun bir şekilde kullanıcıya ve ya parçası olduğu sisteme hizmet eder. Bu alan kendi içerisinde temel olarak ikiye ayrılır. Bu alanlar gömülü yazılım ve gömülü donanım. Bu sistemler, yapacağı işlemleri bünyesinde barındırdığı yazılım algoritmaları ile algılarken, dış dünya çıktılarını ise gerekli donanım ekipmanları vasıtasıyla üretir. Kısace söylemek gerekirse gömülü sistemler, bir cihaza akıllılık özelliği verirler.
Gömülü sistemi, bilgisayalardan ayıran en temel özellik sadece belirli bir amaç doğrultusunda kullanılabilmesi. Bilgisayarlar, içerisinde bulunan güçlü mikroişlemciler vasıtasıyla birçok amaç doğrultusunda kullanılabilirken, gömülü sistemler bünyesinde yapılacak işleme göre düşük işlem gücüne sahip olan ve belli amaçlar doğrultusunda kullanılabilecek işlemci içeren mikrodenetleticiler vasıtasıyla işlevlerini yerine getirir. Bir bulaşık makinesi düşünüldüğünde ortada çok büyük bir mekanik tasarım görülür. Bu büyük tasarımın işlemleri nasıl yapacağına ise, bünyesinde bulunan küçük bir gömülü sistem tasarımı karar verir. Aslında bu yapı, ismini buradan da alıyor denebilir. Büyük bir mekanik tasarım içerisinde, beyin olarak çalışması için tasarıma gömülen küçük boyutlarda bir elektronik sistem.
İç Yapısı
Bu sistemlerin en önemli yapısı mikrodenetleyicilerdir. Mikrodenetleyicileri anlamak için önce mikroişlemci kavramını anlamak gerekir. Mikroişlemci, içerisindeki CPU(Merkezi işlem birimi) biriminin işlevlerini tek bir yarı iletken devrede birleştiren,programlanabilir yapıda olan sayısal bir elektronik tasarımdır. Yapılarında aynı zamanda bellek birimleri, veri hatları ve giriş/çıkış birimleri barındırır. İçerisinde bulunduğu sistemi yöneten birimlerdir. Özellikle bilgisayarların vazgeçilmez elemanı konumundadır. Mikrodenetleyiciler ise, bünyesinde bir mikroişlemci bulunduran ve bu mikroişlemci önderliğinde dış dünya ile iletişim kurmak için çevre birimlerine sahip bir yapıdır. Bu çevre birimleri mikrodenetleyiciyi mikroişlemciden ayıran en önemli özelliktir. Kısacası mikrodenetleyiciler için mini bilgisayar denilebilir.
Mikrodenetleyici
Mikrodenetleyiciler, yapılarında bir çok farklı çevre birimi barındırabilir. Bu çevre birimleri I2C,SPI,UART,CAN BUS gibi seri kanal haberleşmesi gerçekleştiren haberleşme kanalları, gerilim kontrolü ve ayarlamaları için kullanılan analog-dijital çevirici birimleri(ADC), servo motor ve ya herhangi bir elemanı sürme amacı ile belirli bir görev çevriminde(duty cycle) çalışan darbe genişlik modülasyonu(PWM) sinyali üretimi birimlerine sahip olabilir. Aynı zamanda yapılarında bulunan zamanlayıcı üniteleri(timer) ile çok hassas çalışarak mikrosaniyeler cinsinden süre sayma özelliklerine sahiptir. (Bu konular hakkında daha detaylı bilgiler için şu yazılarımıza göz atabilirsiniz. “Mikrodenetleyici Nedir?” ve ” Bilgisayarların Beyni:İşlemci ” )
Elektronik cihazların işlemlerini yerine getirebilmesi için yukarıda bahsedilen mikrodenetleyici yapılarına ek olarak, çalışma amacına göre gerekli ek donanım elemanları seçilerek bir gömülü sistem meydana getirilir ve gerekli mekanik düzenek içerisine yerleştirilir. Bu sayede sistemler akıllı bir hale gelir. Bu ek donanım elemanları servo motor,dc motor, led,buzzer gibi dış dünya çıktıları üreten elemanlar olabilirken, aynı zamanda dış ortamdaki sıcaklık, basınç, nem, zehirli gaz gibi bir çok durumu ölçen sensörler ve ya kablosuz haberleşme ile uzak mesafeler arasında iletişim kurmaya olanak sağlayan Bluetooth,Wi-Fi,Gsm ve ya Rf modülleri olabilir. Bu sayede kilometrelerce öteden herhangi bir elektronik sistem yönetilebilir. Kısacası kullanılma amacına göre pek çok farklı yapı, doğru yazılım algoritmaları ve donanım ekipmanları seçilerek gerçekleştirilebilir.
Kullanım Alanları
Gömülü sistemler, farkında olunmasa da insan hayatının neredeyse kullandığı ürünlerin tamamında bulunur. Evde, ofiste, yolda farkında olmadan kullandığımız elektronik cihazların bünyesinde olmazsa olmaz gereçlerdir. Birkaç örnek vermek gerekirse aşağıdaki alanları görebiliriz.
.Ev Eşyaları
Buzdolabı, fırın, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, su ısıtıcı, kamera, televizyon vb.
.Ofis
Modem, yazıcı
.Araç/Otomobil
Kilitlenme karşıtı fren sistemi(ABS), hava yastığı kontrolü, hava koşul kontrolü
.Sağlık Sektörü
Kan basıncı monitörleri, kalp atışı monitörleri, kalp pilleri, tele gözetim cihazları, medikal görüntüleme
.Havacılık
Uçuş kontrol sistemleri, hava ve termal yönetim, Navigasyon sistemi
Avantajları
.Oldukça küçük boyutlara sahip olmaları nedeniyle bir çok yerde kullanılabilir.
.Güç tüketimleri fazlasıyla düşüktür.
.Maliyetleri çok düşüktür.
.Yüksek performansa sahiptir.
Popüler Mikrodenetleyiciler
Günümüzde çok çeşitli ve birbirinden farklı özelliklere sahip mikrodenetleyiciler bulunmaktadır. Mikrodenetleyici seçimi yapılırken, sistemin hizmet edeceği amaç doğrultusunda gerekli ihtiyaçlar belirlenir ve bu ihtiyaçları karşılayacak olan düşük maliyetli bir denetleyici seçilir. Örnek vermek gerekirse, geliştirilecek sistemde hız çok ön planda değilse, bir adet UART ara yüzüne sahip bir sensör kontrol edilecek ve elde edilen veriler sonucunda 3 adet giriş/çıkış birimi yönetilecekse, bünyesinde beş UART desteği olan, 192 MHz saat darbeli bir mikrodenetleyici almak mantıklı olmayacaktır. Onun yerine daha uygun fiyatlı, ihtiyaçları karşılayacak bir denetleyici seçmek daha doğru olacaktır. Piyasada ağırlıklı olarak kullanılan denetleyiciler şöyle sıralayabiliriz;
.STM(STM8 ve STM32 bitlik denetleyiciler)
.PIC Microchip Ailesi
.Atmel/AVR-Atmega Ailesi
.MSP430
Bahsi geçen denetleyici ailelerinin kendi içerisinde farklı özelliklere sahip bir çok denetleyicisi bulunmaktadır. Geliştirilecek olan sistem özelinde uygun olan mikrodenetleyici seçilerek projelerde kullanılabilir.
Gömülü sistemler, boyutları, maliyetleri ve çok işlevlilikleri sayesinde günümüzde çoğu elektronik cihazın bünyesinde kendisine yer bulur. Gelişen bu alan sayesinde, çok karmaşık işler bile kolaylıkla üstesinden gelinebilecek bir hale gelir.
KAYNAKÇA
wikipedia.org
codrey.com
