Gömülü sistemler, günümüzde hemen hemen her yerde bulunan küçük ve özel amaçlı cihazlardır. Arabalardaki kontrol sistemlerinden akıllı ev aletlerine, tıbbi cihazlardan akıllı telefonlara kadar pek çok cihazda gömülü sistemler kullanılmaktadır. Gömülü sistemler, belirli bir görevi yerine getirmek için tasarlanmış özel amaçlı cihazlardır. Genellikle, bir gömülü sistemdeki donanım, işletim sistemi ve uygulama yazılımı bir arada bulunur.
Bu sistemler, evlerimizde, arabalarımızda, fabrikalarda ve birçok farklı alanda kullanılır. Bunlar arasında tıbbi cihazlar, endüstriyel otomasyon, taşımacılık, savunma ve güvenlik, iletişim ve ağ cihazları, ev otomasyonu, akıllı telefonlar ve daha birçok alanda kullanılan cihazlar yer almaktadır. Gömülü sistemlerin önemi, bu cihazların birçok farklı işlevi yerine getirerek günlük hayatımızı kolaylaştırıyor olmalarıdır.
Örneğin, akıllı telefonlar, internete bağlanarak haberleri okumanıza, sosyal medya hesaplarınızı kontrol etmenize, müzik dinlemenize ve hatta bankacılık işlemleri yapmanıza olanak tanır. Gömülü sistemler, pek çok farklı türde cihazda kullanılabilir. Bu cihazlar arasında akıllı ev aletleri, güvenlik kameraları, tıbbi cihazlar, fabrika otomasyon sistemleri, navigasyon sistemleri, arabalardaki kontrol sistemleri, cep telefonları, dijital kameralar, müzik çalarlar ve daha birçok cihaz yer alır.
ARM Tabanlı Gömülü Sistemler: ARM işlemcilerle çalışan sistemlerdir.
AVR Tabanlı Gömülü Sistemler: AVR işlemcilerle çalışan sistemlerdir.
PIC Tabanlı Gömülü Sistemler: PIC işlemcilerle çalışan sistemlerdir.
Gömülü sistemlerin, masaüstü bilgisayarlar gibi diğer bilgisayarlardan farklı özellikleri vardır. Bunlar arasında, küçük boyut, düşük güç tüketimi, yüksek güvenilirlik, düşük maliyet, düşük karmaşıklık, yüksek performans ve özel amaçlı donanım gibi özellikler bulunur. Gömülü sistemlerin önemli özellikleri şu şekilde sıralanabilir:
Boyut: Gömülü sistemler, genellikle küçük boyutlu ve genellikle tek bir görev için tasarlanmıştır.
Güç tüketimi: Gömülü sistemler, düşük güç tüketimi için optimize edilirler. Bu nedenle, batarya veya diğer enerji kaynaklarını verimli bir şekilde kullanmaları gerekir.
İşlemci mimarisi: Gömülü sistemler, özel işlemci mimarileri kullanırlar. Bu mimariler, düşük güç tüketimi, yüksek performans ve donanım kaynaklarının etkin kullanımı gibi özellikleri sağlar.
Bellek yönetimi: Gömülü sistemler, sınırlı bellek kapasiteleri nedeniyle bellek yönetimine özel bir dikkat gerektirirler. Bellek kullanımının optimize edilmesi, sistem performansını arttırır.
Donanım bileşenleri: Gömülü sistemler, sensörler, motorlar, ekranlar ve diğer donanım bileşenlerini yönetmek için tasarlanırlar. Bu bileşenler, sistem performansını ve işlevselliğini artırmak için kullanılır.
Gerçek zamanlı işletim: Gömülü sistemler, gerçek zamanlı işletim sistemlerini de kullanabilirler. Bu sistemler, sıkı zaman sınırlamalarına uymak ve önceliklere göre işlem yapmak için tasarlanmıştır.
Bağlantı: Gömülü sistemler, genellikle diğer sistemlerle veya ağlarla iletişim kurabilirler. Bu nedenle, uygun bağlantı arayüzlerine sahip olmaları gerekir.
Güvenilirlik: Gömülü sistemler, genellikle kritik görevler için tasarlanır. Bu nedenle, yüksek güvenilirlik ve hata toleransı gereklidir. Hatalı çalışma durumunda ciddi sonuçlar doğurabilirler. Bu nedenle, gömülü sistemlerin tasarımı, test edilmesi ve doğrulanması büyük bir özen gerektirir.
Uygun ve düşük maliyet: Gömülü sistemlerin düşük maliyeti, farklı sektörlerde kullanılmalarının en önemli nedenlerinden biridir. Geleneksel masaüstü bilgisayarlar veya sunucular, özel amaçlı cihazların birçoğundan daha pahalıdır. Gömülü sistemler, düşük maliyetleri nedeniyle, birçok farklı sektörde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Mikrokontrolörler: Mikrokontrolörler, bir işlemci, bellek ve diğer gerekli bileşenlerin tek bir çipte birleştirilmesiyle oluşturulur. Bu bileşenler, sensörler, motorlar ve diğer donanım bileşenleriyle etkileşim kurarak görevleri yerine getirmek için kullanılır.
Sensörler: Gömülü sistemler, sıcaklık, nem, basınç, hız, ivme ve konum gibi çeşitli sensörlerle donatılabilir. Bu sensörler, sistemin çevresel değişikliklere yanıt vermesini ve doğru ölçümler yapmasını sağlar.
Aktuatörler: Aktuatörler, gömülü sistemlerde mekanik hareketi sağlamak için kullanılır. Örneğin, motorlar, pompalar ve valfler gibi bileşenler, bir gömülü sistemde aktuatör olarak kullanılabilir.
Ekranlar: Gömülü sistemler, durum bilgilerini veya kullanıcı arayüzünü göstermek için ekranlarla donatılabilir. LCD ekranlar, LED ekranlar veya dokunmatik ekranlar gibi farklı ekran türleri kullanılabilir.
Veri depolama birimleri: Gömülü sistemler, verileri depolamak için farklı depolama birimleri kullanabilir. Bu birimler, flash bellekler, SD kartlar veya EEPROM gibi farklı türlerde olabilir.
Bağlantı arabirimleri: Gömülü sistemler, diğer sistemler veya ağlarla iletişim kurmak için uygun bağlantı arabirimlerine sahip olmalıdırlar. Bu arabirimler, Ethernet, USB, UART, SPI, I2C ve Wi-Fi gibi farklı türlerde olabilir.
Gömülü sistemler, özel amaçlı cihazlarda kullanılan ve genellikle küçük boyutlu olan bilgisayar sistemleridir. Bu sistemlerde kullanılan işlemciler, genellikle düşük güç tüketimi, yüksek performans ve düşük maliyet gibi özellikleri ile öne çıkar. Ayrıca, bu işlemciler genellikle ARM veya RISC mimarisi gibi özel bir mimariye sahiptir. Gömülü sistemlerde kullanılan işlemciler, performanslarına ve özelliklerine bağlı olarak çeşitli avantajlar ve dezavantajlar sunarlar.
Örneğin, düşük güç tüketimi, pil ile çalışan cihazlarda uzun pil ömrü sağlar. Yüksek performans, gerçek zamanlı işlemler gibi hızlı işlem gerektiren uygulamalar için önemlidir. Düşük maliyet, maliyet duyarlı uygulamalar için idealdir. Bununla birlikte, gömülü sistemlerde kullanılan işlemcilerin dezavantajları da vardır. Örneğin, bazı işlemcilerin yeterli işlem gücü sağlayamaması, cihazın istenen işlevleri yerine getirememesine neden olabilir.
Ayrıca, özel mimariye sahip olmaları nedeniyle, bu işlemcilerin programlanması bazen daha zor olabilir. Gömülü sistemlerde kullanılan işlemcilerin özellikleri, işlevleri ve performansı, uygulamanın gereksinimlerine bağlı olarak seçilmelidir. Bu nedenle, işlemci seçimi, gömülü sistemlerin tasarımında en önemli kararlardan biridir. Peki bahsettiğimiz bu işlemciler ve işlemci mimarileri nelerdir?
İşlemci mimarileri, bir işlemcinin nasıl çalıştığına, işlemleri nasıl işlediğine ve nasıl tasarlandığına ilişkin farklı yaklaşımları ifade eder. İşlemci mimarileri, genel olarak iki ana kategoriye ayrılır:
1)RISC (Reduced Instruction Set Computer): RISC mimarisi, işlemcinin daha az sayıda ve daha basit komutlar kullanarak daha hızlı işlemler yapmasını sağlar. RISC mimarisi, her komutun birçok farklı adımdan oluşan karmaşık bir işlem yapmasına izin vermeyen basit bir yapıya sahiptir. RISC işlemcileri, özellikle gömülü sistemlerde ve mobil cihazlarda sıklıkla kullanılmaktadır.
2)CISC (Complex Instruction Set Computer): CISC mimarisi, daha karmaşık komutlara sahip olup, bu komutların işlemi tamamlamak için daha fazla adım gerektirir. CISC işlemcileri, özellikle bilgisayar işlemlerinde kullanılır.
Bunların yanı sıra, birçok farklı işlemci mimarisi bulunmaktadır. Bazıları şunlardır:
Von Neumann mimarisi: Bu mimaride, işlemci ve bellek tek bir sistem olarak tasarlanmıştır. Program ve veriler aynı bellek alanında saklanır.
Harvard mimarisi: Bu mimaride, program ve veriler ayrı bellek alanlarında saklanır. İşlemci, bu iki bellek alanından ayrı ayrı veri okur.
Superscalar mimarisi: Bu mimaride, işlemcinin aynı anda birden fazla komutu işleyebilmesi için birden fazla işlem birimi vardır.
VLIW (Very Long Instruction Word) mimarisi: Bu mimaride, çok uzun komutlar kullanılır ve bu komutlar birçok farklı işlemi içerir.
SIMD (Single Instruction Multiple Data) mimarisi: Bu mimaride, bir işlemci birden fazla veri öğesi üzerinde aynı işlemi uygulayabilir.
Bu sadece birkaç örnek olup, birçok farklı işlemci mimarisi bulunmaktadır ve bunların her biri farklı avantajlar ve dezavantajlar sunar. Biz bu yazı serisi boyunca RISC mimarisini kullanan işlemcileri tercih edeceğiz. Bu nedenle CISC mimarisi üzerinde çok durulmayacaktır.
