Lập trình nhúng là gì? Tất cả những thứ bạn cần biết về lập trình nhúng

1. Lập trình nhúng là gì?

Lập trình nhúng là một hệ thống có khả năng tự trị, được nhúng một hệ thống khác hoặc một môi trường nào đó, hay còn gọi là hệ thống “mẹ”. Các hệ thống này được tích hợp cùng với phần mềm, phần cứng khác nhau.

Cụ thể, lập trình nhúng là việc phát triển phần mềm cho các hệ thống nhúng. Hệ thống nhúng là một hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm, được thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên dụng nào đó. Các hệ thống nhúng thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử, công nghiệp, tự động hóa,...

Các thành phần cơ bản của hệ thống nhúng:

• ROM: chứa chương trình khởi động, gồm cả hệ điều hành và chương trình gỡ lỗi.
• RAM: là bộ nhớ tạm, chứa chương trình đang hoạt động.
• MCU: Vi điều khiển
• Các bộ phận ngoại vi ADC, DAC
• Các cổng giao tiếp UART…

2. Kiến thức và ngôn ngữ sử dụng trong lập trình nhúng

2.1. Kiến thức cần có

• Ngôn ngữ tiếng Anh là một kiến thức quan trọng mà hầu hết các lập trình viên phải nắm vững khi bắt đầu học về lập trình nhúng. Hơn nữa, trong lĩnh vực này, có nhiều tài liệu và framework được viết bằng tiếng Anh. 
• Kiến thức cơ bản về điện tử, bao gồm logic, vi điều khiển, một số loại chip.
• Thông thạo các giao thức như UART, I2C, SPI, RS232 và JTAG.

• Hiểu về cấu trúc hệ điều hành và cấu trúc máy tính là điều cần thiết để phát triển ứng dụng nhúng.
• Nắm được các cấu trúc dữ liệu và giải thuật.
• Kiến thức về bộ nhớ, bao gồm NOR, NAND, SRAM, DRAM.
• Cuối cùng, hiểu về hệ điều hành thời gian thực (Real-time OS) rất là quan trọng để xây dựng các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy và đáng tin cậy.

2.2. Kiến thức chuyên ngành

• Lập trình nhúng thường sử dụng ngôn ngữ C và C++, đây được xem là hai ngôn ngữ quan trọng nhất trong lĩnh vực này.

• Cần có kiến thức cơ bản về lập trình Android và lập trình web.
• Kiến thức về cấu trúc dữ liệu và giải thuật là một yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển phần mềm nhúng.
• Cần hiểu biết về Embedded hardware, có khả năng thiết kế PCB bằng các công cụ như Altium
• Cần biết cách thử nghiệm (test board) để đảm bảo tính ổn định của sản phẩm.
• Xem xét và đánh giá mạch, chi phí ra sản phẩm tối ưu.
• Kỹ năng sử dụng các dụng cụ máy đo và có khả năng hàn mạch và sửa mạch.

2.3. Có nên tự học lập trình nhúng hay không?

Để trả lời cho câu hỏi có nên tự học lập trình nhúng không? Trước hết, bạn cần nắm được các kiến thức cơ bản cũng như chuyên ngành. Bên cạnh đó, bạn cũng cần nắm các kiến thức dưới đây:

• Lập trình: kiến thức về C/C++ để phát triển ứng dụng, việc hiểu sâu về ngôn ngữ và hoạt động của trình biên dịch là rất quan trọng. 
• Nhúng: Các kiến thức về vi điều khiển, hệ điều hành.

Bạn cũng có thể tham khảo các khóa học lập trình nhúng online tại các đơn vị uy tín để trang bị cho mình kiến thức cơ bản đến nâng cao.

3. Tìm hiểu về ngành lập trình nhúng

Trong thời kỳ phát triển công nghệ như hiện nay, lĩnh vực lập trình nhúng vẫn thu hút nhiều người bởi cơ hội việc làm đa dạng và thu nhập hấp dẫn. Nghề nghiệp này cung cấp nhiều khả năng thăng tiến, đặc biệt khi bạn mở rộng kiến thức và tích lũy kinh nghiệm.

Lập trình nhúng được chia thành 2 công việc và nghề nghiệp chính: 

• Embedded software: Là một lập trình viên nhúng, bạn sẽ làm việc với đội nhóm của mình để phát triển phần mềm cho các thiết bị điện tử chuyên dụng. Công việc của bạn bao gồm lập trình, kiểm tra, viết yêu cầu và tài liệu sản phẩm.
• Embedded hardware: Đảm nhận với nhiệm vụ là thiết kế mạch, hay gọi là PCB Design và Test Board. Công việc này cần phải có kiến thức về điện tử, đặc biệt cần có kiến thức về phần cứng.

4. Ứng dụng của lập trình nhúng

Lập trình nhúng đang thúc đẩy sự phát triển và hiện đại hóa trong nhiều lĩnh vực, mang lại tiện ích và tiếng vang tích cực đối với cuộc sống và công nghiệp. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng của lập trình nhúng:

• Ô tô tự lái (Self-Driving Cars): Các hệ thống nhúng được sử dụng để kiểm soát và quản lý các thành phần quan trọng của xe ô tô tự lái, bao gồm cảm biến, hệ thống lái tự động, và giao tiếp giữa các phần của xe.

• Thiết bị y tế thông minh (Smart Medical Devices): Lập trình nhúng đã cải thiện khả năng theo dõi và giám sát sức khỏe của người bệnh thông qua các thiết bị như máy đo huyết áp, máy đo đường huyết, và thiết bị theo dõi tín hiệu sinh học.
• Thiết bị di động (Mobile Devices): Tất cả các điện thoại di động và máy tính bảng hiện đại đều chạy trên các hệ thống nhúng, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về tính năng và hiệu suất.

• Công nghiệp 4.0 (Industry 4.0): Trong lĩnh vực sản xuất, lập trình nhúng được sử dụng để tự động hóa quy trình sản xuất và theo dõi dữ liệu từ các thiết bị để tối ưu hóa hoạt động và quản lý dây chuyền sản xuất.
• IoT (Internet of Things): Các thiết bị IoT như bóng đèn thông minh, máy giặt tự động, và hệ thống an ninh gia đình dựa vào lập trình nhúng để kết nối và tương tác với internet.
• Điện tử tiêu dùng (Consumer Electronics): Các sản phẩm như TV thông minh, máy ảnh số, và thiết bị âm thanh dựa vào lập trình nhúng để cung cấp các tính năng và trải nghiệm người dùng tốt nhất.
• Robotics: Robotic hội tụ nhiều ứng dụng của lập trình nhúng, từ robot công nghiệp đến robot dịch vụ và robot y tế.
• Máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicles - UAVs): Lập trình nhúng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và theo dõi các UAV trong nhiều mục đích khác nhau, từ giám sát đến giao hàng.
• Thiết bị đám mây (Cloud-Connected Devices): Các thiết bị như camera an ninh trực tuyến và hệ thống lưu trữ dựa vào lập trình nhúng để truyền dữ liệu lên đám mây để quản lý và chia sẻ thông tin.

• Năng lượng và Tự động hóa xây dựng (Energy and Building Automation): Các hệ thống lập trình nhúng được sử dụng để kiểm soát tiêu hao năng lượng và tối ưu hóa quản lý hệ thống điều hòa không khí trong các tòa nhà thông minh.

Với bài viết trên, ICANTECH đã giúp bạn tìm về lập trình nhúng cũng như các kiến thức và ngôn ngữ thường sử dụng. Hi vọng các bạn sẽ áp dụng những kiến thức ở trên để hỗ trợ cho công việc của mình. Chúc các bạn thành công.

Nguồn ảnh: ICANTECH.