എംബെഡഡ് സിസ്റ്റം

ഒരു മെക്കാനിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഭാഗമായി നിശ്ചിതമായ ഒന്നോ അതിലധികമോ ജോലികൾ ചെയ്യുവാനുപയോഗിക്കുന്ന കമ്പ്യൂട്ടർ സംവിധാനങ്ങളെയാണ് എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ അഥവാ സംഗൂഢിതവ്യൂഹങ്ങൾ എന്നു വിളിക്കുന്നത്. മിക്കപ്പോഴും റിയൽ-ടൈം വിവരങ്ങളെ സ്വീകരിച്ച് യഥാസമയം പ്രതികരിക്കുവാനുള്ള ജോലികളാണ് ഇവയ്ക്ക് നൽകപ്പെടുക. നേരേ മറിച്ച് സാധാരണ വിവിധാവശ്യ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ, ആവശ്യത്തിനുള്ള സോഫ്റ്റ്‌വേർ സജ്ജീകരണം ചെയ്ത് ഉപഭോക്താവിന്റെ അസംഖ്യം ആവശ്യങ്ങൾക്ക് വേണ്ടി ഉപയോഗിക്കാം. ഇന്ന് നാം കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന അനവധി ഉപകരണങ്ങളിൽ എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. മൈക്രോകൺട്രോളർ, മൈക്രോപ്രൊസസ്സർ, ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നൽ പ്രൊസസ്സർ മുതലായവയാണ് ഇവ നിയന്ത്രിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. കമ്പ്യൂട്ടർ സിസ്റ്റം—ഒരു കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രൊസസർ, കമ്പ്യൂട്ടർ മെമ്മറി, ഇൻപുട്ട്/ഔട്ട്‌പുട്ട് പെരിഫറൽ ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവയുടെ സംയോജനം—അത് ഒരു വലിയ മെക്കാനിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റത്തിനുള്ളിൽ ഒരു സമർപ്പിത പ്രവർത്തനമുള്ളാതാണ്.^[1][2] ഇലക്ട്രിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണിക് ഹാർഡ്‌വെയറും മെക്കാനിക്കൽ ഭാഗങ്ങളും ഉൾപ്പെടെയുള്ള ഒരു സമ്പൂർണ്ണ ഉപകരണത്തിന്റെ ഭാഗമായി ഇത് ചേർത്തിരിക്കുന്നു. ഒരു എംബഡഡ് സിസ്റ്റം സാധാരണയായി മെഷീന്റെ ഫിസിക്കൽ ഓപ്പറേഷനുകളെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനാൽ, അതിന് പലപ്പോഴും പരിമിതികളുണ്ട്. എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഇന്ന് പൊതുവായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പല ഉപകരണങ്ങളും നിയന്ത്രിക്കുന്നു.^[3] 2009-ൽ, നിർമ്മിച്ച മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളിൽ തൊണ്ണൂറ്റിയെട്ട് ശതമാനവും എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ ഉപയോഗിച്ചതായി കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്നു.^[4]

പ്രോസസർ, മെമ്മറി, പവർ സപ്ലൈ, ബാഹ്യ ഇന്റർഫേസുകൾ എന്നിവയുള്ള ഒരു പ്ലഗ്-ഇൻ കാർഡിലെ എംബഡഡ് സിസ്റ്റം

ഒരു എ.എസ്.ഡി.എൽ മോഡം/റൗട്ടറിന്റെ ചിത്രം. ആധുനിക എംബെഡെഡ് സിസ്റ്റത്തിന് ഒരുദാഹരണമാണിത്. മൈക്രോപ്രൊസസ്സർ (4), റാം (6), and ഫ്ലാഷ് മെമ്മറി (7). മുതലായവ കാണാം

ആധുനിക എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ പലപ്പോഴും മൈക്രോകൺട്രോളറുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്(അതായത് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് മെമ്മറിയും പെരിഫറൽ ഇന്റർഫേസുകളുമുള്ള മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകൾ),എന്നാൽ സാധാരണ മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളും(മെമ്മറിക്കും പെരിഫറൽ ഇന്റർഫേസ് സർക്യൂട്ടുകൾക്കുമായി ബാഹ്യ ചിപ്പുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്)സാധാരണമാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ. ഏത് സാഹചര്യത്തിലും, ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്ന പ്രോസസ്സർ(റുകൾ)പൊതുവായ ഉദ്ദേശ്യങ്ങൾ മുതൽ ഒരു നിശ്ചിത ക്ലാസ് കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ സ്പെഷ്യലൈസ് ചെയ്തവ വരെയോ അല്ലെങ്കിൽ കയ്യിലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നതോ ആയ തരങ്ങളായിരിക്കാം. ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നൽ പ്രോസസർ (ഡിഎസ്പി) ആണ് സമർപ്പിതമായ പ്രോസസ്സറുകളുടെ കോമൺ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ക്ലാസ്.

എംബഡഡ് സിസ്റ്റം നിർദ്ദിഷ്ട ജോലികൾക്കായി സമർപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ വലുപ്പവും വിലയും കുറയ്ക്കാനും വിശ്വാസ്യതയും പ്രകടനവും വർദ്ധിപ്പിക്കാനും ഡിസൈൻ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് ഇത് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും. ചില എംബെഡ്ഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ വൻതോതിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, അവ സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥയ്ക്ക് ഗുണം ചെയ്യുന്നു.

ഡിജിറ്റൽ വാച്ചുകൾ, എംപി3 പ്ലെയറുകൾ തുടങ്ങിയ പോർട്ടബിൾ ഉപകരണങ്ങൾ മുതൽ ഗൃഹോപകരണങ്ങൾ, വ്യാവസായിക അസംബ്ലി ലൈനുകൾ, റോബോട്ടുകൾ, ഗതാഗത വാഹനങ്ങൾ, ട്രാഫിക് ലൈറ്റ് കൺട്രോളറുകൾ, മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ എന്നിങ്ങനെയുള്ള വലിയ മെഷീനുകൾ വരെ എംബെഡ്ഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. പലപ്പോഴും അവ വിമാനത്തിലെ ഏവിയോണിക്സ് പോലെയുള്ള മറ്റ് യന്ത്രങ്ങളുടെ ഉപസിസ്റ്റം ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഫാക്ടറികൾ, പൈപ്പ് ലൈനുകൾ, ഇലക്ട്രിക്കൽ ഗ്രിഡുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള വലിയ ഇൻസ്റ്റാളേഷനുകൾ ഒന്നിലധികം എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുന്നു. സോഫ്റ്റ്‌വെയർ കസ്റ്റമൈസേഷനിലൂടെ പ്രോഗ്രാമബിൾ ലോജിക് കൺട്രോളറുകൾ പോലെയുള്ള എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ പലപ്പോഴും അവയുടെ പ്രവർത്തന യൂണിറ്റുകളിൽ കാണാൻ സാധിക്കും.

എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ, ഒരൊറ്റ മൈക്രോകൺട്രോളർ ചിപ്പ് ഉള്ള, സങ്കീർണ്ണത കുറഞ്ഞവ മുതൽ, ഉപകരണ റാക്കുകളിലോ ദീർഘദൂര ആശയവിനിമയ ലൈനുകൾ വഴി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന വലിയ ഭൂമിശാസ്ത്രപരമായ പ്രദേശങ്ങളിലോ ഉള്ള പെരിഫറലുകളും നെറ്റ്‌വർക്കുകളും ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഇന്നത്തെ വിമാനങ്ങളിൽ ഇനേർഷ്യൽ ഗയിഡൻസ് സംവിധാനങ്ങൾ, ജി.പി.എസ്. സ്വീകരണികൾ മുതലായ സജ്ജീകരണങ്ങൾ സുരക്ഷിതത്വം ഉറപ്പു വരുത്തുന്നു. ബ്രഷ് ലെസ്സ് ഡി.സി. മോട്ടോറുകൾ, ഇൻഡക്ഷൻ മോട്ടോറുകൾ, മറ്റു ഡി.സി. മോട്ടോറുകൾ മുതലായവ ഇലക്ടോണിക് മോട്ടോർ നിയന്ത്രണ സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. സാധാരണ വാഹനങ്ങൾ, വൈദ്യുത വാഹനങ്ങൾ, ഹൈബ്രിഡ് വാഹനങ്ങൾ എന്നിവയിൽ മലിനീകരണം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനും, കാര്യക്ഷമത വർദ്ദിപ്പിക്കുന്നതിനും എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. വാഹനങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മറ്റ് സംവിധാനങ്ങൾ ആന്റി ബ്രേക്കിങ്ങ് സംവിധാനം, 4 വീൽ ഡ്രൈവ്, ഓട്ടോമാറ്റിക് ട്രാക്ഷൻ നിയന്ത്രണം മുതലായവയാണ്.

ഇ.സി.ജി.,ഇ.ഇ.ജി.,ഇലക്ട്രോണിക് സ്പന്ദമാപിനകൾ തുടങ്ങിയ വൈദ്യോപകരണങ്ങളിൽ തരംഗങ്ങളുടെ ഉച്ചത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും റെക്കോർഡ് ചെയ്തു വയ്ക്കുന്നതിനും എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സി.ടി. സ്കാൻ, എം.ആർ.ഐ. സ്കാൻ മുതലായ ഇമേജിങ്ങ് സംവിധാനങ്ങളും കാർഡിയാക് പേസ് മേക്കർ പോലുള്ള അനവധി റിയൽ ടൈം എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങളും വൈദ്യശാസ്ത്ര രംഗത്ത് ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്.

ചരിത്രം

പശ്ചാത്തലം

മൈക്രോപ്രൊസസ്സറിന്റെയും മൈക്രോകൺട്രോളറിന്റെയും ഉത്ഭവം മോസ്(MOS) ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടിൽ നിന്ന് കണ്ടെത്താനാകും, ഇത് മോസ്ഫെറ്റ്(MOSFET)-കളിൽ നിന്ന് നിർമ്മിച്ച ഒരു ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട് ചിപ്പാണ് (മെറ്റൽ-ഓക്സൈഡ്-സെമികണ്ടക്ടർ ഫീൽഡ്-ഇഫക്റ്റ് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ) 1960-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ വികസിപ്പിച്ചതാണ്. 1964 ആയപ്പോഴേക്കും മോസ് ചിപ്പുകൾ ബൈപോളാർ ചിപ്പുകളെ അപേക്ഷിച്ച് ഉയർന്ന ട്രാൻസിസ്റ്റർ സാന്ദ്രതയിലും കുറഞ്ഞ നിർമ്മാണ ചെലവിലും എത്തി. മൂറിന്റെ നിയമം പ്രകാരം മോസ് ചിപ്പുകൾ കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായി, 1960 കളുടെ അവസാനത്തോടെ ഒരൊറ്റ മോസ് ചിപ്പിൽ നൂറുകണക്കിന് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുള്ള വലിയ തോതിലുള്ള ഏകീകരണത്തിലേക്ക് (LSI)നയിച്ചു. കമ്പ്യൂട്ടിംഗിൽ മോസ് എൽഎസ്ഐ(MOS LSI)ചിപ്പുകളുടെ പ്രയോഗമാണ് ആദ്യത്തെ മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളുടെ അടിസ്ഥാനം, കാരണം ഒരു സമ്പൂർണ്ണ കമ്പ്യൂട്ടർ പ്രോസസ്സർ സിസ്റ്റം നിരവധി മോസ് എൽഎസ്ഐ ചിപ്പുകളിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുമെന്ന് എഞ്ചിനീയർമാർ മനസ്സിലാക്കി.^[5]

ആദ്യത്തെ മൾട്ടി-ചിപ്പ് മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകൾ, 1969-ൽ ഫോർ-ഫേസ് സിസ്റ്റംസ് എഎൽ1(AL1), 1970-ൽ ഗാരറ്റ് ഐഐറിസർച്ച്(AiResearch) എംപി944(MP944), ഒന്നിലധികം മോസ് എൽഎസ്ഐ ചിപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. 1971-ൽ പുറത്തിറങ്ങിയ ഇന്റൽ 4004 ആയിരുന്നു ആദ്യത്തെ സിംഗിൾ-ചിപ്പ് മൈക്രോപ്രൊസസർ. ഇന്റൽ എഞ്ചിനീയർമാരായ മാർസിയൻ ഹോഫ്, സ്റ്റാൻ മസോർ, ബുസികോം എഞ്ചിനീയർ മാസതോഷി ഷിമ എന്നിവർക്കൊപ്പം ഫെഡറിക്കോ ഫാഗ്ഗിൻ തന്റെ സിലിക്കൺ-ഗേറ്റ് മോസ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് ഇത് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.^[6]

സവിശേഷതകൾ

1. അനവധി ജോലികൾ ചെയ്യാൻ കഴിവുള്ള സാധാരണ വിവിധാവശ്യ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ നിന്നും വിപരീതമായി എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ രൂപകല്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത് നിശ്ചിതമായ ജോലികൾ ചെയ്യുന്നതിനു വേണ്ടിയായിരിക്കും. ചില എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ റിയൽ ടൈം ജോലികൾ നിർവഹിക്കുവാൻ വേണ്ടിയുള്ളതായിരിക്കും. ചിലവയാകട്ടെ യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ സങ്കീർണ്ണത കുറക്കാൻ വേണ്ടിയുള്ളതായിരിക്കും.
2. എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ എപ്പോഴും സ്വതന്ത്രമായി ഒറ്റക്ക് നിലനിൽക്കുന്നതും പ്രവർത്തിക്കുന്നതും ആയിരിക്കണമെന്നില്ല. മറ്റേതെങ്കിലും ജോലി ചെയ്യുന്ന ഒരു ഉപകരണത്തിന്റെ ഭാഗമായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങളും ഉണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന് ഗ്ഗിബ്സൺ റോബോട്ട് ഗിത്താറിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു എംബഡഡ് സംവിധാനം ചെയ്യുന്നത് ഗിത്താറിന്റെ ശ്രുതി ക്രമപ്പെടുത്തുക എന്ന ജോലിയാണ്. എന്നാൽ സംഗീതം

എന്നതാണല്ലോ ഗിത്താർ എന്ന ഉപകരണം ചെയ്യുന്ന ജോലി. അതു പോലെ തന്നെ വാഹനങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ ചെറിയ ജോലികൾ ചെയ്യുന്ന ഉപ സംവിധാനങ്ങൾ ആയിരിക്കും.

1. എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങളിലെ പ്രോഗ്രാമുകളെ ഫേംവേറുകൾ(firmware) എന്നാണ് വിളിക്കുക. റോമുകളിലോ ഫ്ലാഷ് മെമ്മറികളിലോ ആയിരിക്കും ഇവ സൂക്ഷിക്കുക. എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾക്ക് വളരെ ക്ലിപ്തമായ ഹാർഡ് വെയറുകളേ ഉണ്ടാകൂ. പ്രദർശിനി, കീബോർഡ് മുതലായവ ചിലപ്പോൾ മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. ഉണ്ടെങ്കിൽ തന്നെ മിക്കവാറും ചെറുതായിരിക്കും. അതു പോലെ തന്നെ വളരെ കുറച്ച് മാത്രം മെമ്മറിയേ ഇവക്കുണ്ടാകൂ.

അവലംബം

1. എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങൾ : ചുരുക്കം

1. എംബഡഡ് സംവിധാനങ്ങളുടെ രൂപകല്പന