Gömülü Sistemler | Bölüm 1: Gömülü Sistemler Nedir?

Gömülü yazılımın ne olduğu, aslında adında gizli. Teknik bir ifadeyle gömülü yazılım; dışarıdan bir kara kutu gibi görünen elektronik cihazların beyni konumundaki mikroçiplere, kendilerinden beklenen görevleri yerine getirmelerini sağlayan kodların yüklenmesi işlemidir. Elektronik cihazların dört bir yanımızı sardığı bu dijital çağda, gömülü yazılım kavramı hayatımızın tam merkezinde, kilit bir rol üstlenmektedir.

Hayır. Bir yapının "elektronik" olması, onun mutlaka "gömülü bir sistem" olduğu anlamına gelmez. Örneğin, sadece bir pille çalışan basit bir el feneri veya eski tip bir tost makinesi elektronik/elektriklidir ancak içinde bir mikroçip veya yazılım barındırmaz.

Bir sistemin "gömülü sistem" sayılabilmesi için, belirli bir görevi yerine getirmek üzere tasarlanmış özel bir donanıma (çipe) ve bu donanımı yöneten bir gömülü yazılıma sahip olması gerekir. Dolayısıyla, her gömülü sistem elektronik bir altyapı kullanır; ancak her elektronik sistem gömülü bir sistem değildir.

Bu iki kavramın arasındaki temel fark, enerjinin kullanım amacıdır, yani elektronların kullanım şeklinin farkı.

Elektrik enerjiyi doğrudan işe, ısıya, ışığa veya harekete dönüştürürken, elektronik ise bu enerjiyi ve içindeki akımı yarı iletkenler aracılığıyla yönlendirerek bilgi, veri veya sinyal işlemek için kullanır. Elektrik, elektronların genel akış ve gücünü ifade ederken elektronik sistemler sadece güçle ilgilenmezler, onlar için ses, görüntü, veri işleme ve depolama da başlıca amaçlardandır [1].

Biz gömülü yazılıma odaklanmak istediğimiz için elektroniğe, oradan da üstünde konuşmak istediğimiz sistemlere yöneleceğiz.

Elektronik sistemler kendi içinde analog elektronik ve dijital elektronik olmak üzere ikiye ayrılır ve bir sistemin çalışması için mutlaka bir kod bloğuna veya işletim sistemine (yazılıma) ihtiyaç yoktur.

Sadece fiziksel elektronik bileşenlerin (direnç, kondansatör, diyot, transistör vb.) bir araya gelmesiyle ve elektriğin bu elemanlar üzerindeki fiziksel davranışıyla çalışan milyonlarca sistem vardır. Bunlarda herhangi bir mikroişlemci bulunmaz, dolayısıyla yüklenecek bir yazılım da yoktur.

Buna en büyük örneklerden biri iç yapısı çok basit bir sistemden oluşan fakat kullanımında zorluklar çıkabilen ve gönüllü sistemlerde yer yer zaman zaman çok kilit bir konuma yerleşen antenlerdir. Antenler dijital elektroniğin veya yazılımların doğrudan müdahale edemediği, tamamen fiziksel ve elektromanyetik yasalara göre çalışan saf analog bileşenlerdir. Doğal slnyallerle çalışırlar ve fiziksel dönüşüm yaparlar. Bir antenin temel görevi, kablonun içindeki alternatif elektrik akımını boşluktaki elektromanyetik dalgaya dönüştürme veya tam tersini yapmaktır. Bu süreçte hiçbir dijital mantık veya kod çalışmaz. Bir antenin performansı, içindeki yazılıma değil; tamamen yapıldığı metalin boyuna, şekline, geometrisine ve malzemenin fiziksel özelliklerine bağlıdır. Anten boyutu, yakalamak istediği dalga boyuna göre matematiksel olarak hesaplanır.

Eğer bir elektronik sistemin içinde mikroişlemci (CPU), mikrodenetleyici (MCU) veya bellek birimleri varsa, bu sistemlerin ne yapacağını belirleyen bir kod bloğu (yazılım/firmware) bulunur. Buna bu yazıyı okumakta olduğunuz telefon, bilgisayar veya tabletiniz de dahilken arabanızın kontrolcüsü veya evinizdeki akıllı bir buzdolabı da dahildir.

İşte gömülü yazılım, tam olarak bu ikinci kategorinin, yani programlanabilir dijital sistemlerin kalbinde yer alır. Günümüzde kullandığımız teknolojilerin neredeyse tamamı, analog bileşenlerin fiziksel gücü ile dijital yazılımların zekasını bir araya getiren bu karma yapılardan oluşur. Özetlemek gerekirse; antenler ve basit devreler bize elektroniğin fiziksel sınırlarını çizerken, gömülü yazılımlar bu sınırsız dünyayı yöneten ve elektronik cihazları gerçekten "akıllı" kılan görünmez beyinlerdir.