بازار کلی سیستم های جاسازی شده به طور قابل توجهی در چند سال گذشته رشد کرده است. با ظهور اینترنت اشیا (IoT) و اینترنت صنعتی اشیاء (IIoT)، فناوری سیستم های جاسازی شده به عاملی برای رشد سریع اکوسیستم های هوشمند و متصل اینترنت اشیا تبدیل شده است. بازار سیستم های تعبیه شده گسترده، متنوع و بسیار پراکنده شامل نرم افزار، پلت فرم های توسعه و سخت افزار است. اکنون صنایع، محصولات و خدمات بیشتری به سیستم های تعبیه شده متکی هستند. بازارهای صنعتی برای سیستم‌های تعبیه‌شده شامل ارتباطات، خودرو، هوافضا، لوازم الکترونیکی مصرفی، سیستم‌های نظامی و همچنین کنترل صنعتی و سایر موارد از جمله شهرهای هوشمند است.
سیستم های جاسازی شده معمولا ترکیبی از سخت افزار و نرم افزار با عملکردهای ثابت یا قابل برنامه ریزی هستند. سیستم های جاسازی شده را می توان برای پشتیبانی از یک یا چند عملکرد خاص در یک سیستم بزرگتر طراحی کرد. به عنوان مثال می توان به سیستم ها و ماشین آلات کنترل صنعتی، خودروها، سیستم های نظامی مانند سیستم های اویونیک و تسلیحات، دستگاه های پزشکی، محصولات مصرفی، گوشی های هوشمند و اتوماسیون ساختمان اشاره کرد.
برای دستگاه‌های جاسازی شده ساده و با حجم بالا برای بازار مصرف، هزینه سیستم جاسازی شده ممکن است 99٪ سخت افزار و 1٪ نرم افزار باشد. با این حال، برای سیستم‌های تعبیه‌شده بسیار تخصصی-که در هواپیما، اتومبیل یا کنترل‌های صنعتی بسیار قابل اعتماد مورد استفاده قرار می‌گیرند، این نرم‌افزار می‌تواند ۹۵ درصد هزینه سیستم تعبیه‌شده را در صورتی که شامل آزمایش باشد و استانداردهای برنامه‌های کاربردی پیچیده را رعایت کند، باشد. برای پیچیده تر کردن مسائل، هیچ خط مشخصی بین سیستم های تعبیه شده و رایانه ها وجود ندارد. حتی امروزه، بحث هایی در مورد اینکه آیا یک گوشی هوشمند یا دروازه هوشمند اینترنت اشیا یک سیستم تعبیه شده یا یک رایانه مستقل است، وجود دارد. در جایی که دروازه‌های سنتی اینترنت اشیا داده‌های حسگر بی‌سیم را جمع‌آوری می‌کنند و آنها را به فضای ابری می‌برند، دروازه‌های هوشمند جدید اینترنت اشیا و دستگاه‌های لبه می‌توانند از LAN، WAN، اجزای سخت‌افزاری برای بازار سیستم‌های جاسازی شده شامل تراشه‌ها، برد مدار چاپی، سیستم عامل، دستگاه‌های هدف و موارد دیگر پشتیبانی کنند. عناصر نرم‌افزار شامل پلت‌فرم‌های توسعه،{10}سیستم‌های عامل زمان واقعی (RTOS)، آزمایش، و موارد دیگر است. البته، بازار کلی این سیستم های تعبیه شده از دستگاه ها و ماشین های بسیار بزرگتر پشتیبانی می کند.
دستگاه‌های جاسازی شده اغلب توسط نرم‌افزار یکپارچه‌شده با سخت‌افزار، از جمله سیستم‌های-روی-تراشه (SoC)، آرایه‌های دروازه قابل برنامه‌ریزی میدانی-(FPGA)، مدارهای مجتمع (IC) طراحی شده برای برنامه‌ریزی توسط توسعه‌دهندگان تعبیه‌شده برای عملکردهای خاص، و سایر نسخه‌های میان‌افزار، تغذیه می‌شوند. این امر جداسازی کامل نرم افزار از سخت افزار را دشوار می کند. فروشندگان سیستم‌های جاسازی‌شده در این بازار ممکن است شامل مواردی باشند که فقط نرم‌افزار ارائه می‌دهند، مانند ابزارهای توسعه و آزمایش و{5}}سیستم‌های عامل زمان واقعی (RTOS). و همچنین آنهایی که FPGA، SoC و سایر محصولات سفت‌افزار را نیز ارائه می‌دهند.
به طور کلی، سیستم های جاسازی شده یک فناوری بسیار بالغ هستند و با توسعه مداوم پردازنده های جدید و قدرتمندتر، این فناوری اکنون می تواند از نسل بعدی دستگاه ها، ماشین ها، تجهیزات و کارخانه های هوشمند پشتیبانی کند. سیستم‌های تعبیه‌شده یک فناوری کلیدی را برای محصولات، ماشین‌ها و سیستم‌های هوشمند و متصل نشان می‌دهند که اینترنت صنعتی اشیاء را در بر می‌گیرد و از تحول دیجیتال کل صنایع پشتیبانی می‌کند.
یکی از روندهای کلیدی در فضای تعبیه شده، ظهور دستگاه های لبه هوشمند است که به تبدیل سیستم های تولید صنعتی و کارخانه های پردازش بخشی از شرکت دیجیتال کمک می کند. هوش تعبیه شده در حسگرها و سایر دستگاه‌های اندازه‌گیری امکان دسترسی، تجمیع و تجزیه و تحلیل داده‌ها را برای پشتیبانی از تجزیه و تحلیل پیشرفته فراهم می‌کند و سیستم‌ها و تجهیزات تولید را بخشی از اکوسیستم صنعتی اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتال می‌کند. اینها در حال تبدیل شدن به فناوری های کلیدی برای کمک به بهینه سازی چرخه عمر دارایی، به ویژه مراحل عملیات و تعمیر و نگهداری هستند.
برای استفاده از فرصت های تجاری، ارائه دهندگان فناوری زیرساخت ابری و لبه باید به مقیاس برای پشتیبانی از میلیاردها حسگر و ده ها هزار سیستم هوشمند ادامه دهند. دستگاه های لبه باید متصل و هوشمند باشند. بازار کلی سیستم های جاسازی شده به دلیل تقاضای زیاد برای هوشمندی در لبه، برای رشد قابل توجهی آماده است. اکوسیستم رو به رشد اینترنت اشیا و پیشرفت مداوم اتوماسیون صنعتی به سیستم‌های فیزیکی-سایبری مبتنی بر تحلیل‌های پیش‌بینی‌کننده و تجویزی در نهایت به سیستم‌های{4}خودترمیمی و خودمختار منجر خواهد شد. این یک محرک اصلی صنعت برای رشد سیستم های تعبیه شده خواهد بود.
سیستم های جاسازی شده در صنعت
سیستم‌های تعبیه‌شده برای دهه‌ها فناوری اصلی در صنایعی مانند هوافضا و دفاع، خودروسازی، تجهیزات پزشکی، ارتباطات و اتوماسیون صنعتی بوده‌اند. همانطور که معماری پردازنده ها تکامل یافته اند و قدرت محاسباتی بیشتری را می توان در سیستم ها و دستگاه ها تعبیه کرد، هوش و عملکرد این سیستم ها به طور تصاعدی افزایش یافته است. این امر باعث شده است تا محصولاتی که به طور سنتی از سیستم‌های تعبیه شده استفاده می‌کردند هوشمندتر و قوی‌تر شوند و محصولات در سایر صنایع (کالاهای مصرفی، لوازم خانگی، کالاهای ورزشی و غیره) هوشمند و متصل شوند. سیستم های جاسازی شده تقریباً به بخشی جدایی ناپذیر از همه چیز در زندگی ما تبدیل می شوند.
خودرو
در حال حاضر، کاربردهای خودرو بیشترین استفاده از سیستم‌های تعبیه‌شده را نشان می‌دهند و احتمالاً تا سال‌های آینده بزرگترین بخش خواهند بود. در خودروها، سیستم های تعبیه شده برای اطلاعات سرگرمی، ایمنی، آگاهی راننده، تعمیر و نگهداری و کنترل کلی سیستم وسیله نقلیه استفاده می شود. نیاز به گسترش وسایل نقلیه با ناوبری پیشرفته، کمک راننده، و{2}}قابلیت های ارتباطی وسیله نقلیه به{3}}خیابان، تنها تقاضا برای سیستم های تعبیه شده را افزایش می دهد. علاوه بر این، کنترل سیستم هوشمند با ظهور خودروهای الکتریکی هیبریدی و خودروهای الکتریکی در حال گسترش است.
علاوه بر این، وسایل نقلیه کاملاً خودمختار در حال ظهور به سیستم‌های بسیار هوشمند نیاز دارند. بسیار پیچیده تر از سیستم های تعبیه شده در وسایل نقلیه امروزی. سیستم‌های محاسباتی در این وسایل نقلیه باید چندین نرم‌افزار و سیستم‌های پیچیده هوش مصنوعی را برای ناوبری، تشخیص جاده و وسیله نقلیه، الگوهای ترافیک، سنجش عابر پیاده، درک و ارزیابی ریسک و غیره اجرا کنند. نسل جدیدی از پردازنده‌ها برای سیستم‌های تعبیه‌شده برای برآوردن این نیازهای محاسباتی و هوشمندی در حال توسعه است.
سیستم های جاسازی شده هوش خودرو
هنگام بحث در مورد موضوع هوش مصنوعی در صنعت خودرو، اولین چیزی که به ذهن اکثر مردم می‌رسد، اتومبیل‌های{0}}خودران هستند. شکی نیست که توسعه خودروهای بدون راننده یک حوزه تحقیقاتی بسیار فعال است و این فناوری در آینده، اگر نه در آینده نزدیک، بخشی قابل دوام از حمل و نقل خواهد بود. با این حال، واقعیت امروزی این است که الگوریتم‌های یادگیری شناختی در درجه اول برای بهبود کارایی، ایمنی و ارزش افزودن به فرآیندهای مربوط به وسایل نقلیه دستی سنتی استفاده می‌شوند.
تا زمانی که صنعت خودرو آماده قرار دادن هوش مصنوعی «پشت فرمان» نباشد، ابتدا می‌خواهد آن را در خودروهای تولیدی فعلی با طیف وسیعی از{0}}فناوری‌های کمک راننده اعمال کند. AI برای ارائه ویژگی‌های ایمنی پیشرفته به وسایل نقلیه متصل ایده‌آل است. ویژگی‌های کمک راننده تعبیه‌شده در خودروهایی که امروز از خط تولید خارج می‌شوند، می‌توانند به رانندگان کمک کنند قبل از اینکه خودرو کاملاً خودمختار شود، با هوش مصنوعی احساس راحتی کنند.
با نظارت بر ده‌ها حسگر داخل هواپیما، هوش مصنوعی می‌تواند موقعیت‌های خطرناک را تشخیص دهد، به‌طور خودکار خودرو را ترمز کرده و کنترل کند تا از تصادف جلوگیری کند، و به رانندگان خطرات داخل و اطراف وسایل نقلیه دیگر را شناسایی و هشدار دهد.
یکی از حوزه‌هایی که مشتریان خودرو در حال حاضر از هوش مصنوعی استفاده می‌کنند، خدمات ابری مبتنی بر هوش مصنوعی برای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده است. برخلاف وسایل نقلیه معمولی، وسایل نقلیه متصل می توانند بیشتر از هشدار دادن به رانندگان از طریق بررسی چراغ موتور و هشدار کم بودن لاستیک انجام دهند. در بسیاری از جدیدترین مدل‌ها، الگوریتم‌های هوش مصنوعی تعبیه‌شده صدها حسگر را کنترل می‌کنند و می‌توانند مشکلات را قبل از تأثیرگذاری بر عملکرد خودرو تشخیص دهند. با نظارت بر هزاران نقطه داده در ثانیه، هوش مصنوعی می‌تواند تغییرات کوچکی را که ممکن است نشان دهنده خرابی یا نقص قطعه باشد، تشخیص دهد.
مراقبت های بهداشتی
بهداشت و درمان یکی از سریع ترین برنامه های کاربردی در حال توسعه برای سیستم های تعبیه شده است. به عنوان مثال، دستگاه های درمانی دستی و قابل حمل، و همچنین دستگاه ها و تجهیزات مورد استفاده برای نظارت بر علائم حیاتی، استفاده گسترده ای از سیستم های تعبیه شده دارند. با سیستم‌های تعبیه‌شده کوچکی که ضربان قلب را کنترل می‌کنند یا شریان‌های مسدود شده را شناسایی می‌کنند، فناوری جاسازی شده راه خود را به روش‌های جراحی پیچیده نیز باز کرده است.
در حالی که اندازه فیزیکی نیمه هادی ها، پردازنده ها و تراشه ها در سیستم های تعبیه شده مورد استفاده در مراقبت های بهداشتی کاهش یافته است، ما همچنین شاهد افزایش تصاعدی در هوش و عملکرد هستیم. این امر نسل جدیدی از دستگاه‌های پزشکی را قادر می‌سازد تا در بدن و اندام‌های آن به روش‌های جدید و نوآورانه عمل کرده و مداخله کنند. دستگاه‌های کوچک اما قدرتمند می‌توانند از راه دور از طریق دستگاه‌های تلفن همراه متصل به مراکز تشخیصی مبتنی بر وب، وضعیت چندین بیمار را از راه دور نظارت و تعیین کنند.
لوازم الکترونیکی مصرفی
لوازم الکترونیکی مصرفی دهه‌ها بازار اصلی سیستم‌های تعبیه‌شده بوده است، اما با ظهور اینترنت اشیا (IoT)، بازار اهمیت جدیدی پیدا می‌کند. محصولات متصل هوشمند به استانداردهای طراحی جدید نیاز دارند و هوشمندی جاسازی شده به یک جزء اصلی تبدیل شده است. مهندسان کارآفرین ممکن است انواع جدیدی از حسگرها و نرم افزارها را در محصولاتی که طراحی می کنند بگنجانند.
ارزش اتصال ماشین‌ها و دارایی‌ها در کارخانه‌ها و زیرساخت‌ها به‌خوبی مشخص شده است، به‌ویژه که مربوط به کاهش زمان توقف برنامه‌ریزی نشده و بهینه‌سازی عملیات است. به نوبه خود، اتصال محصولات مصرفی (تلفن های هوشمند، دستگاه های پایش ضربان قلب، لوازم هوشمند، روشنایی، امنیت و غیره) برای ردیابی، نظارت، کنترل و تنظیم ارزش فوق العاده ای خواهد داشت. این نه تنها در مورد کاربران محصولات، بلکه در مورد طول عمر محصولات نیز صدق می کند، که طراحی محصولات را در آینده بهبود می بخشد، همچنین در مورد سیستم های بزرگتری که این محصولات در آنها وجود دارد.
اتوماسیون ساختمان
سیستم‌های اتوماسیون ساختمان‌های هوشمند و HVAC از نرم‌افزار و سخت‌افزار تعبیه‌شده و همچنین صنعت استفاده می‌کنند و در سال‌های آینده به سرعت رشد خواهند کرد. با ورود به عصر ساختمان های هوشمند و شهرهای هوشمند، هوش تعبیه شده به بخشی جدایی ناپذیر از این سیستم های هوشمند تبدیل خواهد شد. اتوماسیون ساختمان اساساً مبتنی بر نظارت و حفظ شرایط محیطی، روشنایی و کنترل دسترسی است. همانطور که سیستم ها هوشمندتر می شوند، عملکرد ساختمان هوشمند ممکن است به سیستم های پیش بینی و تجویزی که شرایط بهینه را تعیین می کنند گسترش یابد. در نهایت، هدف حرکت به سمت سیستم‌های کاملاً خودمختار و خود{4}}خود درمانی است. این سیستم ها مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی خواهند بود که همگی مبتنی بر هوش تعبیه شده است.