Lập trình nhúng là gì? Kỹ năng cần có của một kỹ sư lập trình nhúng

Lập trình nhúng đầu tiên được phát triển hơn 50 năm trước. Ngày nay, các hệ thống nhúng bao quanh chúng ta mọi lúc mọi nơi và cũng là một phần quan trọng trong quá trình phát triển các thiết bị Internet of Things (IoT). Tuy nhiên, việc phát triển lập trình nhúng có sự khác biệt và phức tạp riêng. Cùng Techie tìm hiểu thêm về khái niệm và một số kỹ năng nghề nghiệp quan trọng liên quan đến công nghệ này.

Lập trình nhúng là gì?

Lập trình nhúng là một lĩnh vực của lập trình máy tính chuyên về việc phát triển phần mềm cho các thiết bị nhúng. Các thiết bị nhúng là các thiết bị điện tử có chức năng cụ thể, thường được sử dụng trong các hệ thống lớn hơn. Chúng thường có nguồn điện hạn chế, bộ nhớ hạn chế và thời gian thực nghiêm ngặt.

Lập trình nhúng liên quan đến việc viết mã cho các phần cứng cụ thể, chẳng hạn như vi điều khiển và bộ xử lý tín hiệu số (DSP). Các lập trình viên nhúng cần có kiến thức về các ngôn ngữ lập trình nhúng, điện tử và phần cứng máy tính.

Các thành phần cơ bản của một lập trình nhúng

Hầu hết các hệ thống nhúng đều cần phần cứng và phần mềm để hoạt động, bên cạnh đó một hệ điều hành để điều khiển phần mềm cũng là một thành phần quan trọng.
Phần cứng:

• Giao diện người dùng là một tập hợp các tính năng, nút và hành động có sẵn cho người dùng trên màn hình.
• RAM hoặc bộ nhớ ROM .
• Nguồn điện là cách hệ thống sạc, chẳng hạn như ổ cắm điện hoặc pin.
• Một số lập trình nhúng có khả năng đo thời gian bằng bộ tính giờ. Ví dụ, hệ thống nhà thông minh có thể tắt đèn sau khi chờ năm phút để đảm bảo rằng không có chuyển động nào trong phòng.
• Cổng giao tiếp là cách hệ thống giao tiếp với các hệ thống hoặc máy tính khác. Một số cách liên lạc giữa hệ thống nhúng và các thiết bị khác, bao gồm: mạng khu vực điều khiển (CAN), mạch tích hợp liên (I2C), SAE J1587/J1708, giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI), bus nối tiếp vạn năng (USB), bộ thu/phát không đồng bộ đa năng (UART), dây lửa.

Phần mềm: Phát triển phần mềm nhúng có nghĩa là tạo mã máy bằng các ngôn ngữ lập trình cụ thể như C và C++.

Hệ điều hành nhúng: Phát triển lập trình nhúng yêu cầu hệ điều hành thời gian thực.

Các loại công cụ phát triển lập trình nhúng

Các kỹ sư phần mềm nhúng sử dụng các công cụ khác nhau để lập trình và thiết kế các giải pháp này. Dưới đây là những cái chính:

• Trình soạn thảo được sử dụng để tạo mã trong C hoặc C++.
• Trình biên dịch chuyển đổi mã ngôn ngữ lập trình cấp cao thành mã máy cấp thấp.
• Trình biên dịch mã sẽ cần thiết nếu mã lập trình được viết bằng ngôn ngữ hợp ngữ. Nó thực hiện nhiệm vụ tương tự như một trình biên dịch.
• Trình gỡ lỗi sẽ loại bỏ các lỗi và sai sót.
• Trình liên kết kết hợp các đoạn mã và mô-đun để tạo ra một chương trình thực thi được.
• Trình mô phỏng cho phép kỹ sư hệ thống nhúng kiểm tra hiệu suất của chương trình trong môi trường mô phỏng thực tế và cải thiện trải nghiệm người dùng trong tương lai.

Một số ứng dụng của lập trình nhúng

• Hệ thống nhúng mạng là các hệ thống được kết nối với mạng có dây hoặc không dây để thực hiện nhiệm vụ cung cấp đầu ra cho các thiết bị được kết nối, một số các thiết bị phổ biến như: máy ATM, hệ thống an ninh gia đình, máy quẹt thẻ…
• Hệ thống điều khiển nhúng di động có kích thước nhỏ hơn và dễ sử dụng, điển hình là máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động, đồng hồ thông minh, theo dõi sức khỏe.
• Công nghệ nhúng độc lập không dựa vào hệ thống máy chủ như bộ xử lý hoặc máy tính để thực hiện các tác vụ như lò vi sóng, máy giặt, thiết bị chơi video games…

Kỹ năng cần có của một kỹ sư lập trình nhúng

Các kỹ sư và nhà phát triển hệ thống nhúng cần phải thành thạo trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau. Họ phải làm quen với nhiều ngôn ngữ lập trình, trình điều khiển thiết bị và hệ điều hành thời gian thực. Dưới đây là một số kỹ năng cần thiết của một kỹ sư làm việc trong ngành này:

• Ngôn ngữ lập trình C , C++ và Assembly.
• Bộ vi điều khiển và bộ vi xử lý.
• Hệ điều hành dựa trên Linux
• Chuyên môn về tối ưu hóa phần mềm ở cấp độ Hệ thống trên chip (SoC).
• Hệ điều hành cập nhật theo thời gian thực (RTOS)
• Trình điều khiển thiết bị
• Hiểu biết về các mẫu thiết kế và các mẫu thiết kế hệ thống nhúng
• Kỹ năng gỡ lỗi
• Có khả năng làm việc với các cơ sở mã đã được thiết lập
• Thiết kế điều khiển ngắt
• Thiết bị kiểm tra phần cứng, bao gồm máy hiện sóng và máy phân tích logic
• Mong muốn có kinh nghiệm với các giao thức truyền thông hoặc khả năng tìm hiểu chúng.
• Khả năng hiểu bản thiết kế hoặc sơ đồ

Cơ hội nghề nghiệp của một kỹ sư lập trình nhúng

Sự khan hiếm nguồn nhân lực trong ngành phần mềm đã tạo ra nhu cầu tuyển dụng cao cho hệ thống nhúng. Công việc này đặt ra yêu cầu cao về kiến thức, kỹ năng và việc trở thành một chuyên gia trong lĩnh vực này đòi hỏi thời gian và sự thành thạo.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và sự gia tăng của thiết bị thông minh, các doanh nghiệp và công ty sản xuất thiết bị xuất hiện ngày càng nhiều nên vị trí kỹ sư lập trình nhúng trở nên cực kỳ quan trọng. Cơ hội làm việc tại công ty công nghệ hàng đầu, công ty sản xuất điện tử, công ty công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác đều mở ra triển vọng lớn cho công việc trong ngành này.

Kỹ sư lập trình nhúng là vị trí có mức lương khá hấp dẫn, dao động từ 10 – 20 triệu đồng/tháng. Mức lương này có sự chênh lệch, phụ thuộc nhiều yếu tố như địa điểm làm việc, kinh nghiệm, năng lực cấp độ chuyên môn,….

Kết luận

Với sự phát triển của Internet of Things (IoT) và các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và học sâu (deep learning), hệ thống này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng những hệ thống thông minh và mang lại nhiều tiềm năng công nghệ trong tương lai. Chính vì vậy, cơ hội dành cho kỹ sư lập trình nhúng cũng tăng lên với tốc độ cao hơn so với các kỹ sư phần mềm khác. Dự kiến ​​đến năm 2028 , nhu cầu sẽ đạt mức 20% và 300.000 cơ hội mới sẽ được tạo ra trong năm đó.

>> Xem thêm: Fullstack là gì? Làm thế nào để trở thành lập trình viên fullstack?