Embedded Software – Lập trình nhúng đang dần trở thành một ngành phát triển mạnh mẽ với những ứng dụng quan trọng trong đời sống. Theo các chuyên gia, dự đoán đến năm 2020, hệ thống nhúng toàn cầu sẽ đạt doanh thu 8 tỷ đô-la Mỹ. Tại Việt Nam, lập trình nhúng đang xuất hiện ngày càng nhiều và phổ biến trong các lĩnh vực công nghệ, sản xuất. Nhu cầu ngành học này, vì vậy, đang tăng cao với nhiều cơ hội nghề nghiệp và phát triển sự nghiệp.

Tổng quan về Lập trình nhúng

Hệ thống nhúng là gì?

Hệ thống nhúng là một kiểu hệ thống máy tính được lập trình để làm những nhiệm vụ bao gồm truy cập, tiến hành xử lý, lưu trữ và kiểm soát dữ liệu từ các hệ thống thiết bị công nghệ khác nhau. 

Phần mềm lập trình nhúng là phần mềm được viết cho một mục đích cụ thể dựa vào một phần của phần cứng. Không giống như phần mềm dành cho website hay mobile, hệ thống nhúng tương tác với thế giới thật trong thời gian thật bằng cách nhận input cảm biến và điều chỉnh output dựa trên các input đó. Ví dụ về lập trình nhúng có thể kể đến hoạt động của máy giặt trong việc tự đo lượng quần áo và chọn chu trình phù hợp để giặt đồ. 

Các hệ thống nhúng đã giúp cho công việc hoàn thành nhanh và thuận tiện hơn. Vì thế, các hệ thống nhúng thường được tích hợp rất nhiều trong cả các thiết bị đơn giản hay phức tạp.

Embedded Software Engineer là gì?

Embedded Software Engineer – kỹ sư phần mềm nhúng là kỹ sư điện tử chuyên về kỹ thuật phần mềm nhúng, quy trình thiết kế và phát triển phần mềm cho các hệ thống máy tính nhỏ, khép kín. Những kỹ sư này chịu trách nhiệm phát triển các thành phần và hệ thống được sử dụng trong điện tử tiêu dùng, thiết bị y tế, hệ thống rô-bốt, thiết bị định vị, v.v.

Đặc điểm của Hệ thống nhúng

Hệ thống nhúng được lập trình để thực hiện một chức năng nhất định. Sự chuyên dụng giúp nâng cao tính sử dụng và tiết kiệm tài nguyên.

Nhiều hệ thống nhúng phải liên tục tương tác với những biến đổi trong hệ thống và đưa ra các kết quả xác định gần như ngay lập tức. Đơn cử như trên ô tô, với bộ theo dõi hành trình, hệ thống phải liên tục hiển thị và có phản hồi tương ứng với tốc độ thực tế hiện tại và bộ cảm biến của phanh. Đồng thời, hệ thống cũng liên tục tính ra gia tốc/giảm tốc trong khoảng thời gian giới hạn vì chỉ cần tính toán chậm so với thời hạn đề ra đã có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc vận hành xe.

Các ứng dụng của Hệ thống nhúng

• Điều khiển, kiểm soát, giám sát bảo đảm an toàn cho xe, động cơ, điều hành dây chuyền lắp ráp robot, hệ thống giải trí, đa phương tiện của ô tô,…
• Các mạng lưới viễn thông, ứng dụng điện toán di động và hệ thống truyền thông không dây, v.v.
• Hệ thống điện thoại di động về tính ứng dụng và bảo mật, vệ tinh và tên lửa thuộc các đơn vị quốc phòng, truyền thông và hàng không vũ trụ.
• Ứng dụng phân tích hình ảnh, máy in, cấu tạo màn hình,…
• Thiết bị điện tử kỹ thuật số như máy ảnh, đầu DVD, các loại tivi với độ phân giải cao,…

Phân nhánh ngành Lập trình nhúng

Lập trình nhúng chia ra 2 hướng nhỏ: Embedded software – theo hướng phần mềm và Embedded hardware – theo hướng phần cứng.

Embedded Software

Phần mềm nhúng (Embedded software, còn gọi là firmware) là phần mềm được viết cho hệ thống nhúng. Phần mềm nhúng được viết, biên dịch trên máy tính, sau đó đưa vào một hệ thống khác bao gồm một hoặc nhiều bộ vi xử lý, bộ nhớ ghi chép được và các cổng giao tiếp với các phần cứng khác. Phần mềm nhúng tạo nên phần trí tuệ của các sản phẩm nhúng và ngày càng có tỷ lệ giá trị cao.

Ví dụ với tủ lạnh, hệ thống nhúng cung cấp cho phép chúng ta có thể lựa chọn các chế độ bảo quản phù hợp.

Embedded Hardware

Hệ thống nhúng ứng dụng nền tảng phần cứng với bộ vi xử lý/vi điều khiển để thực thi hoạt động. Phần cứng này gồm giao diện dữ liệu đầu vào/đầu ra, giao diện người dùng, bộ nhớ và bộ hiển thị dữ liệu.

Đào tạo ngành Lập trình nhúng 

Kiến thức tổng quan  

Đối với lập trình nhúng, những thứ bạn phải học ban đầu thường rất nhiều nhưng khi bạn hoàn thành bước đi ban đầu này, con đường đào tạo sẽ trở nên dễ dàng hơn. Những kiến thức cần học bao gồm:

• Lập trình C/C++: Đây là ngôn ngữ quan trọng bật nhất trong lập trình nhúng
• Kiến thức về điện tử: Các kiến thức về logic, vi điều khiển, vi xử lý,…
• Các loại giao tiếp (protocol): UART, I2C, SPI, RS232, JTAG,… 
• Hệ điều hành: Kiến trúc hệ điều hành, kiến trúc máy tính, nhất là hệ điều hành linux
• Cấu trúc dữ liệu và giải thuật
• Hệ điều hành thời gian thực

Kiến thức cần có của Embedded Software 

• Lập trình ứng dụng: Web, desktop app hay mobile app
• Lập trình device driver
• Script: Perl, Python, Shell script trên linux
• Cấu trúc dữ liệu và giải thuật 
• Xây dựng môi trường: Makefile, Cmake

Kiến thức cần có của Embedded Hardware

• Thiết kế PCB
• Design schematic
• Test board
• Review, đánh giá và lựa chọn linh kiện tối ưu dự án
• Sử dụng các loại dụng cụ máy đo
• Kỹ năng hàn và sửa mạch

Các trường đào tạo ngành Lập trình nhúng

• Đại học Khoa Học Tự Nhiên
• Đại học Bách Khoa
• Đại học FPT
• Học viện kỹ thuật mật mã 
• …

Ngoài ra bạn có thể học Lập trình nhúng từ các khóa đào tạo ngắn hạn hoặc các nền tảng học trực tuyến như edX, Coursera,..

Bức tranh nghề nghiệp ngành Lập trình nhúng

Nhu cầu ngành Lập trình nhúng

Việc các thiết bị viễn thông, máy tính điện tử, ngành công nghiệp và điện tử dân dụng có nhu cầu tăng cao đi cùng với sự tăng trưởng về số lượng phương tiện đi lại đã đẩy mạnh nhu cầu nhân sự cho lĩnh vực này. Tuy tiềm năng phát triển là rất lớn nhưng hiện tại ở Việt Nam, trình độ và số lượng nhân sự trong ngành Hệ thống nhúng vẫn ở mức thấp. 

Vì vậy, ở Việt Nam, lập trình viên nhúng sau khi ra trường có thể có mức lương khởi điểm với 2 con số. Đây là nhóm nhân sự có nhu cầu tuyển dụng cao từ doanh nghiệp.

Mô tả công việc của Kỹ sư Lập trình nhúng

• Nghiên cứu các công cụ để phát triển hệ thống nhúng. 
• Nghiên cứu và triển khai các thuật toán điều khiển lõi, đặc biệt với lĩnh vực điều khiển động cơ và chuyển động.
• Lập trình điều khiển, phát triển và bảo trì phần mềm nhúng.
• Phối hợp cùng kỹ sư điều khiển, kỹ sư hệ thống và kỹ sư thiết kế phần cứng để tạo lập các hệ điều hành.
• Nghiên cứu các sản phẩm công nghệ chuyển giao, từ đó tạo ra các dòng sản phẩm mới.
• Đề xuất và tư vấn cho cấp trên lộ trình phát triển và bảo trì phần mềm

Ngoài ra, tùy theo định hướng, bạn sẽ có công việc đặc thù tương ứng với:

Embedded Software

Bạn có thể làm việc để phát triển các sản phẩm phần mềm cho các sản phẩm nhúng, bao gồm các ứng dụng như website, máy tính hoặc ứng dụng di động, chương trình cơ sở, hệ điều hành, hệ điều khiển… Bạn cũng có thể đảm nhiệm lập trình, test sản phẩm, viết yêu cầu cho sản phẩm.

Embedded Hardware

Bạn có thể trở thành một nhà thiết kế bo mạch, còn được gọi là PCB Design, Test Board, chuyên về thiết kế và test board mạch.

Kết luận

Trên đây là những kiến thức cần có về Lập trình nhúng – Embedded Software. Spiderum hy vọng rằng thông qua đó, các bạn trẻ sẽ có một góc nhìn tổng quan về ngành học này, từ đó đưa ra lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với bản thân. Đồng thời đừng quên đón xem những bài viết về các ngành nghệ cụ thể trong lĩnh vực Công nghệ thông tin sắp tới của Spiderum nhé!