تتحكم أنظمة التشغيل Operating systems في أجهزة الكمبيوتر. يديرون الموارد، ويعرضون الأجهزة للمستخدمين لتطوير التطبيقات، وتنفيذ التعليمات البرمجية. لكن ليست كل أنظمة التشغيل متساوية.
عندما تكون أنظمة تشغيل سطح المكتب desktop OSs مثل Windows في كل مكان، يتم إخفاء أنظمة تشغيل أخرى عن رؤيتنا. معظم الناس لا يعرفون حتى بوجودهم.
نحن نتحدث عن أنظمة التشغيل المضمنة embedded operating systems.
دعونا نرى ما هو نظام التشغيل المضمن embedded OS، وكيف يختلف عن نظام التشغيل غير المضمن non-embedded OS؟
ما هو نظام التشغيل المضمن؟ What Is an Embedded OS
عندما تكون أنظمة تشغيل سطح المكتب desktop OSs مثل Windows في كل مكان، يتم إخفاء أنظمة تشغيل أخرى عن رؤيتنا. معظم الناس لا يعرفون حتى بوجودهم.
نحن نتحدث عن أنظمة التشغيل المضمنة embedded operating systems.
دعونا نرى ما هو نظام التشغيل المضمن embedded OS، وكيف يختلف عن نظام التشغيل غير المضمن non-embedded OS؟
ما هو نظام التشغيل المضمن؟ What Is an Embedded OS
نظام التشغيل المضمن هو جزء من البرنامج يهدف إلى التحكم في نظام مضمن.
النظام المضمن هو مزيج من الأجهزة والبرامج المستخدمة لأداء مهمة عالية التخصص. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مثال التلفزيون الذكي الحديث. يتم التحكم في المعالج الدقيق والأجهزة المرتبطة به داخل التلفزيون بواسطة نظام تشغيل مضمن.
لذلك، يتحكم نظام التشغيل المضمن في موارد الأجهزة لنظام مضمن ويسمح بتشغيل التعليمات البرمجية على الجهاز. تؤدي الكود الذي يعمل بنظام التشغيل المضمن مهام ثابتة مثل التحكم في أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) Internet of Things.
كيف يعمل نظام التشغيل المضمن؟ How Does an Embedded OS Work
يعمل نظام التشغيل المضمن مثل نظام التشغيل العادي مع بعض الاختلافات الرئيسية. نظرًا لاستخدام نظام تشغيل مضمن لإدارة نظام بموارد أقل بكثير من نظام تشغيل سطح المكتب الكامل، فهو فعال للغاية ولا يؤدي إلا مجموعة ثابتة من الوظائف.
لنأخذ مثالاً على نظام تشغيل مضمن يعمل داخل كاميرا جرس الباب مثل Ring. يقوم نظام التشغيل المضمن الذي يتحكم في أجهزة الكاميرا بتنفيذ هذا الرمز الذي يتيح للكاميرا القيام بعملها.
من الاتصال بشبكة Wi-Fi إلى اكتشاف الحركة وتسجيل الفيديو، يكون نظام التشغيل المضمن مسؤولاً عن إدارة موارد الأجهزة لجعل كل ذلك ممكنًا.
على أعلى مستوى، عندما يتم تشغيل جهاز به نظام مضمن، يتم تشغيل نظام التشغيل المضمن الذي يعمل على تشغيل الجهاز. أثناء مرحلة التمهيد هذه، يتم أيضًا تحميل جميع التعليمات البرمجية التي يتطلبها النظام المضمن للعمل، بما في ذلك نظام التشغيل، وجعلها جاهزة للتنفيذ.
لذلك، على عكس نظام تشغيل سطح المكتب، لا يحتاج نظام التشغيل المضمن إلى تحميل رمز من الذاكرة في كل مرة يحتاج فيها إلى تنفيذ وظيفة.
أنواع أنظمة التشغيل المضمنة Types of Embedded OS
تم تصميم أنظمة التشغيل المضمنة لتلبية احتياجات الأنظمة التي سيتم استخدامها فيها. حيث تقوم بعض أنظمة التحكم المضمنة التي تؤدي مهمة واحدة فقط عند التكرار، بإدارة أنظمة تؤدي مهام متعددة في وقت واحد.
بشكل عام، يتم تقسيم أنظمة التشغيل المضمنة إلى مهام متعددة، وفي الوقت الفعلي، وحلقة واحدة.
تعدد المهام Multitasking
نظام التشغيل المضمن متعدد المهام هو نظام تشغيل يتحكم في نظام مضمن يحتاج إلى أداء مهام متعددة. يمكن تنفيذ المهام في وقت واحد إذا كان المعالج الدقيق المستخدم في النظام المضمن قادرًا على ذلك، أو يمكن جدولتها للتشغيل وفقًا لخوارزمية الجدولة scheduling algorithm.
أحد الأمثلة على نظام التشغيل المضمن متعدد المهام هو نظام التشغيل المستخدم في أجهزة إنترنت الأشياء مثل مكبرات الصوت الذكية. لا يتعين على مكبرات الصوت الذكية إخراج الموسيقى فحسب، بل يجب أيضًا الاتصال بالإنترنت والبحث عن الموسيقى.
في الوقت الفعلى Real-time
نظام التشغيل المضمن في الوقت الفعلي هو نظام يعمل في ظل قيود زمنية صارمة. يجب أن يتلقى نظام التشغيل المضمن هذا المدخلات ويعالجها في الوقت المخصص أو يفشل النظام.
ضع في اعتبارك مثال نظام الكبح الطارئ emergency braking في السيارات. بمجرد أن يكتشف النظام أن الاصطدام وشيك، يقوم نظام التشغيل المضمن بتنشيط نظام الكبح. إذا فشل نظام التشغيل في بدء تشغيل الفرامل في الوقت المناسب، يمكن أن يحدث تصادم مع عواقب وخيمة.
الحلقة الواحدة Single Loop
نظام التشغيل المضمن ذو الحلقة الواحدة هو نوع من أنظمة التشغيل يؤدي وظيفة واحدة بشكل متكرر. الوظيفة الوحيدة لنظام التشغيل المضمن هي أخذ المدخلات وإنتاج مخرجات، في حلقة.
أحد الأمثلة الشائعة لنظام التشغيل المضمن ذو الحلقة الواحدة هو نظام التشغيل المستخدم في مصابيح استشعار الحركة motion-sensing lights. تستشعر مصابيح استشعار الحركة الحركة ويقوم النظام المضمن بتشغيل الأضواء في حالة اكتشاف الحركة.
نظام التشغيل المضمن مقابل نظام التشغيل غير المضمن: ما الفرق؟
النظام المضمن هو مزيج من الأجهزة والبرامج المستخدمة لأداء مهمة عالية التخصص. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك مثال التلفزيون الذكي الحديث. يتم التحكم في المعالج الدقيق والأجهزة المرتبطة به داخل التلفزيون بواسطة نظام تشغيل مضمن.
لذلك، يتحكم نظام التشغيل المضمن في موارد الأجهزة لنظام مضمن ويسمح بتشغيل التعليمات البرمجية على الجهاز. تؤدي الكود الذي يعمل بنظام التشغيل المضمن مهام ثابتة مثل التحكم في أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) Internet of Things.
كيف يعمل نظام التشغيل المضمن؟ How Does an Embedded OS Work
يعمل نظام التشغيل المضمن مثل نظام التشغيل العادي مع بعض الاختلافات الرئيسية. نظرًا لاستخدام نظام تشغيل مضمن لإدارة نظام بموارد أقل بكثير من نظام تشغيل سطح المكتب الكامل، فهو فعال للغاية ولا يؤدي إلا مجموعة ثابتة من الوظائف.
لنأخذ مثالاً على نظام تشغيل مضمن يعمل داخل كاميرا جرس الباب مثل Ring. يقوم نظام التشغيل المضمن الذي يتحكم في أجهزة الكاميرا بتنفيذ هذا الرمز الذي يتيح للكاميرا القيام بعملها.
من الاتصال بشبكة Wi-Fi إلى اكتشاف الحركة وتسجيل الفيديو، يكون نظام التشغيل المضمن مسؤولاً عن إدارة موارد الأجهزة لجعل كل ذلك ممكنًا.
على أعلى مستوى، عندما يتم تشغيل جهاز به نظام مضمن، يتم تشغيل نظام التشغيل المضمن الذي يعمل على تشغيل الجهاز. أثناء مرحلة التمهيد هذه، يتم أيضًا تحميل جميع التعليمات البرمجية التي يتطلبها النظام المضمن للعمل، بما في ذلك نظام التشغيل، وجعلها جاهزة للتنفيذ.
لذلك، على عكس نظام تشغيل سطح المكتب، لا يحتاج نظام التشغيل المضمن إلى تحميل رمز من الذاكرة في كل مرة يحتاج فيها إلى تنفيذ وظيفة.
أنواع أنظمة التشغيل المضمنة Types of Embedded OS
تم تصميم أنظمة التشغيل المضمنة لتلبية احتياجات الأنظمة التي سيتم استخدامها فيها. حيث تقوم بعض أنظمة التحكم المضمنة التي تؤدي مهمة واحدة فقط عند التكرار، بإدارة أنظمة تؤدي مهام متعددة في وقت واحد.
بشكل عام، يتم تقسيم أنظمة التشغيل المضمنة إلى مهام متعددة، وفي الوقت الفعلي، وحلقة واحدة.
تعدد المهام Multitasking
نظام التشغيل المضمن متعدد المهام هو نظام تشغيل يتحكم في نظام مضمن يحتاج إلى أداء مهام متعددة. يمكن تنفيذ المهام في وقت واحد إذا كان المعالج الدقيق المستخدم في النظام المضمن قادرًا على ذلك، أو يمكن جدولتها للتشغيل وفقًا لخوارزمية الجدولة scheduling algorithm.
أحد الأمثلة على نظام التشغيل المضمن متعدد المهام هو نظام التشغيل المستخدم في أجهزة إنترنت الأشياء مثل مكبرات الصوت الذكية. لا يتعين على مكبرات الصوت الذكية إخراج الموسيقى فحسب، بل يجب أيضًا الاتصال بالإنترنت والبحث عن الموسيقى.
في الوقت الفعلى Real-time
نظام التشغيل المضمن في الوقت الفعلي هو نظام يعمل في ظل قيود زمنية صارمة. يجب أن يتلقى نظام التشغيل المضمن هذا المدخلات ويعالجها في الوقت المخصص أو يفشل النظام.
ضع في اعتبارك مثال نظام الكبح الطارئ emergency braking في السيارات. بمجرد أن يكتشف النظام أن الاصطدام وشيك، يقوم نظام التشغيل المضمن بتنشيط نظام الكبح. إذا فشل نظام التشغيل في بدء تشغيل الفرامل في الوقت المناسب، يمكن أن يحدث تصادم مع عواقب وخيمة.
الحلقة الواحدة Single Loop
نظام التشغيل المضمن ذو الحلقة الواحدة هو نوع من أنظمة التشغيل يؤدي وظيفة واحدة بشكل متكرر. الوظيفة الوحيدة لنظام التشغيل المضمن هي أخذ المدخلات وإنتاج مخرجات، في حلقة.
أحد الأمثلة الشائعة لنظام التشغيل المضمن ذو الحلقة الواحدة هو نظام التشغيل المستخدم في مصابيح استشعار الحركة motion-sensing lights. تستشعر مصابيح استشعار الحركة الحركة ويقوم النظام المضمن بتشغيل الأضواء في حالة اكتشاف الحركة.
نظام التشغيل المضمن مقابل نظام التشغيل غير المضمن: ما الفرق؟
يتمثل الاختلاف الأكبر بين نظام التشغيل المضمن ونظام التشغيل غير المضمن في تعيين التطبيق الذي يعمل عليه نظام التشغيل. في حالة نظام التشغيل المضمن، يتم إصلاح مجموعة التطبيق. تم تصميم أجهزة النظام المضمن لتشغيل مجموعة التطبيقات المحددة هذه.
من ناحية أخرى، تم تصميم أنظمة التشغيل غير المضمنة مثل Windows و macOS لمنح وصول الأجهزة إلى تطبيقات المستخدم. يمكن للمستخدمين تثبيت أي تطبيق يريدونه طالما أنه مصمم للتشغيل على نظام التشغيل. الأجهزة التي يعمل عليها نظام التشغيل غير المضمن قابلة للتخصيص إلى حد ما.
علاوة على ذلك، نظام التشغيل المضمن متخصص. بمعنى آخر، تحتوي الأنظمة المضمنة المختلفة على أنظمة تشغيل مضمنة مختلفة. من ناحية أخرى، تعد أنظمة التشغيل غير المضمنة للأغراض العامة وتدعم مجموعة متنوعة من تكوينات الأجهزة.
بشكل عام، غالبًا ما يكون النظام الذي يتحكم فيه نظام تشغيل مضمن جزءًا من نظام أكبر. على سبيل المثال، يعمل النظام المضمن المستخدم لقياس درجة حرارة الغرفة كجزء من نظام أكبر للتحكم في المناخ أو المنتج النهائي. و تتحكم أنظمة التشغيل غير المضمنة في المنتج النهائي نفسه.
الاستخدامات الشائعة لنظام التشغيل المضمن
أنظمة التشغيل المضمنة موجودة في كل مكان حولنا. بعض الأمثلة الشائعة لأنظمة التشغيل المضمنة هي تلك المستخدمة في:
- أجهزة إنترنت الأشياء مثل مصابيح الإضاءة الذكية وأجهزة استشعار درجة الحرارة الذكية وما إلى ذلك.
- سيارات لضبط المناخ وصيانته.
- أنظمة الملاحة الجوية.
- أجهزة تعقب GPS وأجهزة تتبع اللياقة البدنية.
هذه مجرد أمثلة قليلة لأنظمة تشغيل مضمنة. بشكل عام، يحتوي كل متحكم دقيق على نظام تشغيل مضمن يقوم بتشغيل الأشياء خلف الكواليس. وتعد أنظمة التشغيل المضمنة أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للتقنيات من حولنا للعمل
لا يدرك معظمنا تأثير أنظمة التشغيل المضمنة على حياتنا. من أجهزة استشعار الدخان ودرجة الحرارة المدمجة داخل منازلنا إلى تشغيل المعدات الطبية، تعد أنظمة التشغيل المدمجة ضرورية لعمل التقنيات من حولنا.
من ناحية أخرى، تم تصميم أنظمة التشغيل غير المضمنة مثل Windows و macOS لمنح وصول الأجهزة إلى تطبيقات المستخدم. يمكن للمستخدمين تثبيت أي تطبيق يريدونه طالما أنه مصمم للتشغيل على نظام التشغيل. الأجهزة التي يعمل عليها نظام التشغيل غير المضمن قابلة للتخصيص إلى حد ما.
علاوة على ذلك، نظام التشغيل المضمن متخصص. بمعنى آخر، تحتوي الأنظمة المضمنة المختلفة على أنظمة تشغيل مضمنة مختلفة. من ناحية أخرى، تعد أنظمة التشغيل غير المضمنة للأغراض العامة وتدعم مجموعة متنوعة من تكوينات الأجهزة.
بشكل عام، غالبًا ما يكون النظام الذي يتحكم فيه نظام تشغيل مضمن جزءًا من نظام أكبر. على سبيل المثال، يعمل النظام المضمن المستخدم لقياس درجة حرارة الغرفة كجزء من نظام أكبر للتحكم في المناخ أو المنتج النهائي. و تتحكم أنظمة التشغيل غير المضمنة في المنتج النهائي نفسه.
الاستخدامات الشائعة لنظام التشغيل المضمن
أنظمة التشغيل المضمنة موجودة في كل مكان حولنا. بعض الأمثلة الشائعة لأنظمة التشغيل المضمنة هي تلك المستخدمة في:
- أجهزة إنترنت الأشياء مثل مصابيح الإضاءة الذكية وأجهزة استشعار درجة الحرارة الذكية وما إلى ذلك.
- سيارات لضبط المناخ وصيانته.
- أنظمة الملاحة الجوية.
- أجهزة تعقب GPS وأجهزة تتبع اللياقة البدنية.
هذه مجرد أمثلة قليلة لأنظمة تشغيل مضمنة. بشكل عام، يحتوي كل متحكم دقيق على نظام تشغيل مضمن يقوم بتشغيل الأشياء خلف الكواليس. وتعد أنظمة التشغيل المضمنة أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للتقنيات من حولنا للعمل
لا يدرك معظمنا تأثير أنظمة التشغيل المضمنة على حياتنا. من أجهزة استشعار الدخان ودرجة الحرارة المدمجة داخل منازلنا إلى تشغيل المعدات الطبية، تعد أنظمة التشغيل المدمجة ضرورية لعمل التقنيات من حولنا.
