Lập trình nhúng là gì? Học lập trình nhúng có dễ xin việc không?

Nói tới lập trình thì có đến 99% mọi người sẽ hình dung ra ngay một anh IT đang ngồi trước một con Laptop gõ gõ những dòng lệnh loằng ngoằng khó hiểu, để tạo ra các phần mềm và ứng dụng… trên máy tính và điện thoại.

Nếu nghĩ như vậy thì thực sự… các bạn đã nghĩ đúng rồi đấy 🙂

Nhưng có một loại lập trình mà mình tin là còn khá ít người biết đến và loại lập trình này luôn cần một nguồn nhân lực rất lớn đó chính là lập trình nhúng. Vậy thì lập trình nhúng là gì? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu cơ bản về lập trình nhúng trong bài viết ngắn gọn này nhé !

#1. Lập trình nhúng là gì?

Lập trình nhúng (embedded programming) hay còn được gọi là lập trình hệ thống nhúng hoặc phát triển phần mềm nhúng là một hệ thống có khả năng tự trị (hoạt động độc lập) và nó thường được nhúng vào trong một môi trường hoặc một hệ thống mẹ nào đó.

Đây là các hệ thống mà trong đó, phần mềm và phần cứng được tích hợp chặt chẽ với nhau. 

Bạn có thể đọc các ý dưới đây để hiểu thêm:

Định nghĩa một cách dễ hiểu thì lập trình nhúng là lập trình cho các IC, vi xử lý điện tử nói chung hoạt động theo ý muốn và nhu cầu của người dùng, nhằm phục vụ một chức năng hoặc công việc nào đó.

Hệ thống nhúng sẽ nằm trong một hệ thống lớn hơn để cung cấp một chức năng cụ thể. Một hệ thống lớn có thể có nhiều hệ thống nhúng được nhúng trong đó.

Hệ thống nhúng là một nhánh của điện tử. Điện tử có nghĩa là mạch, là IC, là bóng bán dẫn…. Nhúng có nghĩa là “ẩn bên trong”.

Một nhánh của hệ thống điện tử mà bạn nhìn thấy là các thành phần (phần cứng) bên ngoài, nhưng các thành phần đó được điều khiển bởi tập hợp các lệnh (phần mềm) ẩn bên trong các thành phần, được gọi là hệ thống nhúng.

Về bản chất thì, hệ thống nhúng = lập trình trong điện tử.

Mục đích chính của lập trình nhúng là phục vụ cho các bài toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiển và truyền tin. Thường thì, hệ thống nhúng sẽ được thiết kế để thực hiện các chức năng chuyên trách hoặc riêng biệt nào đó.

Lập trình nhúng được thiết kế và lập trình cho một mục đích rất cụ thể.

Nói chung, có rất nhiều định nghĩa về lập trình nhúng, bạn có thể đọc và rút ra được định nghĩa cho riêng mình. Theo cách mà bạn cảm thấy dễ hiểu nhất !

#2. Sự khác nhau giữa lập trình nhúng và lập trình ứng dụng thông thường?

Lập trình nhúng rất khác với lập trình ứng dụng thông thường.

Lập trình ứng dụng là để tạo ra các phần mềm/ ứng dụng chạy trên các hệ điều hành như Windows, MacOS hay Linux hoặc iOS/ Android. Trong khi đó lập trình nhúng hoạt động gần như độc lập trên nền tảng phần cứng mà không cần hệ điều hành điều khiển nó.

Hệ thống nhúng bao gồm những con chip rất nhỏ, vậy nên các tài nguyên như RAM, ROM thường rất ít. Chính vì thế bạn sẽ phải làm quen với việc lập trình trong một môi trường có tài nguyên giới hạn.

Với lập trình nhúng thì 1MB RAM đã là một con chip khá mạnh rồi => vậy nên việc tối ưu code là vô cùng quan trọng trong lập trình nhúng. Bạn sẽ phải tối ưu đến từng dòng code.

Còn lập trình ứng dụng thông thường sẽ được chạy trên các hệ điều hành như mình đã nói ở trên, nên tài nguyên phần cứng (như RAM, ổ cứng…) có dung lượng rất lớn, toàn tính bằng GB (4GB, 6GB, 8GB…).

Vậy nên, với lập trình ứng dụng thông thường thì họ không quá quan tâm đến độ dài của các dòng code, mà quan trọng nhất, cái mà họ quan tâm chính là yêu cầu/ chức năng của chương trình đó là gì.

#3. Lập trình nhúng hoạt động như thế nào?

Về cơ bản thì để tạo ra một chương trình, một tập lệnh hoạt động được trên một vi xử lý thì chúng ta sẽ cần đến những ngôn ngữ lập trình khác nhau, tùy vào từng mục đích khác nhau để sử dụng chúng sao cho hợp lý nhất.

Nhưng tựu chung lại thì những ngôn ngữ lập trình này phải đáp ứng được một số yêu cầu nhất định, hay ít nhất là những nhà phát triển phải đáp ứng được chúng thì mới có thể áp dụng nó lên vi xử lý được.

• Tốc độ: Những tập lệnh, chương trình trên vi xử lý phải đủ nhanh, bởi nó hoạt động dựa vào yếu tố phần cứng, vậy nên nếu quá chậm sẽ ảnh hưởng chung đến toàn bộ hệ thống
• Càng đơn giản càng tốt: Khác với các ứng dụng trên hệ điều hành, những chương trình trên vi xử lý phải đơn giản nhất có thể, tức là dễ dàng tìm ra lỗi cũng như nâng cấp. Bởi qua mỗi thế hệ thì các vi xử lý không chỉ cần phải nâng cấp mà còn phải tương thích với toàn hệ thống nên sự tối giản là rất cần thiết.

Sau khi những chương trình hay tập lệnh này được lập trình xong thì chúng sẽ được nạp vào bộ vi xử lý. Sau đó sẽ có một đội ngũ kiểm tra riêng về sự ổn định của chúng khi chạy trên hệ thống và cuối cùng là xuất xưởng vi xử lý đó.

Hiện nay có khá nhiều ngôn ngữ cho lập trình nhúng như ngôn ngữ C, Python, Rust hay Assembly…. đây đều là những ngôn ngữ được sử dụng nhiều trong lập trình nhúng bởi sự tương thích hệ thống, tính gọn nhẹ và khả năng tùy biến cao.

#4. Yêu cầu đối với một người lập trình nhúng

Lập trình nhúng là lập trình trên những vi xử lý, mà bản thân những vi xử lý lại luôn đi kèm với những linh kiện khác để tạ0 thành một hệ thống mạch hoàn chỉnh.

Chúng có thể là Ram, là Rom hay bất kì một thiết bị kết nối ngoại vi nào dù là có dây hay không dây.

Ví dụ như một mạch điều khiển nhà thông minh từ xa qua mạng Internet chẳng hạn, mạch điện gồm có bộ thu/phát sóng, bộ chuyển đổi tính hiệu, giải mả…rất là phức tạp.

Điều này đòi hỏi những người lập trình nhúng phải có kiến thức chuyên sâu về mạch điện tử nói chung, phải hiểu về cách chúng hoạt động như thế nào, các thiết bị ngoại vi liên kết ra sao….

Qua đó mới có thể thiết kế để chương trình trên vi xử lý hoạt động hiệu quả nhất. Có thể nói là lập trình nhúng khó hơn cả lập trình ứng dụng PC thông thường. Tất nhiên, mọi thứ đều có thể khỏa lấp được nếu như bạn có đủ đam mê theo đuổi nó 😀

Có một comment của bạn Phúc Thịnh Nguyễn rất hay, mình xin trích lại như sau:

Lập trình nhúng nó vừa là IT, nó vừa không phải là IT. Nó là IT ở chỗ, nếu bạn làm về Firmware, Linux driver thì nó thiên hướng về IT hơn. Cái Firmware là cái mà nó thuộc dạng tận cùng cốt lõi của chip đó. 

Bạn làm về phần đó thì bạn phải hiểu rằng bạn là thằng xuống sâu nhất trong mảng IT rồi đó. Bạn xuống tít tận tới thanh ghi (register), tới từng địa chỉ trong RAM trong FLASH để bạn làm việc luôn. =))))

Ừ đúng rồi, tui đang nói về ngôn ngữ lập trình Assembly và C/C++ đó. Nỗi ám ảnh của dân CNTT đó. Ba cái ngôn ngữ đó là 3 ngôn ngữ mà tiệm cận gần như là sâu nhất vào phần cứng thiết bị.

Bạn làm nhúng là bạn phải gần như nắm cho cực vững C/C++ (Assembly thì có thể tạm thời hiểu sơ cũng được).

Vậy cái nhúng nó không phải CNTT chỗ nào???

Vâng, nó cần phải có thêm kiến thức về điện tử nữa. =))) Bạn phải hiểu về điện tử, về transistor, về tụ điện, về điện trở, về cuộn cảm,… Để chi??

Để debug trên mạch, trên board. Nhiều khi á, cái firmware bạn viết nó không sai. Mà nó sai do mạch có vấn đề. Bởi bạn phải hiểu 1 xíu về phần cứng, về điện tử để nắm được các phương pháp đo đạc mạch PCB. =))) Khủng chưa???! Lượng kiến thức là “khủng long” luôn đó.

#5. Lộ trình để học lập trình nhúng?

// Đây không phải là một quy trình học, mà đây là những thứ bạn sẽ phải học khi làm việc với lập trình nhúng nha các bạn.

1/ Học C / C ++ thật chuyên sâu (Hàm, Con trỏ, Mảng, Cấu trúc, các phép toán bit….). Giỏi về Embedded C.

Luyện tập. Làm một số dự án. Tự kiểm tra. Quan trọng nhất là biết cách sử dụng trình gỡ lỗi như gdb/ lldb. Hiểu chuỗi công cụ biên dịch. Đặc biệt là trình liên kết.

Hiểu cách chương trình C được trình bày trong bộ nhớ và cách CPU thực hiện các lệnh từ bộ nhớ ‘text’ và đưa các lệnh gọi hàm vào bộ nhớ ‘stack’. Cách xử lý các cuộc gọi malloc.

2/ Tìm hiểu các khái niệm về hệ điều hành.

Làm việc với Unix/ Linux. Làm việc trên lập trình C đa luồng bằng Pthreads. Tìm hiểu Giao tiếp giữa các quy trình. Làm việc trên lập trình nhân Linux. Làm việc trên lập trình trình điều khiển thiết bị.

3/ Học kiến trúc Máy tính.

Đọc kiến ​​trúc 8086 (x86), 8051, ARM. Càng nhiều càng tốt. Hiểu phân cấp bộ nhớ và các công nghệ Bộ nhớ khác nhau như các biến thể ROM (EEPROM, Mask ROM), RAM (SRAM, DRAM, FRAM), Flash (NAND, NOR).

4/ Kiến ​​thức điện tử cơ bản và nguyên tắc cơ bản về điện: ADC, cảm biến, rơ le, giao diện hiển thị, giao diện camera… vân vân, mây mây. Sử dụng máy hiện sóng, vạn năng, máy phân tích logic,…

5/ Đọc càng nhiều biểu dữ liệu càng tốt. Mô-đun BLE, mô-đun WiFi, mô-đun ZigBee….

Đọc biểu dữ liệu của Bộ vi điều khiển Cortex Nhỏ cho các bộ xử lý ứng dụng. Nhìn vào sơ đồ và hướng dẫn thiết kế phần cứng cho các bộ dụng cụ đó. Bạn cũng có thể xem sơ đồ của các bảng phát triển Snapdragon.

6/ Tìm hiểu bất kỳ Ngôn ngữ mô tả phần cứng nào. VHDL hoặc Verilog.

7/ Tìm hiểu những nguyên tắc Cơ bản về Điện tử Kỹ thuật số

=> Về cơ bản là thế, tất nhiên là sẽ vừa học vừa làm và sẽ còn nhiều thứ cần phải học nữa. Nhưng tốt nhất không nên liệt kê ra ở đây, vì sẽ làm cho nhiều đồng ý nản lòng 😀 Giờ hãy bắt đầu với ngôn ngữ C trước.

#6. Lập trình IoT có phải lập trình nhúng không?

Rất nhiều bạn đặt ra câu hỏi như vậy. Và câu trả lời là:

Lập trình IoT (Internet Of Thing) là một phần trong lập trình nhúng.

Thiết bị IoT là những thiết bị có khả năng kết nối với Internet và thu thập dữ liệu từ bên ngoài => sau đó xử lý chúng => và gửi về máy chủ (có thể là ứng dụng, cloud, máy tính….) => từ đó người dùng có thể xem được, kiểm soát được.

Vậy nên, bản chất của thiết bị IoT cũng là một thiết bị nhúng nhưng chúng có thêm khả năng kết nối Internet.

#7. Tương lai của nghề lập trình nhúng sẽ ra sao?

Lập trình nhúng tuy không được phổ biến ở Việt Nam nhưng ở các nước phát triển thì nó đã sớm là một nghề vô cùng hấp dẫn với những đãi ngộ cực kì ấn tượng.

Điều này cũng dễ hiểu thôi, vì nghề lập trình nhúng rất kén người, hay nói trắng ra là nghề ngày yêu cầu kỹ thuật rất cao, phải thực sự giỏi thì mới theo được. Và yếu tố quan trọng không kém là sự KIÊN TRÌ.

Vâng, những bộ vi xử lý cao cấp, chúng sẽ chẳng thể đạt tới cái gọi là cao cấp nếu như không có những người lập trình nhúng.

Những con chip Core I Serie của Intel hay Ryzen Serie của AMD, Apple M Serie của Apple hay đơn giản hơn những vi xử lý mạng, âm thanh ….. đều có sự đóng góp không nhỏ của lập trình nhúng. Chắc chắn đây sẽ luôn là công việc không bao giờ là đủ nhân lực và hết Hot trong tương lai.

Okay, bài viết đến đây cũng khá là dài rồi, nó là sự tổng hợp của mình về lập trình nhúng (mất khá nhiều thời gian đó các bạn :D). Và qua bài viết này thì mình tin là bạn đã hình dung là lập trình nhúng là gì và phải làm những gì rồi đúng không 🙂

Nếu bạn thấy bài viết này hữu ích thì đừng quên đánh giá 5* và chia sẻ đến nhiều người nhé. Cám ơn các bạn !

CTV: Lê Đinh Hoàng Vũ – Blogchiasekienthuc.com
Edit by Kiên Nguyễn