Lập trình nhúng là gì?

Lập trình nhúng là cách phát triển phần mềm hệ thống có khả năng tự trị và được nhúng vào môi trường, hệ thống khác được gọi là hệ thống mẹ. Đó là hệ thống được tích hợp với phần cứng, phần mềm.

Mục đích của lập trình nhúng là giải quyết các bài toán tự động hóa điều khiển, công nghệ truyền tin. Do đó, lập trình nhúng thường được thực hiện để thiết kế một chức năng riêng biệt nào đó trong hệ thống này.

Lập trình nhúng là gì?

Hệ thống nhúng gồm các thành phần cơ bản sau:

• ROM: chứa chương trình, các dữ liệu được fix, data
• RAM: lưu các chương trình thực thi và các biến tạm
• MCU: Bộ xử lý tính toán trung tâm
• Ngoài ra còn có các bộ phận khác như ngoại vi ADC, DAC, các khối giao tiếp UART…

Theo số liệu thống kê, mức lương trung bình cho kỹ sư lập trình nhúng dao động từ 700 - 1100 USD/tháng. Tuy nhiên, nếu bạn có kinh nghiệm và năng lực xuất sắc, mức lương có thể có sự chênh lệch lớn hơn, lên đến 1500 - 2000 USD/tháng.

Ứng dụng của lập trình nhúng

Ứng dụng của lập trình nhúng trong lĩnh vực đời sống

Hiện nay, lập trình nhúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

• Ngành điện tử, viễn thông: Lập trình nhúng được áp dụng rộng rãi trong việc phát triển các thiết bị điện tử, máy tính, điện thoại di động, viễn thông và ngân hàng.
• Thiết bị mạng: Các thiết bị mạng như router, gateway, switch và modem được phát triển dựa trên lập trình nhúng.
• Lĩnh vực y tế: Hầu hết các thiết bị y tế tiến tiến như máy thẩm thấu, máy điều hòa nhịp tim và các thiết bị y tế khác đều áp dụng lập trình nhúng trong giai đoạn sản xuất.
• Thiết bị văn phòng: Lập trình nhúng được sử dụng để thiết kế các loại máy chuyên dụng như máy photocopy, máy in, máy scan, máy fax và các thiết bị khác.
• Thiết bị gia dụng: Lập trình nhúng có thể được tận dụng trong các thiết bị gia dụng thông minh như tủ lạnh, lò nướng, máy vi sóng và nhiều thiết bị khác.
• Các ứng dụng đặc biệt khác: Lập trình nhúng cũng được sử dụng trong các lĩnh vực như máy trả lời tự động, dây chuyền sản xuất công nghiệp tự động và robot.

Một số công cụ dành cho lập trình nhúng

Công cụ sử dụng khi học lập trình nhúng

Hiện nay có một số công cụ được sử dụng khi làm lập trình nhúng như:

• Cross ToolChains ( Linux): Là trình biên dịch của AT91SAM sẽ chạy được trên môi trường Linux
• Keil (Windows): Chạy trên môi trường Windows lập trình cho các dòng ARM (ví dụ STM32F4xx..)
• Putty.exe(Windows): Là chương trình giúp hỗ trợ lập trình truy cập Secure Shell qua qua đường Ethernet hoặc qua 2 chuẩn RS232.

Bạn đọc tham khảo thêm: 

Thiết kế trang web: Bí quyết xây dựng nền tảng online hiệu quả

DOM Là Gì? Cách Web “Hiểu” Và “Phản Hồi” Người Dùng

Cơ hội nghề nghiệp khi học lập trình nhúng

Lập trình nhúng ngày càng được quan tâm nhiều hơn nhờ vai trò then chốt trong việc phát triển các thiết bị máy móc hiện đại và thông minh. Chính vì thế, nhu cầu tuyển dụng nhân lực cho ngành này đang tăng mạnh, đặc biệt trong bối cảnh công nghiệp tự động hóa phát triển mạnh mẽ.

Sau khi hoàn thành chương trình học lập trình nhúng, bạn có thể định hướng sự nghiệp theo hai nhánh chính là Embedded Software hoặc Embedded Hardware.

Embedded Software

Lập trình nhúng phần mềm

Embedded Software là công việc lập trình nhúng đúng nghĩa. Hiểu đơn giản, bạn sẽ cùng đội nhóm của mình phát triển sản phẩm phần mềm để nhúng vào một phần mềm khác. Ví dụ điển hình như driver, hệ điều hành, web, trình điều khiển,... Công việc chính khi làm Embedded software là viết code, kiểm tra code, viết các document, phần việc liên quan đến sản phẩm.

Lợi ích khi học Embedded Software đó chính là:

• Lĩnh vực lập trình nhúng phát triển mạnh: Theo thời kỳ công nghệ, ngành lập trình nhúng ngày càng được quan tâm và phát triển. Do đó bạn sẽ có nhiều cơ hội phát triển hơn.
• Nhu cầu tuyển dụng ngày càng cao: Sự gia tăng về số lượng thiết bị nhúng kéo theo nhu cầu lớn về nhân lực có kỹ năng lập trình nhúng. Đây là cơ hội lớn cho các lập trình viên muốn tìm kiếm một công việc ổn định, thu nhập tốt và có tiềm năng phát triển lâu dài.
• Kiến thức chuyên môn sâu và đa dạng: Lập trình nhúng đòi hỏi kiến thức kỹ thuật vững chắc và yêu cầu sự linh hoạt khi làm việc với nhiều ngôn ngữ như C/C++, Java, hoặc Android. Ngoài ra, bạn sẽ cần thành thạo các kỹ thuật như viết driver thiết bị, lập trình giao diện web, xử lý cấu trúc dữ liệu và giải thuật. Song song, bạn cũng sẽ sử dụng các công cụ như Makefile, CMake,... để phát triển và build hệ thống.

Embedded Hardware

Lập trình nhúng phần cứng

Là nhà thiết kế bo mạch, được gọi là PCB Design, Test board. Các chuyên gia thiên về Embedded hardware sẽ thực hiện thiết kế và kiểm tra board mạch, cũng như phát triển PCB. Kiến thức chuyên ngành trong Embedded hardware bao gồm:

• Designer Schematic, bạn sẽ cần có kiến thức tốt về mảng điện tử.
• Thiết kế PCB: Allegro hoặc Altium.
• Sử dụng các dụng cụ, máy đo.
• Thực hiện review, đánh giá hoặc lựa chọn các linh kiện cho dự án.
• Kiến thức về các loại sửa mạch, hàn mạch.

Những kỹ năng cần có khi theo ngành lập trình nhúng

Học lập trình nhúng cần những kỹ năng gì?

Để trở thành một lập trình viên giỏi trong lĩnh vực lập trình nhúng, bạn cần học và sử dụng nhiều kỹ năng. Những kỹ năng này vừa giúp bạn học lập trình nhúng hiệu quả hơn, vừa là những yếu tố cần thiết mà các nhà tuyển dụng yêu cầu ở một lập trình viên giỏi. Dưới đây là những kỹ năng cần có khi theo ngành lập trình nhúng:

• Thành thạo ngôn ngữ lập trình C: Ngôn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất trong lập trình nhúng nhờ khả năng can thiệp sâu vào phần cứng, kiểm soát bộ nhớ và hiệu năng tối ưu. Việc nắm chắc C là nền tảng bắt buộc, bên cạnh khả năng sử dụng thêm C++ hoặc Python trong một số trường hợp.
• Kiến thức về cấu trúc dữ liệu, giải thuật và hệ điều hành Linux: Lập trình nhúng yêu cầu xử lý dữ liệu tối ưu trong môi trường tài nguyên hạn chế, vì vậy kiến thức về cấu trúc dữ liệu và thuật toán là cực kỳ quan trọng. Ngoài ra, nhiều hệ thống nhúng hiện nay chạy trên nền tảng Linux, nên bạn cần hiểu cách hoạt động của Linux Kernel, hệ thống file, tiến trình và driver.
• Kiến thức về điều khiển, vi xử lý, Timer, logic, ADC: Bạn cần hiểu nguyên lý hoạt động của vi xử lý, cơ chế điều khiển, các loại Timer, giao tiếp ADC/DAC, cũng như logic điện tử cơ bản để viết phần mềm tương thích phần cứng..
• Kiến thức về giao tiếp: Có kiến thức về các giao tiếp như SPI, I2C, UART (PS232) và JTAG là quan trọng trong việc liên kết và truyền thông giữa các thành phần nhúng.
• Trình độ tiếng Anh: Hầu hết tài liệu kỹ thuật, datasheet, và SDK của chip đều bằng tiếng Anh. Nếu không thể đọc hiểu tốt, bạn sẽ rất khó tiếp cận các công nghệ mới hoặc xử lý các vấn đề kỹ thuật phức tạp.
• Kỹ năng mềm: Ngoài kiến thức kỹ thuật, bạn cần có các kỹ năng mềm như sự tỉ mỉ, cẩn thận, khả năng phân tích, đa nhiệm và khả năng tổ chức công việc. 

Những khó khăn khi học lập trình nhúng

Khó khăn khi học lập trình nhúng

Dù là lĩnh vực đầy tiềm năng trong tương lai nhưng theo học lập trình nhúng bạn cần có tính kiên nhẫn, chịu khó và tìm đọc hiểu những tài liệu liên quan. Người học lập trình nhúng thường gặp phải những khó khăn như sau:

• Khối lượng kiến thức lớn, dễ nản: Không như lập trình thông thường, lập trình nhúng đòi hỏi cả phần kiến thức về phần cứng (Hardware) và phần mềm (Software). Bạn không chỉ cần biết viết code bằng C/C++, mà còn phải hiểu về vi điều khiển hoạt động như thế nào, cách kết nối và điều khiển thiết bị ngoại vi, logic điện tử, mạch điện, dòng điện, điện áp, xung nhịp,...

• Thiếu thiết bị thực hành: Khi học Embedded Hardware bạn cần thực hành trên các phần cứng để hiểu rõ hơn cấu trúc vi mạch. Tuy nhiên, việc đầu tư thiết bị thực hành (như board mạch STM32, Arduino, kit phát triển, cảm biến, nguồn điện, dây cắm, v.v...) lại không hề rẻ và dễ tiếp cận với người mới.

• Debug khó, mất thời gian tìm lỗi: Một trong những nỗi ám ảnh lớn nhất khi làm lập trình nhúng là debug. Lập trình nhúng thường không có giao diện, không có “log lỗi đầy đủ” vì thế bạn dễ bị mất phương hướng xử lý, không biết lỗi ở phần cứng hay phần mềm…

Học lập trình nhúng ở trường nào tốt nhất?

Hiện nay có nhiều trường đại học đào tạo chuyên sâu về ngành lập trình nhúng. Nếu bạn có mong muốn theo đuổi ngành học này thì tham khảo danh sách các trường sau. Đây đều là những trường có danh tiếng và có thâm niên đào tạo khối ngành công nghệ thông tin tốt nhất hiện nay:

• Đại học Bách Khoa Hà Nội: Khối tuyển sinh gồm A00, A01 với 2 chuyên ngành đào tạo chính như kỹ thuật máy tính, hệ khoa học máy tính.
• Học viện kỹ thuật quân sự: Chuyên ngành đào tạo chính gồm công nghệ thông tin, kỹ thuật phần mềm với khối tuyển sinh là A00 và A01.
• Đại học công nghệ - ĐHQGHN: Chuyên ngành đào tạo chính gồm công nghệ thông tin, hệ thống thông tin, công nghệ thông tin định hướng cho thị trường Nhật Bản, mạng máy tính & truyền thông dữ liệu.
• Đại học FPT: Chuyên ngành đào tạo chính gồm an toàn thông tin, kỹ thuật phần mềm, điện tử - truyền thông, khoa học máy tính. Khối tuyển sinh gồm A00, A01, D90, D00.

Kết luận

Trên đây, Devwork cũng đã cùng bạn tìm hiểu lập trình nhúng là gì và cơ hội nghề nghiệp trong tương lai của khối ngành này. Với những bước tiến nhanh chóng trong thời đại công nghệ số, lập trình nhúng là một trong những ngành học đầy tiềm năng và nhiều cơ hội trong tương lai. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết này.