Lập trình nhúng là gì? Tự học lập trình nhúng bắt đầu từ đâu?

Lập trình nhúng là gì đang là thắc mắc của rất nhiều lập trình viên hiện nay. Tuy nhiên, hiện nay ngành này cũng đang là ngành hot bởi vì nhu cầu nhân lực hiện nay đang rất thiếu hụt. Vậy, Lập trình nhúng là gì và tự học lập trình nhúng online bắt đầu từ đâu? Theo dõi bài viết sau đây của CodeGym Hà Nội để có câu trả lời xác đáng nhất nhé!

Lập trình nhúng là gì?

 Lập trình nhúng là một thuật ngữ trong hệ  lập trình nó dùng để mô tả một hệ thống có khả năng tự trị, nó được nhúng lại với nhau trong một môi trường hay một hệ thống mẹ nào đó. Nó là  một hoặc các hệ thống tích hợp cả phần cứng và phần mềm.

 Mục đích chủ yếu của lập trình nhúng là để phục vụ các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiển, truyền tin,… Hệ thống nhúng thường dùng để thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên trách, riêng biệt nào đó.

 Vì lập trình này chỉ được xây dựng cho một số nhiệm vụ nhất định nên các người tạo lập có thể tối ưu hóa nó nhằm tối thiểu kích thước và chi phí. Hệ thống nhúng rất đa dạng, phong phú về chủng loại.

Các thành phần cơ bản trong một hệ thống nhúng gồm có:

• ROM: Chứa chương trình, các dữ liệu được fix hoặc các constant data. Hiện nay, đa số các hệ thống đều sử dụng EEPROM hoặc FLASH để thay cho ROM bởi chúng có khả năng ghi xóa, update chương trình mới.
• RAM: Lưu chương trình thực thi và các biến tạm.
• MCU: Là bộ xử lý tính toán trung tâm.
• Ngoài ra còn có các ngoại vi như ADC, DAC, các khối giao tiếp UART, I2C,…

Lập trình nhúng – embedded system là thuật ngữ chỉ hệ thống có khả năng tự trị và chúng được nhúng trong 1 hệ thống mẹ hoặc 1 môi trường nào đó. Hệ thống này bao gồm cả phần cứng, mềm để giải quyết các bài toán tự động hóa, truyền tin,… trong nhiều lĩnh vực với chức năng được thiết kế riêng biệt.

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

 Trở thành một lập trình nhúng, không đơn giản chỉ là việc bạn đi ‘code thuê‘ theo yêu cầu mà đòi hỏi một sự vận dụng các kiến thức cũng như hiểu biết của bản thân trong lĩnh vực mà mình theo đuổi . Và tất cả những thứ một lập trình nhúng cần học không đơn giản chỉ là các kiến thức chuyên môn mà bạn được đào tạo thông qua trường lớp , để trở thành một lập trình nhúng có đủ khả năng là việc thì những điều mà bạn cần học còn nhiều hơn thế.

Dưới đây là một số kỹ năng cần thiết mà bất cứ nhân viên lập trình nhúng nào cũng cần có:

1. Bổ sung kiến thức và học về hệ điều hành linux, hay nói cách khác là bạn cần cài thêm một hệ điều hành linux mà mình thích rồi học nó. 
2. Học về shell script và command line có trên linux. 
3. Tìm hiểu kiến thức về cách boot hệ thống, load firmware và cách debug để sửa cũng như vá lỗi. 
4. Biết cách build về hệ thống nhúng theo cách tốt nhất và thực hành thường xuyên về hệ điều hành ở trên một board. 
5. Viết device driver để có thể giao tiếp với các ngoại vi. 
6. Trực tiếp phát triển ứng dụng

Những kiến thức cần có của lập trình viên lập trình nhúng

 Để bắt đầu một công việc nào đó ta cần có nền tảng và những bước đệm đầu tiên. Ngành lập trình cũng vậy về viết được ‘code’ hay chạy được ‘code’ thì ta cũng cần hiểu những câu lệnh. Và việc bắt đầu làm lập trình nhúng ta cũng cần có những kiến thức cơ bản , những yếu tố bắt buộc để khởi đầu cho một chặng đường. Tiến bước vào con đường làm lập trình nhúng ta cần có 6 yêu cầu cơ bản như sau :

1. Bạn cần học lập trình C đến mức chuyên gia để có thể làm việc với hệ thống nhúng suôn sẻ hơn. 
2. Trau dồi kỹ năng tiếng anh để đọc được các tài liệu chuyên ngành, nhất là datasheet. 
3. Nẵm rõ các kiến thức về điện tử cũng như các kiến thức về vi điều khiển, ADC, kiến thức logic, TIMER, INTERRUPT,… 
4. Hiểu rõ về hệ điều hành như: kiến trúc của hệ điều hành, kiến trúc chính xác của máy tính và nhất là hệ điều hành linux. 
5. Nắm rõ mọi cấu trúc của dữ liệu và giải thuật để bản thân trở thành chuyên gia phần cứng, hiểu rõ code làm code chính xác. 
6. Học hỏi bổ sung kiến thức về các hệ điều hành thời gian thực. 

Đây chính là những kiến thức sơ khai bạn bắt buộc cần phải nắm rõ, hiểu biết nhất định về chúng để ta có thế bước xa hơn trong con đường làm lập trình nhúng của mình.

>>>Xem thêm: Tìm hiểu về lập trình C cho người mới bắt đầu học code

Kiến thức chuyên ngành bắt buộc

 Embedded software

 Bạn cần chú tâm học về lập trình ứng dụng C++, java, lập trình device driver, biết lập trình web, lập trình android, nắm rõ về python, perl trong lập trình, cần học tập về cấu trúc dữ liệu cũng như cách xây dựng môi trường. 

Embedded hardware

  Học cách thiết kế PCB, xây dựng kiến thức điện tử thật tốt, biết cách test board, biết cách đánh giá review cũng như đánh giá để lựa chọn linh kiện cho dự án, chú ý sử dụng các loại dụng cụ máy đo, biết cách hàn mạch, sửa mạch,… 

Các ứng dụng của lập trình nhúng là gì

Hệ thống định vị toàn cầu, vệ tinh, dẫn đường trong không lưu 

• Thiết bị kết nối mạng như Gateway, Hub, Router,… 
• Thiết bị y tế: Máy điều hòa nhịp tim, máy thẩm thấu,… 
• Thiết bị văn phòng như máy in, scan, fax, photocopy,… 
• Thiết bị gia dụng như lò nướng, vi sóng, tủ lạnh,… 
• Máy trả lời tự động, dây chuyền sản xuất tự động trong robots, công nghiệp,…

Lập trình nhúng có những đặc điểm gì?

  Hệ thống nhúng là một trong những hệ thống chuyên dụng với khả  năng tự hành và thực hiện các thiết kế thích hợp vào một hệ thống lớn hơn. Từ đó, thực hiện được mọi chức năng chuyên biệt mà không đóng vai trò như một hệ thống máy tính đa chức năng. 

  Thông thường, hệ thống nhúng thường không phải là khối riêng biệt mà là một trong những hệ thống phức tạp nằm trong những thiết bị chính nó điều khiển. Nó sẽ bao gồm các thiết bị phần cứng và phần mềm nên hầu hết bạn đều phải thỏa mãn yêu cầu hoạt động này trong khoảng thời gian thực. 

  Dựa vào yêu cầu và tính chất thì một số hệ thống sẽ đòi hỏi có sự ràng buộc về tính hoạt động của thời gian thực để đảm bảo độ an toàn cũng như tính ứng dụng. Các hệ thống này thường không ràng buộc hoặc đòi hỏi phải chặt chẽ cũng như cho phép người sử dụng có thể đơn giản hóa d cho hệ thống phần cứng. Từ đó, giảm thiểu mọi chi phí liên quan đến sản xuất. 

  Bởi vì có tính chất chuyên biệt nên hệ thống nhúng thường được sản xuất với số lượng lớn. Bởi vậy, các yêu cầu chúng phải được tối ưu hóa để giảm kích thước và chi phí sản xuất cũng được hình thành. Một trong những yêu cầu này đã mang đến nhiều điểm khác biệt trong lĩnh vực viết phần mềm cho các hệ thống nhúng so với một số phần mềm thông thường khác. 

Lộ trình học lập trình cơ bản

  Khi học bất cứ thứ gì, tất nhiên bạn phải bắt đầu từ những việc dễ, ít chuyên môn nhất trước. Đối với việc xây nhà, quét vôi và phết sơn nhẹ nhàng hơn nhiều so với việc đặt từng viên gạch. Đối với thiết kế website, xây dựng phần giao diện bên ngoài thì dễ dàng hơn là cơ sở hạ tầng bên trong.

  Vì thế, quá trình học lập trình nhìn chung sẽ phải đi từ front-end (phần nhìn) cho tới back-end (phần kỹ thuật).

  Đây là một lộ trình chung cho tất cả mọi loại lập trình viên, đi từ dễ đến khó, chứ không phải là con đường bắt buộc tất cả phải bước đi. Giai đoạn quan trọng nhất khó có thể bỏ qua chính là giai đoạn 1, thời điểm mà bạn có thể bắt đầu đi xin việc trong các công ty CNTT,… Bạn không cần phải đi tiếp những giai đoạn khác của lộ trình này mới có thể sống an yên được với nghề.

Giai đoạn 1: Lập trình front-end cơ bản

1. HTML và CSS

  HTML và CSS là ngôn ngữ lập trình hiển thị của một website, quy định website đó hiển thị ra sao. Chúng là thành phần cơ bản nhất của một website, cũng là ngôn ngữ lập trình dễ học và sử dụng nhất. HTML/CSS có những thẻ (tag) đơn giản, có ý nghĩa và cách vận hành dễ hình dung, dễ nắm bắt. Bạn có thể dễ dàng di chuyển, sắp xếp các thành phần hiển thị của website như banner, logo, textbox… bằng các câu lệnh ngắn, khi chỉnh sửa có thể quan sát các thay đổi ngay tức khắc.

    Nhìn chung, HTML/CSS chỉ tốn của bạn khoảng 2 tháng tự học hỏi và thực hành. Nếu bạn có năng khiếu và tư duy lập trình, có thể bạn chỉ mất 1 tháng để hoàn thành phần này.

2. Javascript (plugin)

  Môn thứ 2 bạn cần học để có thể trở thành front-end developer cơ bản và bắt đầu đi làm chính là Javascript. Nhưng, như đã đề cập trong ví dụ ở trên, Javascript rất bao la và phức tạp. Thứ bạn thực sự cần học chính là cách viết nên và sử dụng những plugin Javascript.

  Có rất nhiều tài liệu hướng dẫn chi tiết và cặn kẽ về plugin Javascript. Nhưng học lập trình, lý thuyết phải đi đôi với thực hành. Và một bài tập thực hành đi kèm với lý thuyết trong quá trình này chính là: hãy tạo ra một bản sao của những trang web mà bạn thích.

  Sau khi nắm được HTML/CSS và phần cơ bản của plugin Javascript, bạn nên tập thiết kế những website giống hệt với những trang đã có sẵn. Những website như vậy là những phiên bản hoàn thiện cho những chức năng của HTML/CSS và Javascript mà bạn đang học. Vì vậy bạn cần phải bắt chước sao cho giống nhất, tạo ra những giao diện và chức năng càng giống với bản gốc càng tốt.

  Việc làm chủ plugin Javascript này có thể ngốn của bạn khoảng 3-6 tháng. Cộng thêm phần HTML/CSS ở trên nữa, để có đủ kiến thức và năng lực đi xin việc IT, bạn sẽ mất khoảng 4-6 tháng tự học lập trình từ đầu tại nhà.

  Đây không phải là một khoảng thời gian quá dài đủ để bạn thấy nản chí và chùn bước. Và cơ hội công việc của bạn cũng rất sáng sủa. Hầu hết các công ty CNTT từ lớn đến bé đầu cần nhân lực trong khâu thiết kế front-end. Các công ty trong lĩnh vực khác cũng cần thuê người tạo, chỉnh sửa hoặc nâng cấp giao diện website, vì vậy nhu cầu cho front-end developer là không hề ít.

Ngoài ra, còn có một thị trường cực kỳ béo bở nữa dành cho các bạn, đó chính là việc gia công front-end cho các công ty Nhật Bản. Các công ty Nhật thuê rất nhiều nhân lực Việt Nam để gia công, chỉnh sửa phần hiển thị cho các website của họ rất nhiều. Và mỗi một đơn hàng như vậy, tùy thuộc vào quy mô và khối lượng công việc, có thể đem về cho công ty bạn trên dưới cả trăm triệu.

  Nói tóm lại, là một front-end developer, bạn hoàn toàn có thể tìm được một vị trí trong công ty CNTT với mức lương ổn định. Nếu làm việc hiệu quả lâu dài bạn có thể được nâng lên tới 20 triệu đồng/tháng.

Tham khảo: Khóa học lập trình ngôn ngữ javascript

Giai đoạn 2: Học chuyên sâu front-end

  Sau khi trở thành một front-end developer cơ bản và một vị trí tốt trong công ty, bạn có thể tiếp tục trau dồi kiến thức để hoàn thành tốt công việc được giao. Hoặc bạn cũng có thể học chuyên sâu thêm về các nhánh khác của lập trình front-end hay rẻ nhánh sang lập trình cơ sở hạ tầng kỹ thuật như một lập trình viên back-end.

  Sau khi làm chủ các kỹ thuật thiết kế plugin Javascript cơ bản, bạn có thể đi sâu hơn nữa và tạo ra những plugin tùy chỉnh chỉ riêng bạn mới làm được. Một số yêu cầu nhất định từ khách hàng mà chỉ có plugin tùy chỉnh của bạn mới có, nhờ vậy có thể giảm bớt cạnh tranh với các đối thủ khác. Ngoài ra, chúng cũng tạo cho bạn một thương hiệu cá nhân, cho phép bạn bán plugin của mình với giá cao hơn.

  Javascript framework là những cái khung được làm sẵn giúp lập trình viên hoàn thành công việc nhanh hơn, dễ dàng hơn. Đặc biệt, có những framework về front-end nhưng có ứng dụng các tính năng từ back-end, cung cấp cho bạn công cụ mạnh mẽ để nâng cấp cả giao diện lẫn trải nghiệm người dùng (user experience).

  Một số Javascript framework phổ biến bạn có thể học chính là Angular, React hay Vue, v.v… Bạn có thể tự học thêm những framework này để có nhiều kiến thức hơn một front-end developer thông thường và có thể đảm nhận được những nhiệm vụ cao cấp, thử thách hơn trong công việc.

Giai đoạn 3: Chuyển hướng sang lập trình back-end

  Xin nhắc lại, bạn hoàn toàn có thể ngưng lại sau khi hết giai đoạn một và tiếp tục trau dồi kiến thức của một front-end developer mà vẫn có thu nhập ổn định. Có thể hoàn thành tốt mọi công việc được giao và kiếm sống bằng nghề là đủ để chứng tỏ bạn là một lập trình viên “tay ngang” giỏi. Cố gắng đi sâu đến tận back-end không chứng minh thêm được gì mà đôi khi còn hao tốn rất nhiều thời gian và công sức của bạn.

  Tuy nhiên, nếu bạn thực sự có hứng thú với cơ sở hạ tầng kỹ thuật của một website nói riêng và những gì cơ bản nhất của lập trình nói chung, thì bạn có thể chuyển hướng sang học lập trình back-end.

3. Lập trình back-end với một CMS

  Việc đầu tiên bạn có thể làm là học sử dụng một CMS nào đó. CMS (content management system) là hệ thống quản trị nội dung dùng để thiết kế và quản lý nội dung của một website nào đó. CMS phổ biến nhất hiện nay chính là WordPress, và việc học về WordPress thôi cũng có thể giúp bạn hái ra tiền.

  Người ta thường nghĩ những CMS mã nguồn mở như WordPress chỉ dùng để làm các website cá nhân, website giới thiệu hay website bán hàng nhỏ lẻ. Tuy nhiên, bạn hoàn toàn có thể dùng để xây dựng các hệ thống website đồ sộ, quy mô hơn nhiều. Không mấy người có thể khai thác hết tiềm năng của WordPress hay các CMS, nếu bạn là một trong số đó, hộp thư của bạn sẽ tràn ngập email đặt hàng.

  Ngoài ra, việc học WordPress giúp bạn có thể thiết kế những giao diện (theme) WordPress độc đáo và hấp dẫn. Sau đó, bạn có thể bán chúng trên những chợ giao diện nổi tiếng quốc tế như Envato hay Themeforest… Theme càng đẹp, càng hợp trend hoặc phù hợp với mục đích sử dụng của khách hàng thì càng bán được giá cao.

  Một ưu điểm nữa là bạn cần học ngôn ngữ lập trình PHP. Nhưng vì không phải đang xây dựng hệ thống gì nên bạn cũng chỉ cần biết những kiến thức cơ bản của PHP liên quan WordPress mà thôi.

4. Lập trình full-stack bằng những ngôn ngữ lập trình

  Đây hẳn là lựa chọn khác so với những giai đoạn trên của lộ trình học lập trình. Bạn sẽ trở thành một full-stack developer (gọi nôm na là lập trình viên cái gì cũng biết ) bằng cách học thêm các ngôn ngữ lập trình  như: Javascript, Java, PHP, hay Python, v.v…

  Dễ hình dung hơn là giờ đây, không chỉ front-end mà cả lập trình backend một cách chuyên sâu bạn đều có thể xử lý một cách dễ dàng và mượt mà. nhờ vậy bạn có thể tự tin đảm nhận mọi công việc mọi trách nhiệm lớn của khách hàng và công ty giao phó, từ việc bạn xử lý các yêu cầu của khách hàng.

 Khi có trục trặc xảy ra, việc làm chủ cả front-end lẫn back-end cho bạn khả năng nhận biết và gỡ lỗi một cách nhanh chóng và chính xác hơn.

  Không phải dễ dàng để học lập trình back-end hoàn chỉnh.Những đồng nghiệp và tiền bố trong công ty là nguồn kiến thức dồi dào nhất cho bạn học hỏi và có những bước tiến trong vị trí làm việc của mình . 

Bạn cần nhiều sự tự tin và gan dạ để đề xuất mình vào những vị trí trọng yếu trong một đồ án hay một dự án nào đó để thành lập vị trí của mình. Nhờ chuyên viên chỉ bảo là con đường ngắn nhất và hay nhất để có những bước tiến rõ hơn trên con đường sự nghiệp của mình nói chung và con đường học lập trình backend nói riêng.

  Bằng thực hành và sự cố gắng không ngừng nghỉ của mình, bạn sẽ có thể am hiểu lập trình back-end trong một tương lai gần và trở thành một lập trình viên full-stack có thể làm được nhiều thứ.

Học lập trình nhúng bắt đầu từ đâu?

  Dưới đây là lộ trình học tập của một lập trình viên nhúng mà bạn cần phải vượt qua: 

Thứ 1: Bổ sung kiến thức và học về hệ điều hành linux. Nói cách khác là bạn cần cài thêm một hệ điều hành linux mà mình thích rồi học nó. 

Thứ 2: Học về shell script và command line có trên linux. 

Thứ 3: Tìm hiểu kiến thức về cách boot hệ thống, load firmware và cách debug để sửa cũng như vá lỗi. 

Thứ 4: Biết cách build về hệ thống nhúng theo cách tốt nhất và thực hành thường xuyên về hệ điều hành ở trên một board. 

Thứ 5: Viết device driver để có thể giao tiếp với các ngoại vi. 

Thứ 6: Trực tiếp phát triển ứng dụng

Lời kết

Khi đã đọc đến đây chắc chắn bạn đã hình dung ra được lập trình nhúng là gì cũng như học lập trình nhúng bắt đầu từ đâu rồi phải không nào? Hy vọng, với những kiến thức mà chúng tôi chia sẻ ở phía trên sẽ phần nào giúp bạn ứng dụng và học hỏi về hệ thống nhúng một cách dễ dàng hơn.

Liên quan:

• [2022] Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C cùng CodeGym Hà Nội
• Tổng hợp lộ trình học lập trình cho người mới bắt đầu