Gömülü veya atanmış sistemler, mekanik ve/veya elektrik-elektronik daha büyük bir sistem içinde özel bir işlevi olan genellikle endüstriyel amaçlı, çoğunlukla real-time (gerçek zamanda) çalışan ancak bilgisayarlara göre daha kısıtlı amaca yönelik, kısıtlayıcı hesaplama özellikleri ve kontrol işlevleri ile donanmış bir mikro denetleyici / mikroişlemci kontrol sistemleridir. … Elektrik, elektronik, mekanik, mekatronik ve benzeri birçok mühendislik disiplinini ilgilendiren gömülü sistemler eğitimi K12 ve meslek liselerinden başlayan STEM (Science Technology Engineering and Mathematics – Fen Teknoloji Mühendislik ve Matematik) eğitimine paralel bir süreç olup, bu makale gençlere ve eğiticilere bu bağlamda bir yön vermek amacıyla hazırlanmıştır. Makalede Gömülü Sistemler, IoT (Internet of things – Nesnelerin interneti) STEM eğitiminde bu alandaki platformlarının yerine ait örnekler de paylaşılmıştır.
Gömülü teknolojiler ve yazılımların Türkiye üretim ve sanayisine etkisi
Gömülü teknolojilerin konvansiyonel bilgisayarlara göre çok daha geniş kullanım alanları bulunmaktadır. Gömülü teknolojiler alanında her gömülü sistemin başlangıçta tanımlanan tasarım kriterleri farklı olduğundan, tasarımı da kendine özgüdür. Bugün dünyada üretilen mikroişlemcilerin / mikro denetleyicilerin büyük çoğunluğu gömülü sistemlerde kullanılmaktadır. Genellikle 8 veya 16 bit mikro denetleyiciler yoğun olmakla beraber, 32 bitlik özellikle ARM tabanlı mikro denetleyiciler de düşen maliyetleri sonucu artık geniş kullanım alanı bulmaktadır. Gömülü teknolojiler alanının daha çok gömülü sanayi sistemleri ve cihazları alanında Türkiye’de ciddi bir kalkınma etkisi olacağı görülmektedir. Gömülü teknolojiler ve gömülü yazılımlar alanlarının Türkiye’nin kalkınması için en stratejik alanlardan biri olacağını öngörüsü yapılmakta ancak buna yönelik yoğun çalışmaları da olmadığı görülmektedir. Akıllı evler, akıllı otomobiller, akıllı sanayi cihazları ve benzeri gömülü teknolojiler alanında ve özellikle kuvvetli olduğumuz gömülü yazılımlar alanında Türkiye’nin ilerlemesine etkisi olacak bir stratejik plan olması ve buna yönelik yoğun alt yapı çalışmalarının ve eğitimin sağlanması gerektiği düşünülmektedir.
Türkiye gömülü teknolojiler ve yazılımlar konusunda ne durumda? Bu konuda yetişmiş uzmanlarımız var mı?
Günümüzde gömülü sistemler tüketici ürünleri, sanayi cihazları, otomotiv, tıp ve ticari-askeri uygulamaların çoğunda bulunmaktadır. Kontrol ettiği büyük sistemin karakteristiğine bağlı olarak gömülü sistemler mekanik-elektrik ve elektronik-dijital dönüştürücülere ve Sayısal Sinyal İşlemcilere (DSP: Digital Signal Processor) ihtiyaç duyarlar. Bu sebeple gömülü sistemler akademik olarak çok disiplinli bir alanı kapsar. 1980 ve 1990’larda elektronik ve bilgisayar eğitiminde Türkiye’de bir dönüşüm söz konusudur. Elektronik mühendisleri gömülü sistemlere ve gömülü yazılımlara ve bilgisayar mühendisleri de konvansiyonel yazılıma kaymaktadır. Bugün üniversitelerden mezun olan elektronik mühendislerinin gömülü sistemler konusunda çok hevesli olduğu gözükmekte ve gerçekten de çok ciddi tasarımlara da imza atıldığı bilinmektedir. Genellikle C++ yazılım dili ile gömülü yazılım geliştiren, mikro denetleyiciler, mikroişlemciler ve FPGA (Field Programmable Gate Array – Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri) sistemleri ile sayısal donanım tasarımı yapan mühendislerimiz aynı zamanda analog elektronik tasarımı DSP, mekatronik ve kontrol sistemlerinde de yetkinlik göstermektedir. Gömülü sistemlerde gerçek zamanlı işletim sistemleri kullanılır (RTOS – Real Time Operating Systems). Gömülü teknoloji alanında çalışan ve RTOS işletim sistemlerinde yazılım geliştiren mühendislerimizin toplumun büyük bir kısmının tahmin edemeyeceği kadar aslında başarılı ve bilgili olduğunu görülmektedir. Ayrıca dünyada olduğu gibi Türkiye’de de birçok üniversitede lisans ve yüksek lisans düzeyinde “gömülü sistemler mühendisliği” programları bulunmakta ve yeni mezun gençler çok daha bilgili ve yetkin olarak iş gücüne katılmaktadır.
Çizgi Tagem’ Gömülü Sistemler ve STEM eğitimi
Çizgi Tagem (Çizgi Teknoloji Araştırma Geliştirme ve Eğitim Merkezi) olarak öncelikle Texas Instruments, STMicroelectronics, Altera, Terasic, Xilinx ve Lemaker gibi bu alanda donanım ürünleri sağlayan üreticilerin eğitim ve tasarım geliştirme amaçlı ürünlerini Türkiye’ye sağlıyoruz. Yılda 4.000-5.000 öğrenci ve mühendis bu getirdiğimiz tasarım ve eğitim platformlarında gömülü teknolojiler ve yazılım üzerine çalışma imkanı buluyor. Kar amacı gütmeyen Çizgi Tagem aynı zamanda Texas Instruments, Altera ve Xilinx firmalarının çeşitli zamanlarda üniversiteler ve meslek yüksek okullarına sağladıkları hibe programlarını yönetiyor. Ayrıca mühendislik öğrencileri için hazırladığımız gömülü sistemler ve gömülü yazılımlar üzerine tamamen ücretsiz uzaktan eğitim ve sertifika programlarımız bulunmaktadır. Bu alanda çalışacak öğrenciler ve genç mühendisler için öncelikle İngilizce öğrenmeleri tavsiye edilmektedir. Elektronik, sayısal tasarım, mikro denetleyiciler, mikroişlemciler, FPGA sistemleri, C++, Java Python dilleri ile real time programming konusunda kendilerini yetiştirmeleri ve eğitim kurumlarında elde ettikleri bilgiler yanında internetten online eğitimler ile donanmaları öğütlenebilir. Gelişen M2M (Machine to Machine) teknolojileri ve yakınsama konsepti sayesinde günümüzde her cihazın internet ortamında bir IP ile yer aldığını görülmekte, günlük yaşamımızda ciddi bir dönüşüme ve devrimsel değişikliklere sebep olduğunu fark edilmektedir. Bütün bu gelişmeler hep birlikte bizi çeşitli haberleşme protokolleri sayesinde birbirleri ile haberleşen ve birbirine bağlanarak, bilgi paylaşarak akıllı bir ağ oluşturmuş cihazlar “Nesnelerin İnterneti” kavramını getirmektedir (Internet of Things). Haftanın hangi günlerinde ve ne kadar süt aldığınızı algılayan ve süt siparişlerinizi internet üzerinden kendisi veren buzdolapları artık bir fantezi değildir. Nesnelerin İnterneti konseptinde milyarın katları şeklinde artacağı söylenen gömülü sistemlerin topladığı bilgiyi işleyen kurum ve kuruluşlar Big Data kavramına yeni bir boyut kazandıracaktır. Google’un bize özgü ilgi alanlarımıza paralel reklamlarından öte, belki de şu an sosyal ağlarda yazdıklarımızı inceleyen güvenlik teşkilatları yanında, çok yakında nesnelerin interneti gömülü sistemlerin topladığı büyük verileri işleyen yazılımlar göreceğiz. Bu sebeple genç mühendislerin IoT ve Big Data konularında da bilgilenmeleri tavsiye edilmektedir.
STEM Eğitimi ve Gömülü Sistemler
STEM ya da Türkçe FeTeMM (Fen bilimleri, teknoloji, mühendislik ve matematik) olarak adlandırılan bu eğitim standardı, K12 okul düzeyinden başlamak üzere matematik ve fen bilimleri derslerinin bütünleştirilmesi olarak yaygınlaşmış olsa da mühendislik ve teknolojinin sınıf içi ve sınıf dışı etkinlikler ile öğretilmesi olarak da anlaşılmaktadır. Biz bu makalede özellikle elektrik, elektronik, bilgisayar ve mekatronik STEM eğitimini gömülü sistemler, mikro denetleyiciler ve programlama bağlamında ele aldık. Gençlere Scratch kullanarak programlamanın temellerinin öğretilebileceğini, basit kod satırları ile çizimler ve animasyonlar yapılabileceğini ve bunun K12 bilgisayar eğitiminde çok yararlı olacağını söylemeliyiz. Yine basit programlama kitleri, mekatronik hobi araçları ile bu alandaki çalışmayı özendirmenin çok kolay olduğunu düşünüyoruz. Günümüz STEM ve ileri mühendislik eğitiminde elektronik, sayısal devreler, mikro denetleyiciler ve bilgisayar mimarisi dersleri teorik anlatım yanında gömülü sistem deney setleri üzerinde örnekler ile verilmeye başlanmıştır. Gelişen teknoloji sonucu giderek karmaşık hale gelen ve soyutluk seviyesi artan bu eğitim alanında fiziksel veya sanal eğitim araçlarına ihtiyaç duyulması elbette kaçınılmazdır. Son birkaç yıldır bu eğitim kitlerine sadece hobi anlamında başlayan bireysel ilgi, STEM eğitimi süreçlerinde PBL (Project Based Learning – Proje bazlı eğitim) çalışmalarında ve kurumsal öğretici çalışmalarda da yoğunlaşmaktadır. Bu sebeple piyasada bulunan bu platformları incelemek ve K12’den başlayarak mühendislik eğitimine kadar “Hangi platform nerede kullanılabilir” veya “Nereden başlanabilir?” sorularına bir nebze olsun cevap vermek istedik. Piyasada bulunan platformlar için Türkiye’de Gömülü Sistemler alanında çalışma yapan çeşitli mühendisler, yazarlar, BLOG siteleri yöneticileri ve öğretim görevlilerinin, K12, Meslek Lisesi, MYO ve mühendislik eğitimi için başlangıç kodlama/programlamadan C++ veya daha ileri programlamaya kadar fikirlerini sorduk. Yine bu kişilere bu platformları Türkiye’den temini, kullanım kolaylığı, topluluk / üretici desteği ve Türkçe içerik açısından değerlendirmesi istedik. Değerlendirme yapılmasını istediğimiz son kriterler ise daha çok tasarım amaçlı simulatör desteği, hızlı tasarım geliştirme (rapid prototyping platform), ileri düzey tasarım geliştirme, IDE tümleşik geliştirme ortamı (Integrated development environment), kütüphane desteği ve analog ve nesnelerin interneti arayüz zenginliği ve geliştirme eklentileri konularındaydı.
STEM Eğitimi: Hangi Platform? (Büyük resim için tıklayınız)
Yandaki şekil aslında 3 boyutlu olarak bir koni olup üst kenar ve sağdaki kenar arkadan birleştirilerek düşünülmelidir. Tüm platformlar bu koniye konularak hangi alanda daha etkin oldukları ve STEM süreçlerinde ne durumda oldukları belirtilmek istenmiştir. Dünyanın karmaşıklığı ve eğitimde çoklu disiplin yaklaşımı artık gençlerin daha başarılı olabilmek için daha fazlasını bilmeye ve daha fazlasını yapabilmeye olan ihtiyacını gösteriyor. Dünyada ve Türkiye’de birçok yenilikçi eğitim kurumu kendi müfredatlarını STEM eğitim yaklaşımına paralel ele almaktadır. Günümüz yeni dünya ekonomisinde aranan yaratımcı yetenekleri, analitik, yenilikçi ve kritik düşünmeyi, problem çözme kabiliyetini ve karar verme yeteneğini, öğrenmenin kendisini öğrenmeyi, farkındalık yaratabilmeyi, modern iletişim ve dijital yeteneklerini, organizasyon kurabilme ve yönetebilmeyi, özellikle gömülü sistemler ve bilişim alanında çalışacak gençlere STEM müfredatı ile sağlanabileceği görüşünde olduğumuzu belirterek ve platformlar için yaptığımız araştırmanın faydalı olmasını dileriz.
Katkıda bulunanlar
- Arif Balık
- Çoşkun Taşdemir
- Dr. Ayhan İstanbullu
- Dr. Serkan Gürkan
- Fahri Yasin Ayas
- Sinan Kayabaşı
- Yasir Çiçek
