النظام المدمج

يمكن تتبع أصول المعالج الدقيق ووحدة التحكم الدقيقة إلى الدائرة المتكاملة MOS ، وهي شريحة دائرة متكاملة مصنوعة من ترانزستورات MOSFET ( ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة )، وقد طُوّرت في أوائل الستينيات. وبحلول عام 1964، وصلت شرائح MOS إلى كثافة ترانزستورات أعلى وتكاليف تصنيع أقل من الشرائح ثنائية القطب . كما ازدادت تعقيد شرائح MOS بمعدل تنبأ به قانون مور ، مما أدى إلى التكامل واسع النطاق (LSI) الذي يضم مئات الترانزستورات على شريحة MOS واحدة بحلول أواخر الستينيات. وكان تطبيق شرائح MOS LSI في الحوسبة أساسًا لأولى المعالجات الدقيقة، حيث بدأ المهندسون يدركون إمكانية احتواء نظام معالج حاسوبي كامل على عدة شرائح MOS LSI. ^{[ 5 ]}

طُوِّرت أولى المعالجات الدقيقة متعددة الرقاقات، وهما Four-Phase Systems AL1 عام 1969 و Garrett AiResearch MP944 عام 1970، باستخدام رقاقات MOS LSI متعددة. أما أول معالج دقيق أحادي الرقاقة فكان Intel 4004 ، الذي طُرِح عام 1971. وقد طوّره فيديريكو فاجين ، باستخدام تقنية MOS ذات البوابة السيليكونية ، بالتعاون مع مهندسي إنتل مارسيان هوف وستان مازور ، ومهندس Busicom ماساتوشي شيما . ^{[ 6 ]}

كان حاسوب توجيه أبولو أحد أوائل الأنظمة المدمجة الحديثة المعروفة ، ^{[ 7 ]} الذي طوره تشارلز ستارك دريبر في مختبر الأجهزة التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حوالي عام 1965. عند بدء المشروع، اعتُبر حاسوب توجيه أبولو العنصر الأكثر خطورة فيه، إذ استخدم الدوائر المتكاملة أحادية البنية التي طُوّرت حديثًا آنذاك لتقليل حجمه ووزنه.

كان نظام التوجيه Autonetics D-17 الخاص بصاروخ Minuteman ، والذي تم إصداره في عام 1961، من أوائل الأنظمة المدمجة التي تم إنتاجها بكميات كبيرة. وعندما بدأ إنتاج Minuteman II في عام 1966، تم استبدال D-17 بجهاز كمبيوتر جديد يمثل أول استخدام واسع النطاق للدوائر المتكاملة.

منذ ظهور هذه التطبيقات المبكرة في ستينيات القرن الماضي، انخفضت أسعار الأنظمة المدمجة، وشهدت قدراتها ووظائفها تطورًا هائلًا. صُمم معالج Intel 4004 (الذي صدر عام 1971)، وهو أحد أوائل المعالجات الدقيقة، للآلات الحاسبة وغيرها من الأنظمة الصغيرة، ولكنه كان لا يزال يتطلب ذاكرة خارجية ورقائق دعم. وبحلول أوائل ثمانينيات القرن الماضي، دُمجت مكونات الذاكرة والإدخال والإخراج في نفس شريحة المعالج، لتُشكل وحدة تحكم دقيقة. تُستخدم وحدات التحكم الدقيقة في التطبيقات التي يكون فيها الحاسوب متعدد الأغراض مكلفًا للغاية. ومع انخفاض تكلفة المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة، ازداد انتشار الأنظمة المدمجة.

يمكن برمجة متحكم دقيق منخفض التكلفة نسبيًا ليؤدي نفس وظيفة عدد كبير من المكونات المنفصلة. بفضل المتحكمات الدقيقة، أصبح من الممكن استبدال المكونات التناظرية باهظة الثمن، مثل مقاييس الجهد والمكثفات المتغيرة ، حتى في المنتجات الاستهلاكية، بأزرار أو مقابض تحكم يقرأها المعالج الدقيق. على الرغم من أن النظام المدمج في هذا السياق عادةً ما يكون أكثر تعقيدًا من الحلول التقليدية، إلا أن معظم هذا التعقيد يكمن في المتحكم الدقيق نفسه. قد لا يتطلب الأمر سوى عدد قليل جدًا من المكونات الإضافية، ويتركز معظم جهد التصميم في البرمجيات. يمكن أن يكون تصميم واختبار نموذج البرمجيات أسرع مقارنةً بتصميم وبناء دائرة جديدة لا تستخدم معالجًا مدمجًا.

تتراوح الأنظمة المدمجة بين أنظمة خالية تمامًا من واجهة المستخدم ، مخصصة لمهمة واحدة، وأنظمة ذات واجهات مستخدم رسومية معقدة تُحاكي أنظمة تشغيل أجهزة الكمبيوتر المكتبية الحديثة. تستخدم الأجهزة المدمجة البسيطة أزرارًا ، وثنائيات باعثة للضوء (LED)، وشاشات عرض بلورية سائلة (LCD) رسومية أو نصية مع نظام قوائم بسيط . أما الأجهزة الأكثر تطورًا، التي تستخدم شاشة رسومية مزودة بخاصية اللمس أو مفاتيح برمجية على حافة الشاشة، فتُوفر مرونة مع تقليل المساحة المُستخدمة: إذ يُمكن تغيير وظيفة الأزرار بتغير الشاشة، ويعتمد الاختيار على حركة المؤشر الطبيعية نحو العنصر المطلوب.

تُتيح بعض الأنظمة إمكانية الوصول إلى واجهة المستخدم عن بُعد عبر اتصال تسلسلي (مثل RS-232 ) أو اتصال شبكي (مثل إيثرنت ). يُوسّع هذا الأسلوب إمكانيات النظام المُدمج، ويُغني عن تكلفة الشاشة، ويُبسّط حزمة دعم اللوحة (BSP)، ويُمكّن المصممين من إنشاء واجهة مستخدم غنية على الحاسوب. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك دمج خادم HTTP مُدمج يعمل على جهاز مُدمج (مثل كاميرا IP أو موجّه شبكة ). تُعرض واجهة المستخدم في متصفح ويب على حاسوب متصل بالجهاز.

من أمثلة خصائص الحواسيب المدمجة النموذجية، مقارنةً بنظيراتها ذات الأغراض العامة، انخفاض استهلاك الطاقة، وصغر الحجم، ونطاقات التشغيل المتينة، وانخفاض تكلفة الوحدة. ويأتي ذلك على حساب محدودية موارد المعالجة.

تم تطوير العديد من وحدات التحكم الدقيقة لاستخدامها في الأنظمة المدمجة. كما تُستخدم المعالجات الدقيقة للأغراض العامة في الأنظمة المدمجة، ولكنها تتطلب عمومًا دوائر دعم أكثر من وحدات التحكم الدقيقة.

تتواصل الأنظمة المدمجة مع العالم الخارجي عبر الأجهزة الطرفية ، مثل:

• واجهات الاتصال التسلسلي (SCI): RS-232 ، RS-422 ، RS-485 ، إلخ.
• واجهة تسلسلية متزامنة : I2C و SPI و SSC و ESSI (واجهة تسلسلية متزامنة محسنة)
• ناقل التسلسل العالمي (USB)
• بطاقات الوسائط ( بطاقات SD ، وبطاقات CompactFlash ، وما إلى ذلك)
• وحدة تحكم واجهة الشبكة : إيثرنت ، واي فاي ، إلخ.
• ناقلات البيانات الميدانية : ناقل CAN ، ناقل LIN ، ناقل PROFIBUS ، إلخ.
• المؤقتات: حلقات القفل الطوري ، مؤقتات الفاصل الزمني القابلة للبرمجة
• مدخلات/مخرجات للأغراض العامة (GPIO)
• محولات تناظرية إلى رقمية ومحولات رقمية إلى تناظرية
• تصحيح الأخطاء: JTAG ، البرمجة داخل النظام ، منفذ واجهة وضع تصحيح الأخطاء في الخلفية ، BITP، ومنافذ DB9.

كما هو الحال مع البرامج الأخرى، يستخدم مصممو الأنظمة المدمجة المترجمات والمجمعات وأدوات تصحيح الأخطاء لتطوير برامج الأنظمة المدمجة. ومع ذلك، قد يستخدمون أيضًا أدوات أكثر تخصصًا:

• في أجهزة تصحيح الأخطاء أو المحاكيات (انظر القسم التالي ).
• أدوات لإضافة مجموع اختباري أو CRC إلى برنامج، حتى يتمكن النظام المدمج من التحقق مما إذا كان البرنامج صالحًا.
• بالنسبة للأنظمة التي تستخدم معالجة الإشارات الرقمية ، قد يستخدم المطورون دفتر ملاحظات حسابي لمحاكاة العمليات الرياضية.
• تساعد أدوات نمذجة ومحاكاة الأنظمة المصممين على بناء نماذج محاكاة لنظام يتضمن مكونات مادية مثل المعالجات، والذاكرة ، ووحدات الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) ، والواجهات ، والحافلات، بالإضافة إلى عرض سلوك البرمجيات على شكل مخطط حالة أو مخطط تدفق باستخدام وحدات مكتبة قابلة للتكوين. تُجرى المحاكاة لاختيار المكونات المناسبة من خلال إجراء مفاضلات بين استهلاك الطاقة والأداء، وتحليل الموثوقية، وتحليل الاختناقات. تشمل التقارير النموذجية التي تساعد المصمم في اتخاذ قرارات معمارية: زمن استجابة التطبيق، وإنتاجية الجهاز، واستخدام الجهاز، واستهلاك الطاقة للنظام ككل، بالإضافة إلى استهلاك الطاقة على مستوى كل جهاز.
• تقوم أداة التطوير القائمة على النموذج بإنشاء ومحاكاة تدفق البيانات الرسومي ومخططات حالة UML للمكونات مثل المرشحات الرقمية ووحدات التحكم في المحركات وفك تشفير بروتوكول الاتصال والمهام متعددة المعدلات.
• يمكن استخدام المترجمات والروابط المخصصة لتحسين أداء الأجهزة المتخصصة.
• قد يحتوي النظام المدمج على لغة خاصة به أو أداة تصميم خاصة به، أو قد يضيف تحسينات إلى لغة موجودة مثل Forth أو Basic .
• ثمة بديل آخر وهو إضافة نظام تشغيل في الوقت الحقيقي أو نظام تشغيل مضمن
• تعتمد أدوات النمذجة وتوليد التعليمات البرمجية غالبًا على آلات الحالة.

يمكن أن تأتي أدوات البرمجيات من مصادر متعددة:

• شركات البرمجيات المتخصصة في سوق الأنظمة المدمجة
• تم نقلها من أدوات تطوير البرمجيات GNU
• في بعض الأحيان، يمكن استخدام أدوات التطوير الخاصة بالحاسوب الشخصي إذا كان المعالج المدمج قريبًا من معالج الحاسوب الشخصي الشائع.

غالبًا ما تتطلب البرمجيات المدمجة مجموعة متنوعة من أدوات التطوير، بما في ذلك لغات البرمجة مثل C++ و Rust و Python ، وأطر عمل مثل Qt للواجهات الرسومية. تُمكّن هذه الأدوات المطورين من إنشاء تطبيقات فعّالة وقابلة للتوسع وغنية بالميزات، مصممة خصيصًا لتلبية متطلبات الأنظمة المدمجة. ويعتمد اختيار الأدوات على عوامل مثل الأداء في الوقت الفعلي، والتكامل مع الأجهزة، وكفاءة استهلاك الطاقة.

مع ازدياد تعقيد الأنظمة المدمجة، تنتقل الأدوات وأنظمة التشغيل عالية المستوى إلى الآلات حيثما يكون ذلك مناسبًا. على سبيل المثال، غالبًا ما تحتاج الهواتف المحمولة والمساعدات الرقمية الشخصية وأجهزة الكمبيوتر الاستهلاكية الأخرى إلى برامج كبيرة يتم شراؤها أو توفيرها من قِبل جهة خارجية غير الشركة المصنعة للأجهزة الإلكترونية. في هذه الأنظمة، تُعد بيئة برمجة مفتوحة المصدر مثل لينكس، أو نت بي إس دي ، أو فري بي إس دي ، أو أو إس جي آي، أو جافا المدمجة ضرورية لتمكين مزود البرامج الخارجي من البيع لسوق واسعة.

تدعم أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي غالبًا تتبع أحداث نظام التشغيل. ويتم عرض عرض رسومي بواسطة أداة على جهاز الكمبيوتر المضيف، استنادًا إلى تسجيل سلوك النظام. ويمكن إجراء تسجيل التتبع برمجيًا، بواسطة نظام التشغيل في الوقت الحقيقي، أو بواسطة أجهزة تتبع خاصة. يتيح تتبع نظام التشغيل في الوقت الحقيقي للمطورين فهم مشكلات التوقيت والأداء لنظام البرمجيات، ويوفر فهمًا جيدًا لسلوكيات النظام على مستوى عالٍ. ويمكن تحقيق تسجيل التتبع في الأنظمة المدمجة باستخدام حلول برمجية أو أجهزة. لا يتطلب تسجيل التتبع البرمجي أجهزة تصحيح أخطاء متخصصة، ويمكن استخدامه لتسجيل التتبعات في الأجهزة المستخدمة، ولكنه قد يؤثر على استخدام وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي. ^{[ 14 ]} ومن الأمثلة على أساليب التتبع البرمجية المستخدمة في بيئات أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي استخدام وحدات ماكرو فارغة يستدعيها نظام التشغيل في مواقع استراتيجية في الكود، ويمكن تنفيذها لتكون بمثابة نقاط ربط .

غالباً ما توجد الأنظمة المدمجة في أجهزة يُتوقع منها العمل باستمرار لسنوات دون أخطاء، وفي بعض الحالات، استعادة وظائفها تلقائياً في حال حدوث خطأ. لذلك، عادةً ما يتم تطوير واختبار البرامج بعناية أكبر من تلك المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية، ويتم تجنب استخدام الأجزاء الميكانيكية المتحركة غير الموثوقة مثل محركات الأقراص والمفاتيح والأزرار.

قد تشمل مشكلات الموثوقية المحددة ما يلي:

• لا يمكن إيقاف تشغيل النظام بأمان لإجراء الإصلاحات، أو أنه يصعب الوصول إليه للغاية بحيث يتعذر إصلاحه. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة الفضاء، والكابلات البحرية، ومنارات الملاحة، وأنظمة الآبار، والسيارات.
• يجب إبقاء النظام قيد التشغيل لأسباب تتعلق بالسلامة. قد يكون انخفاض الأداء في حالة حدوث عطل أمرًا غير مقبول. غالبًا ما يختار المشغل أنظمة احتياطية. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة الملاحة الجوية، وأنظمة التحكم في المفاعلات، وأنظمة التحكم في المصانع الكيميائية الحساسة للسلامة، وإشارات القطارات.
• سيخسر النظام مبالغ طائلة من المال عند إغلاقه: مقاسم الهاتف، وأجهزة التحكم في المصانع، وأجهزة التحكم في الجسور والمصاعد، وتحويل الأموال وصناعة السوق، والمبيعات والخدمات الآلية.

تُستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات، وأحيانًا بشكل مشترك، للتعافي من الأخطاء - سواء كانت أخطاء برمجية مثل تسرب الذاكرة ، أو أخطاء برمجية في الأجهزة:

• مؤقت مراقبة يقوم بإعادة ضبط النظام وإعادة تشغيله ما لم يقم البرنامج بإخطار أنظمة المراقبة الفرعية بشكل دوري.
• يضمن التصميم باستخدام بنية الحوسبة الموثوقة (TCB) بيئة نظام آمنة وموثوقة للغاية ^{[ 15 ]}
• يُتيح برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) المُصمم للأنظمة المُدمجة تغليفًا آمنًا لأي مُكوّن فرعي، بحيث لا يُمكن لأي مُكوّن برمجي مُخترق التأثير على الأنظمة الفرعية الأخرى أو برامج النظام ذات الصلاحيات العالية. [ 16 ^{] يمنع هذا} التغليف انتقال الأعطال من نظام فرعي إلى آخر، مما يُحسّن الموثوقية. كما يُمكن أن يُتيح إيقاف تشغيل النظام الفرعي وإعادة تشغيله تلقائيًا عند اكتشاف عطل.
• يمكن أن تساعد البرمجة الواعية بالمناعة المهندسين على إنتاج برمجيات أنظمة مضمنة أكثر موثوقية. ^{[ 17 ] [ 18 ]} تهدف الإرشادات وقواعد البرمجة، مثل MISRA C/C++، إلى مساعدة المطورين على إنتاج برامج ثابتة موثوقة وقابلة للنقل بعدة طرق مختلفة: عادةً من خلال تقديم المشورة أو فرض تجنب ممارسات البرمجة التي قد تؤدي إلى أخطاء وقت التشغيل (تسرب الذاكرة، استخدامات المؤشرات غير الصالحة)، واستخدام عمليات التحقق من وقت التشغيل ومعالجة الاستثناءات (فحوصات النطاق/السلامة، القسمة على صفر وفحوصات صحة فهرس المخزن المؤقت، الحالات الافتراضية في فحوصات المنطق)، وتحديد حدود الحلقات، وإنتاج برمجيات سهلة القراءة، مع تعليقات واضحة وبنية جيدة، وتجنب غموض اللغة الذي قد يؤدي إلى تناقضات أو آثار جانبية ناتجة عن المُصرّف (ترتيب تقييم التعبيرات، الاستدعاء الذاتي، أنواع معينة من وحدات الماكرو). غالبًا ما يمكن استخدام هذه القواعد بالتزامن مع أدوات التحقق الثابتة من البرمجيات أو التحقق من النموذج المحدود لأغراض التحقق الوظيفي، كما أنها تساعد في تحديد خصائص توقيت البرمجيات . ^{[ 17 ]}

بالنسبة للأنظمة ذات الإنتاجية العالية مثل الهواتف المحمولة ، يُعد تقليل التكلفة عادةً الاعتبار الأساسي في التصميم. وعادةً ما يختار المهندسون أجهزةً جيدةً بما يكفي لتنفيذ الوظائف المطلوبة.

بالنسبة للأنظمة المدمجة ذات الحجم المنخفض أو النماذج الأولية، يمكن تكييف أجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة عن طريق الحد من البرامج أو عن طريق استبدال نظام التشغيل بنظام تشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS).

في هذا التصميم، يحتوي البرنامج ببساطة على حلقة تراقب أجهزة الإدخال. تستدعي هذه الحلقة إجراءات فرعية ، يدير كل منها جزءًا من المكونات المادية أو البرمجية. ولذلك يُطلق عليه حلقة تحكم بسيطة أو نظام إدخال وإخراج مُبرمج.

تعتمد بعض الأنظمة المدمجة بشكل أساسي على المقاطعات . وهذا يعني أن المهام التي يؤديها النظام يتم تشغيلها بواسطة أنواع مختلفة من الأحداث؛ على سبيل المثال، يمكن توليد مقاطعة بواسطة مؤقت على فترات زمنية محددة مسبقًا، أو بواسطة وحدة تحكم منفذ تسلسلي تستقبل البيانات.

يُستخدم هذا التصميم المعماري عندما تتطلب معالجات الأحداث زمن استجابة منخفضًا، وتكون هذه المعالجات قصيرة وبسيطة. تُشغّل هذه الأنظمة مهمة بسيطة ضمن حلقة رئيسية، لكن هذه المهمة ليست حساسة جدًا للتأخيرات غير المتوقعة. في بعض الأحيان، يُضيف معالج المقاطعة مهامًا أطول إلى بنية قائمة انتظار. لاحقًا، وبعد انتهاء معالج المقاطعة، تُنفّذ هذه المهام بواسطة الحلقة الرئيسية. تُقرّب هذه الطريقة النظام من نواة متعددة المهام ذات عمليات منفصلة.

يُشبه تعدد المهام التعاوني إلى حد كبير مخطط حلقة التحكم البسيطة، باستثناء أن الحلقة مخفية في واجهة برمجة التطبيقات (API) . ^{[ 3 ] [ 1 ]} يُعرّف المبرمج سلسلة من المهام، وتحصل كل مهمة على بيئة خاصة بها للتنفيذ. عندما تكون مهمة ما في وضع الخمول، فإنها تستدعي روتين الخمول، الذي يُمرر التحكم إلى مهمة أخرى.

تتشابه المزايا والعيوب مع تلك الخاصة بحلقة التحكم، باستثناء أن إضافة برامج جديدة أسهل، ببساطة عن طريق كتابة مهمة جديدة، أو إضافتها إلى قائمة الانتظار.

في هذا النوع من الأنظمة، يقوم جزءٌ من التعليمات البرمجية منخفضة المستوى بالتبديل بين المهام أو الخيوط بناءً على مؤقت يستدعي مقاطعة. يُعتبر هذا المستوى عمومًا بمثابة نواة نظام تشغيل. وبحسب حجم الوظائف المطلوبة، يُضيف هذا المستوى تعقيداتٍ متفاوتة مرتبطة بإدارة مهام متعددة تعمل بالتوازي.

بما أن أي كود يمكن أن يتسبب في تلف بيانات مهمة أخرى (باستثناء الأنظمة التي تستخدم وحدة إدارة الذاكرة )، يجب تصميم البرامج واختبارها بعناية، ويجب التحكم في الوصول إلى البيانات المشتركة من خلال استراتيجية مزامنة مثل قوائم انتظار الرسائل أو الإشارات أو مخطط مزامنة غير مانع .

نظراً لهذه التعقيدات، من الشائع أن تستخدم المؤسسات نظام تشغيل جاهزاً في الوقت الحقيقي (RTOS)، مما يسمح لمبرمجي التطبيقات بالتركيز على وظائف الجهاز بدلاً من خدمات نظام التشغيل. ومع ذلك، فإن اختيار نظام التشغيل في الوقت الحقيقي يطرح مشكلاته الخاصة، إذ يجب اختياره قبل بدء عملية تطوير التطبيق. هذا التوقيت يُجبر المطورين على اختيار نظام التشغيل المُدمج لأجهزتهم بناءً على المتطلبات الحالية، وبالتالي يُقيّد الخيارات المستقبلية إلى حد كبير. ^{[ 20 ]}

يتزايد مستوى التعقيد في الأنظمة المدمجة باستمرار، حيث تتطلب الأجهزة إدارة ملحقات ومهام مثل الاتصال التسلسلي، وUSB، وTCP/IP، والبلوتوث، وشبكة LAN اللاسلكية ، ووحدة الراديو الرئيسية، وقنوات متعددة، ونقل البيانات والصوت، ورسومات محسّنة، وحالات متعددة، وخيوط متعددة، وحالات انتظار متعددة، وما إلى ذلك. وتؤدي هذه التوجهات إلى زيادة استخدام البرمجيات الوسيطة المدمجة بالإضافة إلى نظام التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS).

تقوم النواة المصغرة بتخصيص الذاكرة وتحويل وحدة المعالجة المركزية إلى خيوط تنفيذ مختلفة. وتنفذ عمليات وضع المستخدم وظائف رئيسية مثل أنظمة الملفات وواجهات الشبكة، وما إلى ذلك.

تتواصل وحدات المعالجة الخارجية بكفاءة عبر استدعاءات روتينية عادية. جميع مكونات النظام، من أجهزة وبرامج، متاحة وقابلة للتوسيع من قبل مبرمجي التطبيقات.

النواة المتجانسة هي نواة كبيرة نسبيًا ذات إمكانيات متطورة مُصممة خصيصًا لتناسب بيئة الأنظمة المدمجة. وهذا يوفر للمبرمجين بيئة مشابهة لأنظمة تشغيل سطح المكتب مثل لينكس أو مايكروسوفت ويندوز ، مما يجعلها فعّالة للغاية في التطوير. أما عيوبها، فهي تتطلب موارد أجهزة أكثر بكثير، وغالبًا ما تكون أغلى ثمنًا، وبسبب تعقيد هذه النوى، قد تكون أقل قابلية للتنبؤ وأقل موثوقية.

من الأمثلة الشائعة على النوى المتجانسة المدمجة أنظمة لينكس المدمجة ، و VXWorks، و Windows CE .

على الرغم من ارتفاع تكلفة الأجهزة، فإن هذا النوع من الأنظمة المدمجة يزداد شعبية، خاصة في الأجهزة المدمجة الأكثر قوة مثل أجهزة التوجيه اللاسلكية وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية .

بالإضافة إلى نظام التشغيل الأساسي، تحتوي العديد من الأنظمة المدمجة على مكونات برمجية إضافية في الطبقات العليا. تشمل هذه المكونات بروتوكولات الشبكات مثل CAN و TCP/IP و FTP و HTTP و HTTPS ، وأنظمة إدارة التخزين مثل FAT وذاكرة الفلاش. إذا كان الجهاز المدمج مزودًا بإمكانيات الصوت والفيديو، فستكون برامج التشغيل وبرامج الترميز المناسبة موجودة في النظام. في حالة النواة المتجانسة، قد تُدمج العديد من هذه الطبقات البرمجية في النواة نفسها. أما في فئة أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS)، فيعتمد توفر المكونات البرمجية الإضافية على المنتج التجاري المُقدم.

في قطاع السيارات، يعتبر AUTOSAR بنية قياسية للبرمجيات المدمجة.