Firmware คืออะไร ? มีความสำคัญ และหน้าที่การทำงานอย่างไร ? พร้อมประโยชน์การอัปเดตเฟิร์มแวร์

Firmware คืออะไร ? มีความสำคัญ และหน้าที่การทำงานอย่างไร ?
พร้อมประโยชน์การอัปเดตเฟิร์มแวร์

เมื่อพูดถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์อย่างคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือโทรศัพท์มือถือ เราทุกคนน่าจะต้องได้ยินคำว่าเฟิร์มแวร์ (Firmware) ผ่านหูมาอย่างแน่นอน แล้วเฟิร์มแวร์มันมีความเกี่ยวข้องอะไรกับอุปกรณ์เหล่านี้ มันเหมือนกับ ซอฟต์แวร์ (Software) หรือเปล่า หรือมีความสำคัญอย่างไร อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ต่าง ๆ ถ้าใครยังไม่รู้ หรือ กำลังหาคำตอบ บทความนี้เราจะมาพูดถึงสิ่งที่เรียกว่า "Firmware" กัน

Firmware คืออะไร ?

Firmware คือ โปรแกรมที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ฝังอยู่บนฮาร์ดแวร์ (Hardware) ของอุปกรณ์ต่าง ๆ หน้าที่หลักของ Firmware เป็นโปรแกรมที่ใช้ควบคุม และ ดึงประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์มาใช้งาน หรือ เป็นตัวกลางเชื่อมต่อระหว่าง ซอฟต์แวร์ (Software) ของคอมพิวเตอร์และฮาร์ดแวร์ หากขาด Firmware ไป ฮาร์ดแวร์ก็จะไม่รู้ว่าต้องทำงานอย่างไร หาก Firmware มีปัญหาหรือมีช่องโหว่ใด ๆ ก็อาจทำให้การดึงประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ออกมาใช้ได้อย่างไม่เต็มที่ เช่น เกิดอาการ "บัค" ของระบบ เป็นต้น

ภาพจาก https://predictabledesigns.com/introduction-to-embedded-firmware-development/

โดยเฉพาะถ้าเป็นในคอมพิวเตอร์ของเราที่มีฮาร์ดแวร์ทำงานอยู่หลายตัว ไม่ว่าจะเป็น ฮาร์ดดิสก์ (Harddisk), หน่วยประมวลผลกลาง (CPU), อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบ SSD, หน่วยความจำหลัก RAM หรือ หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ตัวฮาร์ดแวร์พวกนี้ก็จำเป็นต้องมี Firmware ที่ใช้ทำงานเพื่อสื่อสารกัน และ Firmware ก็จะมีการจัดเก็บโค้ดอยู่ใน ROM (Read Only Memory) หรือหน่วยเก็บข้อมูลแบบถาวรบน เมนบอร์ด (Mainboard)

ในขณะที่เมนบอร์ดเองก็มี Firmware เป็นของตัวเองด้วย โดยทุกคนก็จะรู้จักกันในชื่อ BIOS หรือ UEFI ซึ่งเป็น "Firmware Interface" ของเมนบอร์ด ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ทั้งหมดในคอมพิวเตอร์ นั่นเอง

ไดรฟ์เวอร์ (Drivers) แตกต่างกับ เฟิร์มแวร์ (Firmware) ไหม ?

มีคำถามที่หลายคนอาจสงสัยว่า แล้ว Driver แตกต่างกับ Firmware ตรงไหน เพราะหน้าที่ของมันดูเหมือนจะใกล้เคียงกัน หรือก็คือการใช้ควบคุมการทำงาน หรือ เชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ 

โดยถ้าเทียบกันแล้ว ระหว่างไดรฟ์เวอร์ กับ Firmware ส่วนของไดร์ฟเวอร์จะเป็นโปรแกรมที่ทำงานโดยขึ้นตรงกับระบบปฏิบัติการ (OS) เป็นเหมือนคนนำสารของฮาร์ดแวร์ที่มีหน้าที่ไปติดต่อดำเนินการกับ Firmware และขอใช้งานฮาร์ดแวร์ ส่วนของ Firmware นั้นจะขึ้นตรงกับฮาร์ดแวร์ (Hardware) เหมือนคนที่คอยกำกับดูแลการทำงานของฮาร์ดแวร์โดยตรง 

เมื่อสองอย่างนี้ทำงานร่วมกัน มันก็เหมือนองค์กรหนึ่งที่มีหลายฝ่าย และ ต้องทำงานให้สอดคล้องกัน เพื่อที่จะดึงศักยภาพของฮาร์ดแวร์ออกมาได้มากที่สุด ขาดอย่างใดอย่างหนึ่งไปไม่ได้

ภาพจาก https://www.drpc.es/que-es-un-driver-y-que-es-firmware/

Firmware อยู่ที่ไหนบ้าง ?

เมื่อกี้เราพูดถึงว่า Firmware คืออะไรไปแล้ว พร้อมยกตัวอย่าง Firmware ในคอมพิวเตอร์ แต่อาจเป็นการอธิบายแบบจำกัดวงแคบมากเกินไป เพราะจริง ๆ แล้ว Firmware นั้นถูกใช้ในเกือบทุกอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ เพื่อทำให้ฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์นั้นตอบสนองตามคำสั่งของคนใช้งาน ไม่ว่าจะเป็น ไมโครเวฟ, เตาอบ (ไฟฟ้า), รีโมทคอนโทรล, กล้องวงจรปิด, ทีวี, เครื่องซักผ้า, อุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์, มือถือ หรือ พวกอุปกรณ์ต่อพ่วงมือถือ ก็ล้วนมี Firmware ทำงานอยู่

ไฟสัญญาณจราจร ก็ยังมีเฟิร์มแวร์ ที่ใช้ควบคุมการเปลี่ยนไฟสัญญาณ / ภาพจาก https://www.digitalcitizen.life/simple-questions-what-firmware-what-does-it-do/

โดยเฉพาะบนมือถือที่เราใช้งานกันอยู่ทุกวัน ก็จำเป็นต้องมี Firmware เป็นตัวกลางเชื่อมระหว่างฮาร์ดแวร์ของอุปกรณ์กับระบบปฏิบัติการ (iOS, Android) เพื่อทำให้การตอบสนองของผู้ใช้เป็นไปตามวัตถุประสงค์

ที่น่าสนใจ คือ ปัจจุบันมีการเข้าใจผิด และ เรียก Firmware แบบผิด ๆ บนมือถือ เพราะจริง ๆ Firmware ควรเป็นอะไรที่อยู่กึ่งกลางระหว่าง Hardware และ ซอฟต์แวร์ระบบ เป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้ชิปเซ็ตมือถือสามารถสื่อสารกับระบบปฏิบัติการที่พัฒนาในแต่ละรุ่นได้ เหมือนเวลาผู้ผลิตสร้างชิปเซ็ตมาและเขียนโปรแกรมให้รองรับ Android ได้ 3 ปี ประมาณนั้น

แต่ทุกวันนี้โดยทั่วไปชอบเรียกเหมารวมว่า Firmware เป็น ระบบปฏิบัติการ (OS) อย่างเช่นเวลาจะอัปเดตระบบปฏิบัติการ Android ดันไปเรียกว่าอัปเดต Firmware ของ Android แทน อะไรแบบนี้เป็นต้น

ระดับของการทำงาน / จาก https://dennisfromperu.medium.com/iot-cybersecurity-startup-landscape-part-4-firmware-security-60d2dd89ab78

Firmware มีกี่ประเภท ?

อย่างที่กล่าวว่า Firmware มักถูกเขียนบันทึกลงในรอม (ROM) หรือหน่วยเก็บข้อมูลแบบถาวร เพื่อให้มั่นใจว่าตัวโปรแกรมของ Firmware จะไม่ถูกลบหรือดัดแปลง แต่ข้อเสียก็คือสมัยก่อน Firmware จะไม่สามารถอัปเดตได้เลย และเมื่อเทคโนโลยีซอฟต์แวร์มีความก้าวหน้ามากขึ้น Firmware ที่ล้าสมัยก็จะตกรุ่นอย่างรวดเร็ว แม้ฮาร์ดแวร์จะยังใช้งานได้ดีก็ตาม

ดังนั้นภายหลังก็เลยมีการคิดค้น EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) และก็พัฒนาต่อเป็น EERPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) หรือ รอมแบบลบได้ ทำให้ปัจจุบัน Firmware ในคอมพิวเตอร์ มีการอนุญาตให้สามารถอัปเดตได้ แต่ก็จะแลกมาด้วยการผลิตที่ราคาสูง และก็ยังมีการเขียนที่ช้า ทำให้การอัปเดตนาน

ยุคต่อมาก็เลยอัปเกรดเป็น FEPROM (Flash Erasable Programmable Read Only Memory) หรือ Flash-ROM ที่ใช้อย่างแพร่หลายในคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบัน ทำให้มีราคาถูกและง่ายต่อการเขียนซ้ำ หรือ อัปเดตรวดเร็วขึ้น 

อย่างไรก็ตามประเภทของ Firmware ในปัจจุบันนั้นมีอยู่ 3 ประเภทด้วยกัน แบ่งตามตำแหน่งการจัดเก็บและความซับซ้อนของฟังก์ชันการทำงาน คือ

• Low-Level Firmware : เฟิร์มแวร์ที่เก็บข้อมูลในชิป ROM และ PROM ไม่สามารถทำให้เฟิร์มแวร์ของอุปกรณ์สามารถอัปเดตได้
• High-Level Firmware : เฟิร์มแวร์ที่ใช้หน่วยความจำแบบ FEPROM (Flash Erasable Programmable Read Only Memory) อนุญาตให้เฟิร์มแวร์ของฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ทำการอัปเดตได้
• Subsystem Firmware : เฟิร์มแวร์แบบกึ่งอิสระ บนอุปกรณ์และชิ้นส่วนที่ใช้ในระบบขนาดใหญ่ ช่วยทำหน้าที่ในการควบคุมเฟิร์มแวร์ของฮาร์ดแวร์ต่าง ๆ ที่ทำงานในระบบ และเป็นเหมือนกับ High-Level คือสามารถอัปเดตตัวเองได้ เช่นเฟิร์มแวร์ของ Mainboard (BIOS/UEFI)

การอัปเดต Firmware ช่วยอะไรได้บ้าง ?

ประโยชน์ของการอัปเดต Firmware นอกจากจะช่วยให้ดึงประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์มาใช้งานได้เสถียรมากขึ้นแล้ว ยังช่วยในเรื่องของการเพิ่มความสามารถ ความปลอดภัย หรือ แก้ไขความผิดพลาดของการทำงานได้ ถ้ายกตัวอย่างให้เห็นภาพในคอมพิวเตอร์ การอัปเดต Firmware ของ ไบออส (BIOS) ก็ช่วยให้การเรียกใช้งาน Firmware ในอุปกรณ์อื่น ๆ มีความเสถียรมากยิ่งขึ้น หรือ แก้บัคต่าง ๆ เวลาใช้คอมพิวเตอร์นั่นเอง

อย่างใน อุปกรณ์ IoT เช่น Google Home ก็จะพิเศษหน่อย คือผู้ใช้ไม่ต้องอัปเดต Firmware เอง เพราะมันจะอัปเดตให้ลับ ๆ และคอยเพิ่มประสิทธิภาพหรือแก้ไขบัคในการใช้งานให้ด้วย

สรุปเกี่ยวกับ Firmware

สรุปแล้ว Firmware ถือเป็นส่วนสำคัญในการทำงานของเทคโนโลยี เปรียบเสมือนล่ามแปลภาษาที่ทำให้ ฮาร์ดแวร์ในอุปกรณ์รู้ว่าต้องทำงานอย่างไร ถ้าเกิดไม่มี Firmware ฮาร์ดแวร์ก็เป็นเพียงแค่วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานไม่เป็น