Top 20+ ngôn ngữ và nền tảng hỗ trợ lập trình IoT cần biết

Đằng sau những thiết bị IoT thông minh là cả một hệ thống lập trình phức tạp – nơi các ngôn ngữ, nền tảng và công cụ phát triển đóng vai trò trung tâm. Trong bài viết này, ITviec sẽ giúp bạn hiểu rõ lập trình IoT là gì và những ngôn ngữ, nền tảng hỗ trợ lập trình IoT đang được sử dụng phổ biến hiện nay.

Đọc bài viết để hiểu rõ hơn:

  • Lập trình IoT là gì? 
  • Các ngôn ngữ lập trình IoT thường dùng và tài liệu tham khảo cho từng ngôn ngữ lập trình
  • Các nền tảng và framework hỗ trợ lập trình IoT

Lập trình IoT là gì? 

Lập trình IoT là quá trình xây dựng hệ thống, thiết kế phần mềm giúp các thiết bị có thể thu thập dữ liệu, giao tiếp với nhau thông qua kết nối Internet để phục vụ cho nhu cầu con người. Để làm được điều đó, lập trình viên cần phối hợp nhiều mảng kỹ thuật khác nhau, bao gồm:

  • Tích hợp phần cứng: Kết nối các cảm biến, thiết bị chấp hành (actuator) và linh kiện khác với vi điều khiển.
  • Phát triển phần mềm: Lập trình cho các hệ thống nhúng, nền tảng đám mây và ứng dụng di động.
  • Quản lý dữ liệu: Thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu từ các thiết bị kết nối.
  • Kết nối mạng: Đảm bảo thiết bị và nền tảng đám mây có thể giao tiếp với nhau thông qua các giao thức truyền thông phù hợp.
  • Bảo mật: Thiết lập các biện pháp bảo vệ dữ liệu và thiết bị khỏi nguy cơ tấn công mạng.

Top 14 ngôn ngữ lập trình IoT thường dùng

Các ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất trong lĩnh vực IoT lần lượt là Java, C, C++, Python, JavaScript, Node.js, Assembler, PHP, C#, Lua, R, Go, Ruby, Swift và Rust. 

Ngoài ra, một số ngôn ngữ khác tuy ít phổ biến hơn nhưng vẫn được sử dụng trong một số trường hợp đặc thù như Parasail, Microsoft P, Eclipse Mita, Kotlin, Dart, MicroPython và B#.

Java

Java được đánh giá cao trong phát triển ứng dụng IoT nhờ khả năng “viết một lần, chạy mọi nơi”. Với tính hướng đối tượng và bộ thư viện phong phú, Java phù hợp cho cả thiết bị biên lẫn các nút đám mây. Đây cũng là một trong những ngôn ngữ được sử dụng rộng rãi nhất trong lập trình IoT.

Tham khảo các tài liệu về ngôn ngữ lập trình Java do ITviec tổng hợp:

C và C++

C và C++ rất phổ biến trong các hệ thống nhúng nhờ hiệu suất cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp. C thường được dùng cho thiết bị nhỏ với tài nguyên hạn chế, trong khi C++ thích hợp hơn với các hệ thống cần tương tác phức tạp với phần cứng.

Đọc thêm các kiến thức hữu ích về ngôn ngữ C và C++ do các Developer chia sẻ trên ITviec:

Python

Python nổi bật với cú pháp đơn giản và thư viện đa dạng, giúp phát triển và thử nghiệm nhanh các ứng dụng IoT. Tuy nhiên, do tiêu tốn tài nguyên nhiều, Python chỉ phù hợp với các thiết bị có khả năng tính toán đủ mạnh hoặc cho các tác vụ xử lý dữ liệu không yêu cầu thời gian thực.

Tìm hiểu sâu hơn về ngôn ngữ lập trình Python qua các bài viết sau đây:

JavaScript

JavaScript là ngôn ngữ phổ biến được sử dụng ở cả phía front-end và back-end trong các ứng dụng IoT. Nhờ đặc trưng hướng sự kiện, cú pháp đơn giản và cộng đồng lập trình viên lớn, JavaScript trở thành lựa chọn lý tưởng để phát triển các hệ thống IoT có khả năng mở rộng cao mà vẫn tiết kiệm tài nguyên.

JavaScript là một trong những ngôn ngữ phổ biến nhất, trải dài nhiều lĩnh vực, nên tài nguyên học tập JavaScript cũng rất đa dạng:

Node.js

Node.js được ưa chuộng trong lập trình IoT nhờ khả năng xử lý bất đồng bộ và hiệu suất cao. Mô hình hướng sự kiện giúp Node.js dễ dàng quản lý nhiều thiết bị cùng lúc mà không làm gián đoạn hoạt động. Với hệ sinh thái thư viện phong phú hỗ trợ các giao thức như MQTT, HTTP và CoAP, Node.js rất phù hợp để phát triển các ứng dụng IoT nhẹ, linh hoạt, có khả năng mở rộng tốt và tích hợp nhanh với hệ thống web hoặc điện toán đám mây.

Assembly

Assembly là ngôn ngữ lập trình bậc thấp gần với mã máy, cho phép điều khiển trực tiếp phần cứng với độ chính xác cao. Trong lập trình IoT, Assembly thường được sử dụng cho các thiết bị nhúng có tài nguyên cực kỳ hạn chế về bộ nhớ và vi xử lý. Dù khó viết và bảo trì hơn các ngôn ngữ bậc cao, Assembly vẫn cho phép tối ưu hóa tối đa hiệu suất, tốc độ thực thi và khả năng kiểm soát tài nguyên, rất phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tính phản hồi tức thì và tiêu thụ năng lượng thấp.

PHP

Dù chủ yếu là ngôn ngữ dùng cho phát triển web, PHP cũng có thể được dùng trong IoT, đặc biệt với các ứng dụng cần giao tiếp qua HTTP hoặc MQTT. Nhờ vào các framework như Laravel hay CodeIgniter, PHP thích hợp cho các giải pháp IoT dựa trên web và cơ sở dữ liệu.

C#

C# là ngôn ngữ lập trình hiện đại, mạnh mẽ do Microsoft phát triển, thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT chạy trên nền tảng Windows hoặc với .NET framework. Với cú pháp rõ ràng, khả năng quản lý bộ nhớ tốt và hỗ trợ lập trình hướng đối tượng, C# đặc biệt phù hợp khi phát triển giao diện người dùng, xử lý dữ liệu và kết nối các dịch vụ đám mây. Bên cạnh đó, C# còn hỗ trợ phát triển các ứng dụng đa nền tảng thông qua .NET Core hoặc MAUI, giúp mở rộng khả năng ứng dụng trong hệ sinh thái IoT.

Lua

Lua là một ngôn ngữ nhẹ, thân thiện với người dùng, yêu cầu ít dòng lệnh, rất phù hợp với các thiết bị IoT cần tiết kiệm pin và có giới hạn về tài nguyên. Với khả năng nhúng cao và tính linh hoạt, Lua là lựa chọn hiệu quả trong phát triển hệ thống IoT chuyên biệt.

R

R là ngôn ngữ lập trình chuyên biệt trong phân tích dữ liệu và thống kê, thường được sử dụng trong các hệ thống IoT ở tầng đám mây. Với khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ, trực quan hóa linh hoạt và hệ sinh thái thư viện phong phú, R đặc biệt phù hợp cho việc phân tích dữ liệu cảm biến, phát hiện xu hướng và xây dựng mô hình dự báo. Tuy không phù hợp để lập trình trên thiết bị nhúng hay thiết bị biên, R lại đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn xử lý và ra quyết định từ dữ liệu thu thập được trong các hệ thống IoT.

Go

Go (Golang) do Google phát triển, hỗ trợ lập trình đồng thời, hiệu quả và thu gom rác tự động. Ngôn ngữ này có thể chạy trên nhiều nền tảng và thiết bị, được hỗ trợ bởi nhiều thư viện hữu ích cho IoT như Gobot và InfluxDB.

Swift 

Swift là ngôn ngữ tối ưu cho các thiết bị Apple như iPhone, Apple Watch và Apple TV. Với cú pháp hiện đại, dễ đọc và tính an toàn cao, Swift phù hợp để phát triển các ứng dụng IoT dùng HomeKit, SwiftUI hay Bluetooth Low Energy.

Rust

Rust tập trung vào an toàn bộ nhớ, hiệu suất cao và không sử dụng garbage collection. Đây là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống nhúng và vi điều khiển như STM32 hoặc ESP32, nhờ vào các thư viện chuyên dụng như embedded-hal và RTIC.

Kotlin

Phát triển từ Java, Kotlin nổi bật với tính bảo mật và khả năng tương thích cao. Ngôn ngữ này rất phù hợp để phát triển ứng dụng IoT trên thiết bị di động Android, đặc biệt trong các tình huống cần tối ưu bộ nhớ và hiệu suất.

Nên lựa chọn ngôn ngữ lập trình IoT nào?

Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình tùy thuộc vào tầng hệ thống trong kiến trúc IoT, sao cho phù hợp với tài nguyên phần cứng và yêu cầu xử lý:

  • Thiết bị biên (Edge): Trọng tâm tại thiết bị biên là tối ưu hóa tài nguyên và tốc độ xử lý. Do đó ưu tiên sử dụng các ngôn ngữ có hiệu suất cao như Assembly và C cho các vi điều khiển nhỏ. Với thiết bị mạnh hơn, có thể sử dụng C, Python, Node.js hoặc Java. 
  • Cổng kết nối (Gateway): Gateway có vai trò xử lý, thu thập và phân tích dữ liệu từ nhiều thiết bị IoT. Tầng này thường sử dụng các ngôn ngữ như C, C++, Java, Python và Node.js để triển khai các dịch vụ trung gian.
  • Điện toán đám mây (Cloud): Tầng đám mây có khả năng xử lý gần như không giới hạn, nên các framework như Apache Hadoop, HiveQL thường được dùng để xử lý dữ liệu lớn. Các ngôn ngữ như R, Julia được sử dụng trong phân tích thống kê và trực quan hóa dữ liệu IoT.

Top 10 nền tảng (platform) hỗ trợ lập trình IoT

Các nền tảng IoT cung cấp hệ sinh thái tích hợp gồm các công cụ và chức năng cần thiết để triển khai và vận hành hệ thống IoT. Nhờ đó, lập trình viên có thể thiết kế cả phần cứng lẫn phần mềm nhằm thu thập, lưu trữ, phân tích và quản lý lượng lớn dữ liệu từ các thiết bị kết nối.

Đọc thêm: IoT Platform là gì? Lập trình IoT Platform thì dùng ngôn ngữ gì?

Amazon Web Services (AWS) IoT, Microsoft Azure IoT, Oracle IoT, Particle, IRI Voracity, ThingWorx, Google Cloud IoT, Cisco IoT Cloud Connect, Salesforce IoT Cloud, IBM Watson IoT,… đều là những nền tảng lập trình IoT được dùng phổ biến hiện nay.

Amazon Web Services (AWS) IoT

Amazon Web Services (AWS) IoT là một trong những nền tảng IoT hàng đầu, cung cấp hệ sinh thái phong phú cho việc phát triển, kết nối và quản lý hàng tỷ thiết bị. AWS cũng hỗ trợ nhiều giải pháp tùy chỉnh do chính Amazon và các đối tác phát triển, phù hợp với cả thiết bị công nghiệp lẫn dân dụng.

Các dịch vụ tiêu biểu như AWS IoT Core, AWS IoT Analytics và FreeRTOS cho phép người dùng xây dựng hệ thống IoT từ phần cứng nhúng đến xử lý dữ liệu đám mây một cách bảo mật và linh hoạt. 

Microsoft Azure IoT

Microsoft Azure IoT hỗ trợ xây dựng giải pháp từ biên (edge) đến đám mây (cloud) với khả năng mở rộng cao và tích hợp dễ dàng. Microsoft cung cấp bộ công cụ đa dạng như Azure IoT Hub (kết nối và quản lý thiết bị), Azure IoT Edge (xử lý tại biên), Azure Sphere (bảo mật phần cứng), và Azure Digital Twins (mô phỏng đối tượng vật lý). 

Azure IoT được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, chăm sóc sức khỏe, năng lượng, ô tô và nhiều ngành công nghiệp khác.

Oracle IoT

Oracle IoT là một dịch vụ đám mây dạng PaaS giúp kết nối thiết bị, thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực. Với khả năng tích hợp chặt chẽ cùng hệ thống ERP và SCM, nền tảng này rất phù hợp trong lĩnh vực logistics, chuỗi cung ứng và sản xuất thông minh.

Google Cloud IoT (GCP)

Google Cloud IoT (GCP) cho phép kết nối an toàn giữa các thiết bị và đám mây, đồng thời hỗ trợ phân tích dữ liệu thời gian thực thông qua tích hợp với BigQuery (hỗ trợ truy vấn quy mô lớn), Pub/Sub (dịch vụ nhắn tin trung gian) và các dịch vụ AI Cloud của Google như Vertex AI. Với sự hỗ trợ phần cứng từ các hãng như Intel và Microchip, nền tảng này thích hợp cho những giải pháp IoT có khả năng mở rộng và phân tích.

IBM Watson IoT

IBM Watson IoT là nền tảng đám mây được quản lý toàn diện, hỗ trợ kết nối thiết bị, quản lý dữ liệu vòng đời và tích hợp trí tuệ nhân tạo để phân tích chuyên sâu. Watson IoT đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu giám sát, tối ưu hóa tài sản, phân tích hành vi thiết bị trong các lĩnh vực như ô tô, công trình thông minh và sản xuất.

ThingWorx IIoT

ThingWorx là nền tảng IoT công nghiệp (IIoT) của PTC, nổi bật trong lĩnh vực sản xuất, kỹ thuật và bảo trì thông minh. Nó cung cấp công cụ để tạo ứng dụng IoT nhanh chóng, tích hợp điện toán biên, học máy và mô hình hóa dữ liệu. ThingWorx cho phép doanh nghiệp tối ưu hiệu suất tài sản, giám sát từ xa và dự đoán sự cố trong dây chuyền sản xuất.

Particle

Particle cung cấp nền tảng toàn diện từ phần cứng (board, module, gateway) đến phần mềm (cloud) cho các giải pháp IoT quy mô nhỏ đến vừa. Nền tảng này rất phổ biến trong các ứng dụng giám sát thiết bị công nghiệp, môi trường, xe điện hạng nhẹ, hệ thống HVAC và năng lượng thông minh.

IRI Voracity

IRI Voracity là nền tảng xử lý dữ liệu chuyên sâu, hỗ trợ toàn bộ vòng đời dữ liệu IoT từ thu thập đến phân tích, với hiệu suất cao. Tận dụng công cụ CoSort và Hadoop, Voracity có thể xử lý dữ liệu có cấu trúc, bán cấu trúc và phi cấu trúc trên nhiều hệ điều hành khác nhau. Đây là lựa chọn tối ưu cho các dự án IoT yêu cầu xử lý khối lượng lớn dữ liệu phức tạp.

Cisco IoT Cloud Connect

Cisco cung cấp nền tảng đám mây đi kèm với các thiết bị phần cứng tin cậy như router, switch, gateway,… giúp kết nối và quản lý mạng IoT trong các môi trường công nghiệp và viễn thông. IoT Cloud Connect ban đầu được thiết kế cho nhà mạng nhưng hiện đã mở rộng cho nhiều ứng dụng IoT dân dụng và công nghiệp, đặc biệt phù hợp với hệ thống cần độ tin cậy cao và bảo mật mạng mạnh.

Salesforce IoT Cloud

Salesforce IoT Cloud tập trung vào khai thác dữ liệu từ thiết bị để nâng cao trải nghiệm khách hàng. Dữ liệu IoT được tích hợp trực tiếp với hệ thống CRM của Salesforce, giúp doanh nghiệp nhanh chóng phản hồi theo ngữ cảnh và cá nhân hóa dịch vụ. Đây là nền tảng lý tưởng cho các doanh nghiệp hướng đến dịch vụ khách hàng thông minh và tương tác tức thì.

Các câu hỏi thường gặp về lập trình IoT

Cơ hội phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực lập trình IoT

Lập trình IoT mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp đa dạng trong kỷ nguyên số. Một số vị trí tiêu biểu gồm: IoT developer, kỹ sư hệ thống nhúng, kỹ sư mạng IoT, kiến trúc sư IoT, kỹ sư kiểm thử và chuyên gia an ninh hệ thống. Với nhu cầu ngày càng tăng về thiết bị và giải pháp thông minh, đây là lĩnh vực giàu tiềm năng cho những ai đam mê công nghệ.

Các tiêu chí chọn frameworks lập trình IoT là gì?

Để lựa chọn frameworks lập trình IoT phù hợp, cần cân nhắc các tiêu chí kỹ thuật nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả trong môi trường phân tán, đa thiết bị:

  • Khả năng mở rộng: Framework cần hỗ trợ nhiều mô hình lập trình (hướng sự kiện, dữ liệu) và phân phối tải động để xử lý nhiều thiết bị.
  • Xử lý đồng thời: Framework phải có khả năng giao tiếp theo thời gian thực hiệu quả, tránh cơ chế gây tắc nghẽn như khóa luồng (thread locking).
  • Điều phối hệ thống: Framework cần có công cụ giúp điều khối hoạt động giữa các thành phần tính toán, có thể theo hướng điều khiển (control-driven) hoặc hướng dữ liệu (data-driven).
  • Tính không đồng nhất: Framework nên cung cấp hướng dẫn rõ ràng về cách phân phổ tác vụ tính toán cho các phần tử phần cứng khác nhau trong hệ thống.
  • Khả năng chịu lỗi: Framework cần có khả năng vận hành ổn định khi mạnh bị gián đoạn hoặc phục hồi kết nối, đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn.
  • Hiệu năng tối ưu: Framework cần tối ưu về tài nguyên hệ thống và giảm thiểu công suất lập trình.
  • Hỗ trợ độ trễ và độ nhạy: Với các hệ thống phân tán theo địa lý, framework cần xử lý linh hoạt việc phân chia xử lý giữa thiết bị biên và đám mây, tránh dồn toàn bộ tính toán về một phía.
  • Bảo mật: Framework cần tích hợp cơ chế mã hóa, xác thực thiết bị và bảo vệ dữ liệu.
  • Hỗ trợ cộng đồng: Ưu tiên chọn framework có cộng đồng lớn, tài liệu phong phú để dễ dàng triển khai.

Những thách thức mà lập trình IoT thường phải đối mặt là gì?

Lập trình IoT có thể gặp nhiều khó khăn trong quá trình triển khai và vận hành hệ thống như:

  • Bảo mật: Thiết bị có tài nguyên giới hạn nên khó áp dụng các biện pháp bảo vệ hiệu quả, dễ bị tấn công nếu không được cập nhật thường xuyên.
  • Kết nối không ổn định: Nhiều thiết bị hoạt động ở vùng xa hoặc môi trường mạng yếu, dễ mất liên lạc.
  • Khả năng mở rộng: Khi số lượng thiết bị tăng mạnh, việc quản lý và tuân thủ quy định từng khu vực trở nên phức tạp.
  • Tính tương thích: Các thiết bị và giao thức khác nhau khiến việc tích hợp hệ thống khó khăn.
  • Hạn chế băng thông: Lượng lớn thiết bị dễ gây quá tải mạng, đặc biệt ở đô thị.
  • Pin và năng lượng: Thiết bị IoT thường phụ thuộc vào pin, đòi hỏi giải pháp tiết kiệm năng lượng để kéo dài thời gian hoạt động.

Bằng cách nhận diện và giải quyết các thách thức, các lập trình viên có thể xây dựng hệ thống IoT ổn định và hiệu quả hơn.

Muốn học lập trình IoT có cần giỏi phần cứng không?

Không nhất thiết phải giỏi phần cứng mới có thể học lập trình IoT. Khác với lập trình phần mềm thuần túy, lập trình IoT đòi hỏi kiến thức rộng về cảm biến, thiết bị chấp hành (actuator), vi điều khiển (Arduino, Raspberry Pi) cũng như nguyên lý điện tử cơ bản và truyền thông không dây. Nếu bạn có nền tảng kỹ thuật về điện – điện tử hoặc khoa học máy tính thì việc tiếp cận sẽ dễ dàng hơn.

Nên bắt đầu thực hành lập trình IoT thế nào?

Để thành thạo lập trình IoT và xây dựng nền tảng vững chắc cho sự nghiệp, bạn có thể bắt đầu thực hành theo từng chuyên đề, từ cơ bản đến nâng cao để phát triển toàn diện kỹ năng IoT.

  • Phân tích dữ liệu và học máy: Thực hành thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu từ cảm biến, xây dựng mô hình học máy để tối ưu vận hành thiết bị.
  • Phát triển phần cứng: Làm việc với vi điều khiển, cảm biến, kết nối không dây (Bluetooth, Wi-Fi), thiết kế mạch nhúng và tối ưu tiêu thụ năng lượng.
  • Lập trình ứng dụng web/mobile: Xây dựng giao diện quản lý thiết bị IoT bằng HTML, CSS, JavaScript hoặc ứng dụng di động để điều khiển và theo dõi hệ thống.
  • Bảo mật và blockchain: Tìm hiểu bảo mật IoT và thử nghiệm tích hợp blockchain để tăng tính minh bạch, chống giả mạo dữ liệu.

Lập trình IoT có cần biết bảo mật không?

Lập trình IoT bắt buộc phải quan tâm đến bảo mật, vì các thiết bị kết nối liên tục trao đổi dữ liệu qua mạng, dễ trở thành mục tiêu của tấn công mạng. Lập trình viên cần đảm bảo an toàn cho thiết bị, bảo vệ dữ liệu người dùng, duy trì tính toàn vẹn hệ thống và tuân thủ các quy định pháp lý. 

Tổng kết

Lập trình IoT là lĩnh vực đòi hỏi sự kết hợp linh hoạt giữa phần cứng, phần mềm và khả năng xử lý dữ liệu. Việc lựa chọn đúng ngôn ngữ và nền tảng không chỉ giúp tối ưu hiệu suất hệ thống mà còn rút ngắn thời gian phát triển và triển khai. 

Dù là lập trình viên mới vào nghề hay chuyên gia đang tìm kiếm công cụ phù hợp, việc nắm vững những lựa chọn này sẽ là bước đệm quan trọng để khai thác hiệu quả tiềm năng của công nghệ IoT trong thực tiễn. Với 24 ngôn ngữ và nền tảng phổ biến được giới thiệu trong bài viết, hy vọng bạn đã có trong tay cái nhìn toàn diện để bắt đầu hoặc nâng cao kỹ năng nghề nghiệp của mình.