Tutorial de sistemas embarcados

Antes de aprendermos Sistema Embarcado, vamos aprender:

O que é um Sistema?

Um sistema é um arranjo onde todos os seus componentes funcionam de acordo com regras específicas definidas. É um método de organizar, trabalhar ou executar uma ou mais tarefas de acordo com um plano fixo.

Exemplo de sistemas embarcados

Impressora a laser

As impressoras a laser são um dos exemplos de sistemas embarcados que utilizam sistemas embarcados para gerenciar diversos aspectos da impressão. Além de realizar a tarefa principal de impressão, ele deve receber informações do usuário, gerenciar a comunicação com o sistema do computador, lidar com falhas e detectar papéis deixados na bandeja, etc.

Aqui, a principal tarefa do microprocessador é compreender o texto e controlar o cabeçote de impressão de forma que ele descarregue a tinta onde for necessária.

Para fazer isso, ele precisa decodificar os diferentes arquivos que lhe são fornecidos e compreender a fonte e os gráficos. Isso consumirá um tempo substancial da CPU para processar os dados, além de receber entradas do usuário, controlar motores, etc.

História do sistema embarcado

Aqui estão marcos importantes da história do sistema embarcado:

• Em 1960, o sistema embarcado foi usado pela primeira vez para desenvolver o Apollo Guidance System por Charles Stark Draper no MIT.
• Em 1965, a Autonetics desenvolveu o D-17B, o computador usado no sistema de orientação de mísseis Minuteman.
• Em 1968, foi lançado o primeiro sistema embarcado para um veículo.
• A Texas Instruments desenvolveu o primeiro microcontrolador em 1971.
• Em 1987, o primeiro sistema operacional embarcado, VxWorks, foi lançado pela Wind River.
• Microsoft'S Windows CE incorporado em 1996.
• No final da década de 1990, apareceu o primeiro sistema Linux embarcado.
• O mercado embarcado atingiu US$ 140 bilhões em 2013.
• Os analistas projetam um mercado incorporado superior a US$ 40 bilhões até 2030.

Características de um sistema integrado

A seguir estão características importantes de um sistema embarcado:

• Requer desempenho em tempo real
• Deve ter alta disponibilidade e confiabilidade.
• Desenvolvido em torno de um sistema operacional em tempo real
• Normalmente, tem uma operação fácil e sem disco, inicialização ROM
• Projetado para uma tarefa específica
• Deve ser conectado a periféricos para conectar dispositivos de entrada e saída.
• Oferece alta confiabilidade e estabilidade
• Interface de usuário mínima necessária
• Memória limitada, baixo custo, menos consumo de energia
• Não precisa de nenhum memória secundária no computador.

Terminologias importantes usadas em sistemas embarcados

Agora, neste tutorial de Sistemas Embarcados, abordaremos alguns termos importantes usados ​​em sistemas embarcados.

Confiabilidade

Esta medida da probabilidade de sobrevivência do sistema quando a função é crítica durante o tempo de execução.

Tolerância ao erro

Tolerância a falhas é a capacidade de um sistema de computador sobreviver na presença de falhas.

Em tempo real

O sistema embarcado deve atender a vários prazos e outras restrições. Eles são impostos pelo comportamento natural em tempo real do mundo externo.

Por exemplo, um departamento da força aérea que monitoriza os ataques de mísseis recebidos deve calcular e planear com precisão o seu contra-ataque devido ao difícil prazo em tempo real. Caso contrário, ele será destruído.

Flexibilidade

Está construindo sistemas com oportunidades de depuração integradas que permitem manutenção remota.

Por exemplo, você está construindo uma espaçonave que pousará em outra plantadeira para coletar vários tipos de dados e nos enviar os detalhes coletados. Se esta espaçonave enlouquecer e perder o controle, poderemos fazer alguns diagnósticos importantes. Portanto, a flexibilidade é vital ao projetar um sistema embarcado.

Portabilidade

Portabilidade é uma medida da facilidade de utilização do mesmo software embarcado em vários ambientes. Requer abstrações generalizadas entre a própria lógica do programa aplicativo e as interfaces de baixo nível do sistema.

O que é Microcontrolador?

Um microcontrolador é uma unidade VLSI de chip único, também chamada de microcomputador. Ele contém toda a memória e interfaces de E/S necessárias, enquanto um microprocessador de uso geral precisa de chips adicionais para oferecer essas funções necessárias. Microcontroladores são amplamente utilizados em sistemas embarcados para aplicações de controle em tempo real.

O que é um microprocessador?

Um microprocessador é um dispositivo semicondutor de chip único. Sua CPU contém um contador de programa, uma ALU, um ponteiro de pilha, um registro de trabalho e um circuito de temporização de clock. Também inclui ROM e RAM, decodificador de memória e muitas portas seriais e paralelas.

Archiarquitetura do Sistema Embarcado

Abaixo está a arquitetura básica do Sistema Embarcado:

1) Sensor

O sensor ajuda a medir a quantidade física e a converte em um sinal elétrico. Ele também armazena a quantidade medida na memória. Este sinal pode ser preparado por um observador ou por qualquer instrumento eletrônico como um conversor A2D.

2) Conversor de anúncios

O conversor AD (conversor analógico-digital) permite converter um sinal analógico enviado pelo sensor em um sinal digital.

3) Memória

A memória é usada para armazenar informações. O sistema embarcado contém principalmente duas células de memória 1) Volátil 2) Memória não volátil.

4) Processador e ASIC

Este componente processa os dados para medir a saída e armazená-los na memória.

5) Conversor DA

O conversor DA (um conversor digital para analógico) ajuda a converter os dados digitais alimentados pelo processador em dados analógicos.

6) Atuador

Um atuador permite comparar a saída fornecida pelo conversor DA com a saída real armazenada nele e armazena a saída aprovada na memória.

Tipos de sistema embarcado

Três tipos de sistemas embarcados são:

• Pequena escala
• Escala Média
• Sofisticado

Sistemas integrados de pequena escala

Este sistema embarcado pode ser projetado com um único microcontrolador de 8 ou 16 bits. Pode ser operado com a ajuda de uma bateria. Para o desenvolvimento de sistemas embarcados de pequena escala, um editor, montador (IDE) e montador cruzado são os mais vitais ferramentas de programação.

Sistemas Incorporados de Média Escala

Esses tipos de sistemas embarcados são projetados usando microcontroladores de 16 ou 32 bits. Esses sistemas oferecem complexidades de hardware e software. C, C++, Javae ferramenta de engenharia de código-fonte, etc. são usados ​​para desenvolver esse tipo de sistema embarcado.

Sistemas embarcados sofisticados

Este tipo de sistema embarcado apresenta muitas complexidades de hardware e software. Você pode precisar de IPS, ASIPS, PLAs, processador de configuração ou processadores escaláveis. Para o desenvolvimento deste sistema, você precisa de co-design e componentes de hardware e software que precisam ser combinados no sistema final.

Diferença entre microprocessador e microcontrolador

Aprenda a diferença entre Microprocessador e microcontrolador

Microprocessador	Microcontroladores
Ele usa blocos funcionais como registro, ALU, temporização e unidades de controle.	Ele usa blocos funcionais de microprocessadores como RAM, temporizador, E/S paralela, ADC e DAC.
No microprocessador, as instruções de manipulação de bits são menores, apenas um ou dois tipos.	O microcontrolador oferece muitos tipos de instruções de manipulação de bits.
Oferece movimentos rápidos de código e dados entre a memória externa e o microprocessador.	Oferece movimentos rápidos de código e dados no microcontrolador.
Ajuda você a projetar sistemas de computadores digitais de uso geral.	Ajuda você a projetar sistemas dedicados específicos para aplicações.
Ele permite que você faça multitarefa ao mesmo tempo.	É um sistema orientado a uma única tarefa.
No sistema microprocessador, você pode decidir o número de memória ou portas de E/S necessárias.	No sistema microcontrolador, o número fixo de memória ou E/S torna um microcontrolador ideal para completar a tarefa específica.
Oferece suporte para memória externa e portas de E/S, o que torna o sistema mais pesado e caro.	Esse tipo de sistema é leve e mais barato se comparado ao microprocessador.
Dispositivos externos precisam de mais espaço e seu consumo de energia é bem maior.	Este tipo de sistema consome menos espaço e o consumo de energia também é muito baixo.

Aplicações de Sistemas Embarcados

A seguir estão as aplicações importantes do sistema embarcado:

Ciência robótica

• Veículos Terrestres
• Drones
• Veículos subaquáticos
• Robôs Industriais

Produtos para uso Médico

• Máquina de diálise
• Bombas de Infusão
• Monitor cardíaco
• Dispositivo protético

Automotivo

• Controle do motor
• Sistema de ignição
• Sistema de travagem

Networking

• router
• Hubs
• Entradas
• Instrumentos Eletrônicos

Dispositivos domésticos

• TVs
• Digital Alarme
• Ar condicionado
• Leitor de vídeo DVD
• Câmeras

Automobiles

• Injeção de combustível
• Sistema de luz
• Fechaduras
• Bolsas de ar
• Windows
• Sistema de assistente de estacionamento
• Alarmes anti-roubo Whippers Motion

Controle Industrial

• Robótica
• Sistema de controle
• Mísseis
• Reatores nucleares
• Estações Espaciais
• Transfer

Vantagens do sistema embarcado

Aqui estão os prós/benefícios de usar o sistema embarcado:

• É capaz de cobrir uma ampla variedade de ambientes
• Less provavelmente cometerá erros
• Hardware simplificado do sistema embarcado que reduz os custos gerais.
• Oferece um desempenho aprimorado
• O sistema embarcado é útil para produção em massa.
• O sistema embarcado é altamente confiável.
• Tem muito poucas interconexões.
• O sistema embarcado é pequeno em tamanho.
• Tem uma operação rápida.
• Oferece melhor qualidade do produto.
• Otimiza o uso dos recursos do sistema.
• Tem uma operação de baixa potência.

Desvantagens do sistema embarcado

Aqui estão contras/desvantagens importantes do uso do sistema embarcado.

• Desenvolver um sistema embarcado requer um alto esforço de desenvolvimento.
• Precisa de muito tempo para chegar ao mercado.
• Os sistemas embarcados realizam uma tarefa muito específica, portanto não podem ser programados para fazer coisas diferentes.
• Os sistemas embarcados oferecem recursos de memória muito limitados.
• Não oferece nenhuma melhoria tecnológica.
• É difícil fazer backup de arquivos incorporados.

Resumo

• Um sistema é um arranjo onde todos os seus componentes funcionam de acordo com regras específicas definidas.
• Definição de sistema embarcado: Sistemas embarcados que significam uma combinação de software e hardware de computador com capacidade fixa ou programável.
• Exemplo de sistemas embarcados são as impressoras a laser que gerenciam vários aspectos da impressão.
• Em 1960, o sistema embarcado foi usado pela primeira vez para desenvolver o Apollo Guidance System por Charles Stark Draper no MIT.
• Sistema embarcado requer desempenho em tempo real
• Medida de confiabilidade da probabilidade de sobrevivência do sistema quando a função é crítica durante o tempo de execução.
• Tolerância a falhas é a capacidade de um sistema de computador sobreviver na presença de falhas.
• O sistema embarcado deve atender a vários prazos e outras restrições.
• Flexibilidade é construir sistemas com oportunidades de depuração integradas que permitem manutenção remota.
• Portabilidade é uma medida da facilidade de utilização do mesmo software embarcado em vários ambientes.
• Um microcontrolador é uma unidade VLSI de chip único, também chamada de microcomputador.
• Um microprocessador é um dispositivo semicondutor de chip único. Sua CPU contém um contador de programa, uma ALU, um ponteiro de pilha, um registro de trabalho e um circuito de temporização de clock.
• ArchiA arquitetura do Sistema Embarcado inclui: Sensor, Conversor AD, Memória, Processador e ASICs, Conversor DA e Atuador.
• Três tipos de Sistemas Embarcados são: 1) Pequena Escala, 2) Média Escala e 3) Sofisticado.
• A principal diferença entre o microprocessador e o microcontrolador é que no microprocessador, as instruções de manipulação de bits são menores, enquanto o microcontrolador oferece muitos tipos de instruções de manipulação de bits.
• A aplicação do sistema embarcado inclui: 1) Ciência robótica, 2) Médica, 3) Automotiva, 3) Rede, 4) Dispositivos domésticos, 5) Automóveis e 6) Controle industrial.
• As principais vantagens do Sistema Embarcado é que ele é capaz de cobrir uma ampla variedade de ambientes.
• A principal desvantagem do Sistema Embarcado é que ele precisa de muito tempo para chegar ao mercado.