1. Datos Generales de la asignatura

Nombre de la asignatura:

Clave de la asignatura:

SATCA1:

Carrera:

Sistemas Operativos Embebidos

SEF-1505

3-2-5

Ingeniería Electrónica

2. Presentación

Caracterización de la asignatura

Esta asignatura tiene aportaciones en los siguientes puntos del perfil del Ingeniero enElectrónica:

En el aspecto profesional:

Aprender los conceptos básicos de un sistema operativo embebido. Aprender las funciones de los comandos y las herramientas para manejar y

administrar efectivamente un sistema operativo embebido. Aprender el uso de plataformas (sistemas embebidos) que funcionen a base de

sistemas operativos embebidos. Conocer la programación basada en guiones (scripting) para configurar periféricos

de entrada/salida, servicios web embebidos y recursos del sistema embebido. Aprender las capacidades y extensiones que tiene un sistema operativo embebido

para desarrollar aplicaciones multitarea en tiempo real. Aplicar las capacidades que tiene un sistema embebido en aplicaciones

multimedia, Internet de las cosas, vestibles, automatización y control, entre otras. Contar con las competencias genéricas o específicas para dar solución analítica y

práctica a problemas relacionados con su área de trabajo o en proyectos deinnovación.

En el aspecto personal

Incentivar la solución de problemas usando las herramientas de trabajo

disponibles. Comunicarse con efectividad en forma oral y escrita en el ámbito profesional. Crear una disciplina de auto aprendizaje que le permita buscar soluciones a los

problemas

La asignatura se relaciona con las materias de programación estructurada y visual, diseño

1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

Página | 1

digital, microcontroladores y procesadores en sistemas embebidos, lo que permite alestudiante desarrollar competencias en el manejo de sistemas operativos embebidos y detiempo real, así como en el manejo de sistemas embebidos

Desde el punto de vista profesional, la asignatura es muy importante para el alumnoporque proporciona las bases para manejar eficientemente sistemas operativosembebidos. En la actualidad, cada vez más dispositivos electrónicos funcionan con estossistemas operativos y el entendimiento de esta tecnología podrá hacer competir al alumnoen oportunidades de trabajo en sectores como la industria automotriz, la industriaaeronáutica, la industria de dispositivos médicos portátiles, la industria de la electrónicavestible, entre otras.

Además de lo anterior, esta asignatura es de suma importancia ya que establecerá lasbases para que el alumno use las herramientas aprendidas en su profesión. Con estaasignatura se pretende involucrar al alumno para que desarrolle proyectos finales o deinnovación que sean multidisciplinarios con los cuales pueda participar en las diferentesconvocatorias nacionales y del extranjero. Dándole así, la experiencia y la visiónnecesarias para un desarrollo más integral dentro de sus estudios.

Intención didáctica

El contenido de la materia se organiza en cinco unidades y deben ser abordadassecuencialmente como se presentan en el temario, manteniendo un enfoque práctico deaplicación a cada concepto expuesto en el aula para relacionarlo a la solución práctica deproblemas del área profesional del estudiante.

La Unidad 1 se enfoca en los conceptos y en el manejo básico de los sistemas operativosembebidos. Se empieza describiendo las funciones de los comandos que se ejecutandesde la línea de comandos. Después, se describen procedimientos para manejararchivos y paquetes. Finalmente, se describen los cargadores de arranque, sistema deinicio, variables de entorno, procesos, entre otros conceptos.

La Unidad 2 se enfoca a los sistemas embebidos y manejo de periféricos. Se empiezarevisando el hardware de plataformas basadas en sistemas operativos embebidos(Raspberry Pi2 o Beaglebone Black). Después, se da una introducción a la programaciónbasada en guiones (scripting) y lenguajes de alto nivel. Además, se describe la manera deoperar de los puertos de entrada/salida, temporizadores, convertidor analógico – digital ydigital – analógico, e interfaces de comunicación.

La Unidad 3 se enfocaa los servicios de red embebidos. Se revisan los conceptos básicossobre redes, protocolos de comunicación, arquitectura y manejo de servidores web ybases de datos. Después, se proponen aplicaciones para que el alumno lleve a la prácticaestos conceptos en un sistema embebido.

La Unidad 4 se enfoca en las capacidades de tiempo real de los sistemas operativosembebidos. Se empieza revisando los tipos y características generales de los sistemasoperativos de tiempo real. Después, se revisan los conceptos de multitarea apropiativa y

Página | 2

no apropiativa. Finalmente,se revisan las extensiones de un sistema operativo de tiemporeal.

La Unidad 5 está dedicada exclusivamente al uso de los sistemas embebidos enaplicaciones de telemetría, Internet de las cosas y aplicaciones multimedia.

En cada unidad el estudiante debe realizar actividades que le permitan desarrollar lascompetencias necesarias para entender y manejar efectivamente las capacidades de lossistemas operativos embebidos, teniendo al profesor como motivador y facilitador delconocimiento en todo momento del curso.

Se sugiere actividades integradoras en cada unidad, que permita aplicar los conceptosestudiados. Esto permitirá dar un cierre a la materia mostrándola como útil por sí mismaen el desempeño profesional, independientemente de la utilidad que representa en eltratamiento de temas en materias posteriores de la especialidad.

El enfoque sugerido para la materia requiere además, que las actividades prácticaspromuevan el desarrollo de habilidades para crear proyectos innovadores orientados almanejo de sistemas operativos embebidos para aplicaciones en la industria aeronáutica yautomotriz; asimismo, propicien habilidades en la programación; trabajo en equipo;procesos intelectuales como inducción-deducción y análisis-síntesis, con la intención degenerar una actividad intelectual compleja.

En las actividades prácticas sugeridas, es recomendable que el profesor busque sóloguiar a sus alumnos para que ellos aprendan a desarrollar la parte de creatividad que lescorresponde y que se necesita para planificar y realizar las metas y objetivos.

Página | 3

3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa

Lugar y fecha deelaboración o revisión

Participantes Observaciones

Instituto Tecnológico deMorelia

Departamento de IngenieríaElectrónica

Edificio AE

22 – 26 Junio 2015

Profesores Alain ManzoMartínez, Miguel ÁngelFraga Aguilar, David InfanteSánchez, Tarcisio AlfaroGarcía, Arturo MéndezPatiño del departamento deingeniería electrónica delInstituto Tecnológico deMorelia

Curso Taller Revisión deEspecialidades Junio 2015.

4. Competencia(s) a desarrollar

Competencia(s)específica(s)de la asignatura

Desarrollar las competencias siguientes para aprender los conceptos y manejo básicodelos sistemas operativos embebidos.

Comprender las características y el manejo de sistemas operativos embebidos. Aprender a utilizar los conceptos y recursos de los sistemas operativos

embebidos. Comprender las características de los sistemas embebidos. Aprender la programación basada en guiones y lenguajes de alto nivel para

sistemas operativos embebidos. Aprender a manejar los periféricos de los sistemas embebidos. Aprender a comunicar los sistemas embebidos con otros sistemas. Aplicar las capacidades de los sistemas embebidos como servidores web. Aprender a utilizar las capacidades y extensiones de tiempo real de los sistemas

operativos embebidos. Enfocarlos conocimientos adquiridos a aplicaciones industriales, hogar, medicina,

etc.

Desarrollar las competencias instrumentales siguientes para aplicarlas en proyectos deinnovación multidisciplinarios o en el ámbito laboral.

Capacidad de organizar ideas y planificar objetivos. Capacidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas. Habilidad para la comunicación oral y escrita en español.

Página | 4

Habilidad para la comunicación oral y escrita en inglés. Habilidad para solucionar problemas y tomar decisiones. Aplicar los conocimientos básicos de la carrera. Aplicación de tecnologías de la información. Integrar nuevas tendencias tecnológicas de conectividad al desarrollo de nuevos

productos. Tener alto conocimiento de lenguajes de programación para poder integrar

soluciones innovadoras relacionando al hardware y software. Tener capacidad de aprendizaje continuo de nuevas tecnologías para su aplicación

a los desarrollos de nuevos productos. Hacer trabajo estructurado y documentado para su compartición con integrantes

de los equipos de trabajo con los que colabora. Tener conocimiento de sistemas operativos abiertos. Tener Conocimiento de arquitecturas de procesadores para seleccionar el más

adecuado a problemas de conectividad y poder de procesamiento.

Desarrollar las competencias interpersonales siguientes para mejorar la comunicación yrelación para establecer vínculos entre dos o más personas.

Tener capacidad crítica y autocrítica. Aprender a trabajar en equipo. Desarrollar habilidades interpersonales. Adaptación a trabajar en otros lugares dentro y fuera del país. Respeto y entendimiento para adaptarse a diferentes culturales.

Desarrollar las competencias sistémicas siguientes.

Capacidad de trabajar en equipo. Capacidad de liderazgo. Desarrollar habilidades para el manejo de la computadora. Tener la capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica. Desarrollar habilidades de investigación. Tener capacidad de aprender. Tener la capacidad de generar nuevas ideas (creatividad). Desarrollar la habilidad para trabajar en forma autónoma. Tener la capacidad para diseñar y gestionar proyectos. Tener Iniciativa y espíritu emprendedor. Mantener preocupación por la calidad. Habilidad para la búsqueda de logro.

Página | 5

5. Competencias previas

El alumno conoce y domina los temas de:

Programación Estructurada. Sistemas Digitales. Lenguaje de Programación en C/C++ y Java. Arquitectura y Manejo de Microcontroladores. Procesadores para sistemas embebidos.

6. Temario

No.

Temas Subtemas

1 Introducción a los SistemasOperativos Embebidos

1.1 Conceptos básicos de los sistemasoperativos embebidos.

1.1.1 Línea de Comandos.1.1.2 Variables de entorno.1.1.3 Manejo de archivos y directorios.1.2 Cargadores de arranque y sistema de

inicio.1.2.1 Espacio del núcleo y espacio de

usuario.1.2.2 Súper usuario y sistema de

administración.1.3 Procesos.1.3.1 Control de procesos.1.3.2 Procesos en Foreground y

Background.1.3.3 Semáforos.

2 Sistemas Embebidos y Manejo dePeriféricos

2.1 Descripción del hardware de un sistemaembebido.

2.2 Programación basada en guiones(scripts) y lenguajes de alto nivel.

2.3 Puertos digitales de entrada y salida.2.4 Puertos analógicos de entrada y salida.2.5 Temporizadores.2.6 Interfaces de comunicación.

3 Servicios de Red Embebidos 3.1 Servidores Web.3.1.1 Instalación.3.1.2 Configuración.3.1.3 Creación de páginas web.3.1.4 Web scripts.3.2 Servidores de base de datos3.3.Aplicaciones en lenguaje para scripts

Página | 6

4 Capacidades de Tiempo Real de losSistemas Operativos Embebidos

4.1 Sistemas operativos de tiempo realembebidos.

4.1.1 Definición de tiempo real.4.1.2 Núcleos de tiempo real.

4.1.3 Capacidades.4.2 Multitarea apropiativa y no apropiativa.4.3 Extensiones y soluciones hardware de

tiempo real para sistemas operativosembebidos.

5 Aplicaciones 5.1 Aplicaciones en telemetría.5.2 Internet de las cosas.5.3 Aplicaciones multimedia.

7. Actividades de aprendizaje de los temas

Unidad I. Introducción a los Sistemas Operativos Embebidos

Competencias Actividades de aprendizaje

Específica(s):

El alumno comprenderá los conceptosbásicos y las funciones de los comandospara el manejo eficiente de los sistemasoperativos embebidos.

El alumno aprenderá a administrar lossistemas operativos embebidos para tenercontrol de acceso de seguridad de todoslos comandos y archivos.

El alumno aprenderá a tener control sobrelos procesos que se corren en foregroundy backgroundpara detenerlos en caso deque sean bloqueados.

Genéricas:

Aprender a manejar eficientementesistemas operativos embebidos.

1.- Aprender y usar sistemasoperativos embebidos basados enLinux.

2.- Aprender las capacidades de unsistema operativo embebido basado enLinux mediante ejemplos sobre el usode comandos, manejo de archivos ydirectorios, etc.

Unidad II. Sistemas Embebidos y Manejo de Periféricos

Competencias Actividades de aprendizaje

Página | 7

Específica(s):

El alumno aprenderá la arquitectura y elhardware de los sistemas embebidos.

El alumno aprenderá la programaciónbasada en guiones (scripts) yel uso de loslenguajes de programación de alto nivelen los sistemas embebidos.

El alumno podrá realizar aplicacionescompletas utilizando los periféricos yrecursos de los sistemas embebidos.

Genéricas:

Aprender a manejar eficientemente elhardware de los sistemas embebidos.

Aprender y usar plataformas basadasen sistemas operativos embebidos(Raspberry Pi2 o la Beaglebone Black).

Desarrollar aplicaciones utilizandodiferentes dispositivos electrónicospara aprender el uso y las capacidadesde los periféricos del procesador en elcual están basadas estas plataformas.

Unidad III. Servicios de Red Embebidos

Competencias Actividades de aprendizaje

Específica(s):

El alumno aprenderá los conceptosbásicos de servidores web.

El alumno aprenderá a instalar, configurar,y desarrollar aplicaciones web en unsistema embebido.

El alumno aprenderá el manejo deservidores de dase de datos.

Genéricas:

Aprender a usar los sistemas embebidoscomo servidores web.

1.- Aprender y usar plataformasbasadas en sistemas operativosembebidos como servidores web.

2.- Aprender el uso de redes paradesarrollar aplicacionesCliente/Servidor.

Unidad IV. Capacidades de Tiempo Real de los Sistemas Operativos Embebidos

Competencias Actividades de aprendizaje

Página | 8

Específica(s):

El alumno aprenderá los conceptosbásicos y las características de un sistemaoperativo de tiempo real.

El alumno aprenderá a crear aplicacionesmultitarea utilizando el planificador(scheduler) del sistema operativo.

El alumno aprenderá las herramientaspara el manejo en tiempo real de lossistemas embebidos.

Genéricas:

Aprender las capacidades y extensionesde tiempo real de los sistemas operativosembebidos.

1.- Aprender y usar los sistemasoperativos embebidos de tiempo real(FreeRTOS).

2.- Probar las capacidades de lossistemas operativos de tiempo real enaplicaciones dirigidas a la industriaautomotriz, aeronáutica, etc.

Unidad V. Aplicaciones

Competencias Actividades de aprendizaje

Específica(s):

El alumno podrá diseñar, implementar oaportar aplicaciones en telemetría.

El alumno podrá diseñar, implementar oaportar aplicaciones sobre internet de lascosa.

El alumno podrá diseñar, implementar oaportar aplicaciones multimedia.

Genéricas:

Aplicar los conceptos generales de laasignatura para resolver problemasprácticos profesionales y desarrollaraplicaciones complejas utilizando lossistemas operativos embebidos.

1.- Aplicar los conocimientos adquiridospara controlar o monitorear dispositivosde forma remota.

2.- Aplicar los conocimientos adquiridospara manejar dispositivos o streams deaudio y video, etc.

3.- Aplicar los conocimientos adquiridospara medir magnitudes físicas de formaremota.

Página | 9

8. Práctica(s)

1. Instalación, manejo y exploración de un sistema operativo embebido.2. Introducción y manejo a una plataforma embebida (Raspberry Pi2; BeagleBoneBalck).3. Programación práctica en plataformas embebidas utilizando lenguajes de alto nivel yscripts.4. Interconexión entre la plataforma embebida y diferente tipo de hardware (Sensores,Módulos, Capas, etc.).5. Desarrollo de interfaces web en plataformas embebidas.6. Uso de plataformas embebidas como servidores web.7. Uso de plataformas embebidas para controlar y monitorear dispositivos de maneraremota.8. Uso de plataformas embebidas para medir variables físicas de forma remota.9. Manejo de dispositivos y streams de video en plataformas embebidas.10. Manejo de dispositivos y streams de audio en plataformas embebidas.11. Uso de sistemas operativos de tiempo real en aplicaciones multitareas.12. Uso de la unidad de tiempo real programable (PRU) y el subsistema de comunicaciónindustrial (ICSS) en aplicaciones de tiempo real.

Página | 10

9. Proyecto de asignatura

El objetivo del proyecto que planteé el docente que imparta esta asignatura, es demostrarel desarrollo y alcance de la(s) competencia(s) de la asignatura, considerando lassiguientes fases:

Fundamentación:marco referencial (teórico, conceptual, contextual, legal) en el cual

se fundamenta el proyecto de acuerdo con un diagnóstico realizado, mismo quepermite a los estudiantes lograr la comprensión de la realidad o situación objeto deestudio para definir un proceso de intervención o hacer el diseño de un modelo.

Planeación:con base en el diagnóstico en esta fase se realiza el diseño del proyecto

por parte de los estudiantes con asesoría del docente; implica planificar un proceso:de intervención empresarial, social o comunitario, el diseño de un modelo, entre otros,según el tipo de proyecto, las actividadesa realizar los recursos requeridos y elcronograma de trabajo.

Ejecución:consiste en el desarrollo de la planeación del proyecto realizada por parte

de los estudiantes con asesoría del docente, es decir en la intervención (social,empresarial), o construcción del modelo propuesto según el tipo de proyecto, es lafase de mayor duración que implica el desempeño de las competencias genéricas yespecificas a desarrollar.

Evaluación:es la fase final que aplica un juicio de valor en el contexto laboral-profesión,social e investigativo, éstase debe realizar a través del reconocimiento de logros yaspectos a mejorar se estará promoviendo el concepto de “evaluación para la mejoracontinua”, la metacognición, el desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo en losestudiantes.

Página | 11

10.Evaluación por competencias

• Reportes escritos de las prácticas desarrolladas, con base al formato establecido.

• Reporte escrito de las investigaciones documentales solicitadas.

• Reporte escrito de la implementación y prueba de programas.

• Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente.

• Reportes escritos con las conclusiones de las aplicaciones generadas.

• Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos.

• Participación en clase considerando las actividades de trabajo en equipo y la exposiciónde temas, así como presentación de proyectos individuales o multidisciplinarios.

11. Fuentes de información

1. Derek Molloy, Exploring BeagleBone; Tools and techniques for building with embeddedlinux, Wiley, 2015.2.Yifeng Zhu, Embedded Systems with ARM Cortex-M3 Microcontrollers in AssemblyLanguage and C,E-Man Press LLC, 2014.3. Samuel Greengard, The Internet of Things, The MIT Press, 2015.4. Philip Koopman, Better Embedded System Software, Drumnadrochit Education, 2010.5. Christopher Hallinan, Embedded Linux Primer: A Practical Real-World Approach,Prentice Hall, 2010.6.KarimYaghmour, Jon Masters, Gilad Ben-Yossef and Philippe Gerum, BuildingEmbedded Linux Systems, O'Reilly Media, 2008.7. KatalinPopovici, Frédéric Rousseau, Ahmed Jerraya, and Marilyn Wolf, EmbeddedSoftware Design and Programming of Multiprocessor System-on-Chip: Simulink andSystem C Case Studies, Springer, 2010.8. Marisa Lee, Raspberry Pi 2: Beginner's Step-by-Step Guide to Using Your RaspberryPi 2, 2015.9. Yankee Bush Software LLC, How to Build Your Own Real-Time Operating System:Advanced Embedded Kernel Programming in C & Assembly, 2014.10. Jim Cooling, Real-time Operating Systems, Lindentree Associates, 2013.11. Simon Monk, Programming the BeagleBone Black: Getting Started with JavaScriptand Bone Script, Mc. Graw Hill, 2014.

Página | 12