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2013

TRABAJO COLABORATIVO

UNO

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TRABAJO COLABORATIVO NO.1ACT 6

PRESENTADO POR:

ANDERSON JAVIER OSORIO VALDERRAMA

Cd:1.117.490.848

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAFACULTAD DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERAS

PROGRAMA INGENIERA ELECTRNICA2013

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1. DEFINICIN DE SIGNIFICADOS

SISTEMAS EMBEBIDOS

Se entiende por sistemas embebidos a una combinacin de hardware y softwarede computadora, sumado tal vez a algunas piezas mecnicas o de otro tipo,diseado para tener una funcin especfica. Es comn el uso de estosdispositivos pero pocos se dan cuenta que hay un procesador y un programaejecutndose que les permite funcionar. Esto ofrece un contraste con lacomputadora personal, que si bien tambin est formada por una combinacin dehardware y software ms algunas piezas mecnicas (discos rgidos, por ejemplo).Sin embargo la computadora personal no es diseada para un uso especfico. Sino que es posible darle muchos usos diferentes.

Muchas veces un sistema embebido es un componente de un sistema muchoms grande, como por ejemplo los sistemas de frenos o el sistema de inyeccinde combustible, en automviles actuales son sistemas embebidos. Estacombinacin de software y hardware puede ser reemplazada en muchos casospor un circuito integrado que realice la misma tarea. Pero una de las ventajas delos sistemas embebidos es su flexibilidad. Ya que a la hora de realizar algunamodificacin resulta mucho ms sencillo modificar unas lneas de cdigo alsoftware del sistema embebido que reemplazar todo el circuito integrado.

Ejemplos

Ejemplos: Vdeo, lavadora, ABS,, computadora de vuelo

Computador de un coche:

Con este tipo de sistemas es posible la realizacin de varias tareas especficas:Un ejemplo de multifuncionalidad de tareas sera:

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Control automtico de velocidad

Control climatizacin

Visualizacin:

Velocidad

Rpm

3.1 HISTORIA

El primer sistema embebido reconocido fue el sistema de gua de Apolodesarrollado por el laboratorio de desarrollo del MIT para las misiones Apolo haciala luna. Cada vuelo hacia la luna tena dos de estos sistemas. La funcin era

manejar el sistema de gua inercial de los mdulos de excursin lunar. En uncomienzo fue considerado como el elemento que ms riesgo presentaba en elproyecto Apolo. Este sistema de cmputo fue el primero en utilizar circuitosintegrados y utilizaba una memoria RAM magntica, con un tamao de palabra de16 bits. El software fue escrito en el lenguaje ensamblador propio y constitua en elsistema operativo bsico, pero capaz de soportar hasta ocho tareas simultneas.

El primer sistema embebido producido en masa, fue el computador gua del misilnorteamericano Minuteman II en 1962. El principal aspecto de diseo delcomputador del Minuteman, es que adems de estar construido con circuitosintegrados, permita reprogramar los algoritmos de gua del misil para la reduccin

de errores, y permita realizar pruebas sobre el misil ahorrando as el peso de loscables y conectores.

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3.2 CARACTERSTICAS

Concurrencia

Los componentes del sistema controlado o monitorizado funcionan

simultneamente.

El sistema de control debe atenderlo y generar las acciones de control ovisualizacin de forma simultnea.

Un computador ejecuta sus acciones de forma secuencial // RAPIDEZ // sepuede hacer que el computador ejecute sus acciones de formaaparentemente simultnea.

Computadores multiprocesador o sistemas con varios computadores

Fiabilidad y seguridad

Un fallo en un sistema de control puede hacer que el sistema controlado secomporte de forma peligrosa o antieconmica.

Es importante asegurar que si el sistema de control falla lo haga de formaque el sistema controlado quede en un estado seguro hay que tener encuenta los posibles fallos o excepciones en el diseo.

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Eficiencia

Gran parte de los sistemas de control deben responder con gran rapidez alos cambios en el sistema controlado.

Interaccin con dispositivos fsicos:

Los sistemas empotrados interaccionan con su entorno mediante diversos tipos dedispositivos que normalmente no son convencionales (teclados, impresoras,...):convertidores A/D y D/A, pwm, entradas y salidas digitales paralelo y serie,...(Interfaces con sensores, actuadores, perifricos especiales,...).

Los componentes del software que controlan el funcionamiento de estosdispositivos (manejadores, " drivers") son, en general, dependientes del sistema

concreto.

Robustez

Embarcados en sistemas con movimiento o que pueden ser transportados, sujetosa vibraciones e incluso impactos (coches, robots, instrumentacin porttil,...).No siempre trabajan en condiciones ptimas de temperatura, humedad, limpieza.

Factor de proteccin IP: IP65

Primer dgito: proteccin ante entrada de slidos (polvo). Segundo dgito: proteccin ante la entrada de lquidos.

Bajo consumo

Muchos de estos sistemas estn alimentados con bateras o pilas.

Menor consumo => mayor autonoma.

En muchos casos necesidades de bajo voltaje (3V).

Bajo peso

Caracterstica de agradecer en sistemas porttiles. No depende nicamente del computador embarcado y su periferia sino

tambin de la alimentacin (bateras) o de los sensores y actuadores.

Bajo precio

Aplicable a electrnica de consumo y otros dispositivos con mercados muycompetitivos (i.e. telefona mvil).

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Pequeas dimensiones

Las dimensiones de un sistema empotrado no dependen slo de s mismo sinotambin del espacio disponible en el sistema que controla y/o monitoriza.

Caracterstica a tener muy en cuenta por los problemas que acarrea.

3.3 COMPONENTES

Las principales caractersticas de un sistema embebido son el bajo costo yconsumo de potencia. Dado que muchos sistemas embebidos son concebidospara ser producidos en miles o millones de unidades, el costo por unidad es unaspecto importante a tener en cuenta en la etapa de diseo. Generalmente, lossistemas embebidos emplean procesadores muy bsicos, relativamente lentos ymemorias pequeas para minimizar los costos.

En estos sistemas la velocidad no solo est dada por la velocidad del reloj delprocesador, sino que el total la arquitectura se simplifica con el fin de reducircostos. Normalmente, un sistema embebido emplea perifricos controlados porinterfaces seriales sincrnicos, las cuales son muchas veces ms lentas que losperifricos empleados en un PC.

Como se mostr anteriormente, un sistema embebido debe enfrentar fuertesrestricciones de recursos, por tanto, normalmente deber hacer uso de sistemasoperativos especiales, denominados de tiempo real (RTOS Real time operatingsystem). Los sistemas embebidos debern reaccionar a estmulos provenientesdel ambiente, respondiendo con fuertes restricciones de tiempo en muchos casos,por lo tanto, un sistema se dice que trabaja en tiempo real si la informacindespus de la adquisicin y tratamiento es todava vigente. Es decir, que en elcaso de una informacin que llega de forma peridica, los tiempos de adquisiciny tratamiento deben ser inferiores al perodo de actualizacin de dichainformacin. Un sistema embebido puede o no ser de tiempo de real dependiendode los requerimientos especficos de la aplicacin que se quiere implementar.

Los programas en estos sistemas se ejecutan minimizando los tiempos muertos yenfrentando fuertes limitaciones de hardware, ya que usualmente no tienen discosduros, ni teclados o monitores, una memoria flash reemplaza los discos y algunosbotones y una pantalla LCD normalmente reemplazan los dispositivos de interfaz.El software que controla un dispositivo de hardware, por ejemplo n una memoriaROM, Flash o un circuito integrado se conoce como Firmware. Tpicamente laprogramacin en estos dispositivos se realiza en lenguaje ensamblador o enlenguaje C, actualmente se han desarrollado algunas mquinas virtuales y otroscompiladores que permiten el diseo de programas ms complejos. Adems sepuede encontrar depuradores, simuladores, ases de datos, GUIs, metodologasentre otras herramientas para el diseo y programacin de este tipo de sistemas.

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Un sistema embebido en principio esta ra formando por un microprocesador y unsoftware que se ejecute sobre este. Sin embargo este software necesitara sinduda un lugar donde poder guardarse para luego ser ejecutado por el procesador.Esto podra tomar la forma de memoria RAM o ROM, Todo sistema embebido

necesitara en alguna medida una cierta cantidad de memoria, la cual puedeincluso encontrarse dentro del mismo chip del procesador. Adems de estonormalmente un sistema embebido contara con una serie de salidas y entradasnecesarias para comunicarse con el mundo exterior.

Debido a que las tareas realizadas por sistemas embebidos son de relativasencillez, los procesadores comnmente usados cuentan con registros de 8 o 16bits. En su memoria solo reside el programa destinado a gobernar una aplicacindeterminada. Sus lneas de entrada/salida soportan el conexionado de lossensores y actuadores del dispositivo a controlar y todos los recursoscomplementarios disponibles tiene como nica finalidad atender a susrequerimientos.

Estas son las nicas caractersticas que tienen en comn los sistemas embebidos,todo lo dems ser totalmente diferente para cada sistema embebido en particulardebido a la inmensa diversidad de aplicaciones disponibles.

Arquitectura bsica ms empleada

Un PC embebido posee una arquitectura semejante a la de un PC. Brevementestos son los elementos bsicos:

Microprocesador

Es el encargado de realizar las operaciones de clculo principales del sistema.Ejecuta cdigo para realizar una determinada tarea y dirige el funcionamiento delos dems elementos que le rodean, a modo de director de una orquesta.

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Memoria

En ella se encuentra almacenado el cdigo de los programas que el sistemapuede ejecutar as como los datos. Su caracterstica principal es que debe tenerun acceso de lectura y escritura lo ms rpido posible para que elmicroprocesador no pierda tiempo en tareas que no son meramente de clculo.

Al ser voltil el sistema requiere de un soporte donde se almacenen los datosincluso sin disponer de alimentacin o energa.

Cach

Memoria ms rpida que la principal en la que se almacenan los datos y el cdigoaccedido ltimamente. Dado que el sistema realiza micro-tareas, muchas vecesrepetitivas, la cach hace ahorrar tiempo ya que no har falta ir a memoriaprincipal si el dato o la instruccin ya se encuentra en la cach. Dado su altoprecio tiene un tamao muy inferior (8 512 KB) con respecto a la principal (8256 MB).

Disco duro

En l la informacin no es voltil y adems puede conseguir capacidades muyelevadas. A diferencia de la memoria que es de estado slido ste suele sermagntico. Pero su excesivo tamao a veces lo hace inviable para PCsembebidos, con lo que se requieren soluciones como discos de estado slido.Existen en el mercado varias soluciones de esta clase (DiskOnChip,CompactFlash, ID E Flash Drive, etc.) con capacidades suficientes para lamayora de sistemas embebidos (desde 2 hasta ms de 1 GB). El controlador deldisco duro de PCs estndar cumple con el estndar IDE y es un chip ms de laplaca madre.

Disco flexible

Su funcin es la de un disco duro pero con discos con capacidades mucho mspequeas y la ventaja de su portabilidad. Siempre se encuentra en un PCestndar pero no as en un PC embebido.

BIOS-ROM

BIOS (Basic Input & Output System, sistema bsico de entrada y salida) escdigo que es necesario para inicializar el ordenador y para poner encomunicacin los distintos elementos de la placa madre. La ROM (Read OnlyMemory, memoria de slo lectura no voltil) es un chip donde se encuentra elcdigo BIOS.

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CMOS-RAM

Es un chip de memoria de lectura y escritura alimentado con una pila donde se

almacena el tipo y ubicacin de los dispositivos conectados a la placa madre(disco duro, puertos de entrada y salida, etc.). Adems contiene un reloj enpermanente funcionamiento que ofrece al sistema la fecha y la hora.

Chip Set

Chip que se encarga de controlar las interrupciones dirigidas al microprocesador,el acceso directo a memoria (DMA) y al bus ISA, adems de ofrecertemporizadores, etc. Es frecuente encontrar la CMOS-RAM y el reloj de tiemporeal en el interior del Chip Set.

3.4 APLICACIONES

Los lugares donde se pueden encontrar los sistemas embebidos son numerosos yde varias naturalezas.

A continuacin se exponen varios ejemplos para ilustrar las posibilidades de losmismos:

En una fbrica, para controlar un proceso de montaje o produccin. Unamquina que se encargue de una determinada tarea hoy en da contienenumerosos circuitos electrnicos y elctricos para el control de motores, hornos,

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etc. que deben ser gobernados por un procesador, el cual ofrece un interfazpersona mquina para ser dirigido por un operario e informarle al mismo de lamarcha del proceso.

Puntos de servicio o venta (POS, Point Of Service). Las cajas donde se paga la

compra en un supermercado son cada vez ms completas, integrando tecladosnumricos, lectores de cdigos de barras mediante lser, lectores de tarjetasbancarias de banda magntica o chip, pantalla alfanumrica de cristal lquido,etc. El sistema embebido en este caso requiere numerosos conectores deentrada y salida y unas caractersticas robustas para la operacin continuada.

Puntos de informacin al ciudadano. En oficinas de turismo, grandes almacenes,bibliotecas, etc. existen equipos con una pantalla tctil donde se puede pulsarsobre la misma y elegir la consulta a realizar, obteniendo una respuestapersonalizada en un entorno grfico amigable.

Decodificadores y set-top boxes para la recepcin de televisin. Cada vez existeun mayor nmero de operadores de televisin que aprovechando lastecnologas va satlite y de red de cable ofrecen un servicio de televisin depago diferenciado del convencional. En primer lugar envan la seal en formatodigital MPEG-2 con lo que es necesario un procesado para decodificarla ymandarla al televisor. Adems viaja cifrada para evitar que la reciban en clarousuarios sin contrato, lo que requiere descifrarla en casa del abonado. Tambinofrecen un servicio de televisin interactiva o web-TV que necesita de unsoftware especfico para mostrar pginas web y con ello un sistema basado enprocesador con salida de seal de televisin.

Sistemas radar de aviones. El procesado de la seal recibida o reflejada delsistema radar embarcado en un avin requiere alta potencia de clculo adems

de ocupar poco espacio, pesar poco y soportar condiciones extremas defuncionamiento (temperatura, presin atmosfrica, vibraciones, etc.).

Equipos de medicina en hospitales y ambulancias UVI mvil. Mquinas de revelado automtico de fotos. Cajeros automticos. Pasarelas (Gateways) Internet-LAN.

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Y un sin fin de posibilidades an por descubrir o en estado embrionario comoson las neveras inteligentes que controlen su suministro va Internet, PCs debolsillo, etc.