Universidad de OrienteNcleo de MonagasDepartamento de Ingeniera de SistemasCursos Especiales de Gradorea: Automatizacin y Control de Procesos IndustrialesEstrategias de Automatizacin Industrial

SISTEMAS EMPOTRADOSUnidad V: Nuevos paradigmas de la automatizacin industrial

Equipo SCMCarlos Augusto Natera Abreu C.I.: 16.940.453Manuel Andrs Meneses Meneses C.I.: 17.707.901

Tutor: Ing. Judith Devia

Maturn, Abril 2015

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ndice

INTRODUCCIN1MARCO TERICO2Definicin: Sistemas Empotrados2Clasificaciones3Caracteristicas 3Ventajas4Desarrollo de Sistemas Empotados 4DISCUSIN7CONCLUSIONES9REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS10 1

INTRODUCCIN

Un sistema embebido es un circuito electrnico computarizado que est diseado para cumplir una labor especfica en un producto.La inteligencia artificial, secuencias y algoritmos de un sistema embebido estn dentro en la memoria de una pequea computadora llamada microcontrolador. La programacin embebida permite desarrollar instrucciones precisas para microcontroladores que cumplen funciones especficas.Los sistemas empotrados son utilizados en el control de buena parte de aplicaciones, en los dispositivos electrnicos de consumo (videoconsolas, reproductores de audio/vdeo..), en la automocin (control de airbag, climatizador..), en la industria (control de motores, robtica..), en las comunicaciones (telfonos mviles, modem...), etc.

MARCO TEORICO

DefinicinExisten una gran variedad de definiciones para los Sistemas Empotrados (SE), que son correctas pero subjetivas. A continuacin se presentan algunas de estas:1. Graaf, Lormans, y Toetenel definen a los SE como una mezcla de hardware y software que est dedicada a una aplicacin especifica, y que forma parte de un sistema fsico mayor unido por, al menos, una conexin lgica [Graaf, Lormans & Toetenel, 2002].2. De acuerdo a Galeano [Galeano, 2009] un SE es un circuito electrnico computarizado que est diseado para cumplir una labor especifica de un producto. As, la palabra empotrado ha reflejado el hecho de que estos sistemas se incorporan a un sistema de Ingeniera ms general [Li & Yao, 2003], en el que se han realizado funciones de control, procesamiento y/o monitorizacin [Berger, 2002].A partir de las definiciones anteriores y de la investigacin realizada, se define a los SE de la siguiente manera:Un SE es una combinacin de software y hardware y algunas otras partes, mecnicas o de otro tipo, destinadas a desempear una funcin especfica; cuyo objetivo es optimizar el producto final reduciendo su tamao o costo, o mejorando caractersticas relacionadas con su funcionalidad (eficiencia, disponibilidad, etc.). Estos sistemas se incrustan en un producto ms grande y normalmente no son visibles para el usuario. Adems, el software empotrado es vital pues los convierte en sistemas de procesamiento informtico.Con base en estas definiciones se puede afirmar que el desarrollo de SE comprende tanto la parte hardware como software, e implica un diseo paralelo de hardware y software.El software se vuelve un factor limitante (tanto en calidad como en tiempo de desarrollo y en costo), y el uso de tcnicas rigurosas de desarrollo de software puede contribuir en gran medida a la calidad de los sistemas, as como al tiempo de comercializacin de nuevos dispositivos o familias de dispositivos. Mientras que conocer el funcionamiento del hardware es trascendente y es uno de los requisitos fundamentales para realizar un buen diseo ya que, entre otras cosas, el hardware delimitar las capacidades del sistema que pueden mejorarse con el software.Una decisin de hardware puede afectar al software y viceversa; por lo que es necesario considerar para su diseo y desarrollo dos elementos conceptuales: la arquitectura hardware (construida en base de un procesador y de dispositivos lgicos programables) y la arquitectura software (que involucra a sistemas operativos, lenguajes de programacin, compiladores y herramientas de modelado).

Dentro de las definiciones expuestas anteriormente, una gran cantidad de dispositivos pueden ser considerados como sistemas empotrados. Podemos encontrar diferentes clasificaciones de este tipo de sistemas. Una de las principales se puede encontrar si consideramos su interaccin con el resto del entorno. Atendiendo a esta caracterstica, podemos encontrar los siguientes sistemas: Sistemas reactivos. son aquellos sistemas que siempre interactan con el exterior, de tal forma que la velocidad de operacin del sistema deber ser la velocidad del entorno exterior. Sistemas interactivos. son aquellos sistemas que siempre interactan con el exterior, de tal forma que la velocidad de operacin del sistema deber ser la velocidad del propio sistema empotrado. Sistemas transformacionales. son aquellos sistemas que no interactan con el exterior, nicamente toma un bloque de datos de entrada y lo transforma en un bloque de datos de salida, que no es necesario en el entorno.

Las principales caractersticas de un sistema empotrado son las siguientes: Estos sistemas emplearn una combinacin de recursos hardware y software para realizar una funcin especfica. Estos sistemas realizan un nica funcin o un conjunto muy limitado de funciones (no suelen ser de propsito general) La potencia, el coste y la realizabilidad suelen ser los principales factores de coste. El diseo de procesadores de aplicacin especfica suelen ser un componente significativo de estos sistemas.

Ventajas de los sistemas empotrados: Concurrencia. Los componentes del sistema funcionan simultneamente, por lo que el sistema deber operar a la vez. Fiabilidad y seguridad. El sistema debe ser fiable y seguro frente a errores, ya que puede requerir un comportamiento autnomo. El manejo de estos errores puede ser va hardware o software; aunque la utilizacin software nos dar un sistema menos robusto. Interaccin con dispositivos fsicos. Los sistemas empotrados interaccionan con el entorno a travs de dispositivos E/S no usuales, por lo que suele ser necesario un acondicionamiento de las diferentes seales. Robustez. El sistema empotrado se le impondr la necesidad de la mxima robustez ya que las condiciones de uso no tienen porqu ser buenas, sino que pueden estar en el interior de un vehculo con diferentes condiciones de operacin. Bajo consumo. El hecho de poder utilizar el sistema en ambientes hostiles puede implicar la necesidad de operaciones sin cables. Por lo tanto, un menor consumo implica una mayor autonoma de operacin.El desarrollo de cada SE es muy especfico en cuanto al producto y su aplicacin. Sin embargo, el desarrollo de un SE bsicamente incluye un ciclo de vida con los siguientes pasos: Especificacin del producto: describe lo que ser y lo que har el producto final [Ball, 2002]; en esta fase se establecen los requisitos y en funcin a estos se eligen las herramientas de desarrollo hardware y software [Berger, 2002]. Para esta etapa del diseo existen diferentes herramientas para formalizar el SE de acuerdo a las funciones y restricciones que debe satisfacer. Divisin hardware/software: identifica los subsistemas o mdulos que sern implementados va software o hardware [Berger, 2002]. En esta etapa se debe considerar que los requisitos de hardware son ms rigurosos que los requisitos de software; la divisin depende en gran medida del procesador seleccionado. Diseo de software: la calidad del software debe ser inherente desde el principio e incorporada mediante el diseo [Calero, 2010]. Para el diseo del software empotrado (conocido tambin como firmware) existen diversas maneras de describirlo, esto depende de qu informacin ha de enviarse; algunos de los mtodos ms utilizados son los diagramas de flujo, diagramas de estado, pseudocdigo, etc. As, para realizar un buen diseo se debe contar con los requisitos debidamente documentados y contemplar las caractersticas del producto. Diseo de hardware: una vez que el sistema est diseado y los requisitos de hardware se han establecido, el siguiente paso es disear el hardware [Ball, 2002]. El objetivo es tener un diseo detallado del sistema a nivel hardware que cumpla con los requisitos del sistema. Por lo tanto en esta fase se realizan tareas especficas para el desarrollo del hardware (definicin de la interfaz hardware, requisitos de tamao, consumo, etc.). Integracin del sistema: integra los componentes hardware con los componentes software. Una vez que se cuenta con un prototipo a nivel hardware y con el software empotrado compilado sin errores se puede iniciar con esta etapa. Es importante realizar pruebas de hardware y depurar el software simultneamente usando las herramientas y mtodos especiales para el manejo de la complejidad, por ejemplo: Matlab/Simulink, LabView y Proteus. Pruebas del producto: determinan si el sistema funciona correctamente; estas pruebas son ms estrictas. Existen mtodos de depuracin para SE, sin embargo muchos de estos sistemas no pueden depurarse hasta que se encuentran operando. Mantenimiento y actualizaciones: la mayora de los diseadores de SE (alrededor del 60%) mantienen y mejoran los productos existentes, en lugar de disear nuevos productos. La mayora de estos diseadores no suelen ser miembros del equipo de diseo original, por lo que se debe confiar en su experiencia, conocimientos tcnicos, la documentacin existente y el producto; para entender el diseo original y mantenerlo y mejorarlo [Berger, 2002].

DISCUSIN

En la actualidad se han desarrollado diferentes investigaciones en el dominio de los sistemas empotrados que pretenden gestionar adecuadamente un desarrollo de calidad buscando un equilibro entre los siguientes tres elementos: costo, calidad y tiempo, pues de estos elementos depende directamente el xito de este tipo de sistemas.

Normalmente, un sistema empotrado est basado en un micro controlador, que controla una funcin o funciones especficas de un sistema. Sin embargo, el sistema no est diseado para ser programado por el usuario final, como podra suceder con un PC, en el que ahora lo utilizamos como un procesador de textos y al cabo de un rato le instalamos un juego.

Es decir, un usuario final puede configurar el dispositivo empotrado, pero normalmente no puede modificar la funcionalidad para la que ha sido construido. As pues, un sistema empotrado est diseado para llevar a cabo especficamente la tarea para la que ha sido programado. La tarea puede no ser nica y, por lo tanto, se pueden incluir en ella varias opciones que el usuario puede seleccionar (como si se tratara de los distintos programas de lavado en una lavadora).

Este rasgo es diferencial con relacin a los ordenadores, o al menos lo era hasta hace muy poco. Actualmente, un grupo minoritario de los dispositivos empotrados han experimentado una fuerte evolucin y ya casi ofrecen funcionalidades ms cercanas a los PC que a los electrodomsticos. Ejemplo Un buen ejemplo del acercamiento de los electrodomsticos a las funciones prximas al PC lo tenemos en la telefona mvil, con dispositivos con capacidades equivalentes a las de un ordenador.

Las tcnicas de diseo de sistemas empotrados han posibilitado el desarrollo de productos ms pequeos, ms rpidos, ms robustos y, sobre todo, ms baratos que se estn introduciendo en casi todos los dispositivos que rodean nuestra vida diaria. El diseo ha permitido crear transistores extremadamente pequeos que se pueden integrar por millones en pequeos circuitos integrados. Gracias a esto, se han podido construir sistemas ms complejos de una manera modular.

El desarrollo de un sistema empotrado est condicionado siempre por su robustez y eficiencia, y con el condicionante de que ninguno de sus usuarios final es consciente de su existencia.

El desarrollador de sistemas empotrados se debe enfrentar a la interaccin con dispositivos analgicos y digitales, tiene que comprender cmo funcionan sensores y transductores y cmo sus seales son digitalizadas o viceversa. Tambin, cada da ms, los sistemas empotrados utilizan conexiones de red, en muchos casos con protocolos especficos condicionados por la naturaleza de estos dispositivos. De este modo, la tarea de desarrollar un sistema empotrado es heterognea y requiere que el desarrollador tenga un amplio abanico de habilidades y conocimientos.

CONCLUSIN

Un sistema empotrado es un artefacto (hardware + software) no susceptible de modificacin del algoritmo que define su comportamiento, con un conjunto de elementos externos que desarrolla una funcin especfica de manera autnoma.

Un sistema empotrado es un sistema computador de propsito especial construido en un dispositivo mayor, que mezcla hardware y software que constituye un componente dentro de un sistema ms complejo y se espera que funcione sin intervencin humana.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

S.F. [Documento en lnea]. Disponible: http://www.uhu.es/raul.jimenez/ EMPOTRADO/introduccion.pdf [Consultado: 2015, abril 27]

Ing. Herrera Andrea. Desarrollo de una metodologa para el diseo de sistemas empotrados bajo el paradigma de mejora del proceso software. [Documento en lnea]. Disponible: http://jupiter.utm.mx/~tesis_dig/11487.pdf [Consultado: 2015, abril 26]

Vilajosana Ignasi. Introduccin a los sistemas empotrados. [Documento en lnea]. Disponible: http://www.exabyteinformatica.com/uoc/Informatica/Sistemas _empotrados/Sistemas_empotrados_(Modulo_1).pdf [Consultado: 2015, abril 26]