Sistema embutido
Um sistema de bordo é definido como um sistema eletrônico e computacional autônomo , muitas vezes em tempo real , especializado em uma tarefa precisa. O termo se refere tanto ao hardware do computador quanto ao software usado. Seus recursos são geralmente limitados espacialmente (tamanho reduzido) e energeticamente (consumo limitado).
História
Um dos primeiros sistemas embarcados modernos reconhecíveis foi o Apollo Guidance Computer em 1967, o sistema de orientação da missão lunar Apollo , desenvolvido por Charles Stark Draper do Massachusetts Institute of Technology . Cada missão lunar estava equipada com dois sistemas (AGC), um responsável pela orientação inercial e outro pelo módulo lunar . No início do projeto, o computador AGC da Apollo foi considerado a parte menos confiável do projeto. Por outro lado, graças à utilização de novos componentes que eram na altura os circuitos integrados , conseguiram-se ganhos substanciais no espaço útil e na carga útil , com uma suposta redução dos já numerosos riscos das missões.
Restrições
Os sistemas de bordo executam tarefas predefinidas e têm especificações vinculativas a cumprir, que podem ser:
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Espaço limitado : o espaço de memória pode ser limitado na ordem de alguns GB no máximo (embora o tamanho esteja se tornando cada vez menos limitado graças à miniaturização dos elementos). Os sistemas incorporados devem ser projetados para atender às necessidades com a maior precisão possível para evitar custos adicionais;
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Poder de computação : é necessário ter o poder de computação apenas necessário para atender às necessidades e às restrições de tempo da tarefa predefinida. Isso para evitar um custo adicional do aparelho e um consumo excessivo de energia (corrente elétrica);
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Autonomia : o consumo de energia deve ser o mais baixo possível, devido ao uso de baterias e / ou painéis solares ou mesmo células a combustível para determinados protótipos;
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Temporal : são determinados os tempos de execução e o deadline temporal de uma tarefa (os deadlines são conhecidos ou limitados a priori ). Esta última restrição significa que geralmente tais sistemas têm propriedades em tempo real ;
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Da confiabilidade para, se acontecer de alguns desses sistemas embarcados falharem, eles colocam vidas humanas em perigo ou prejudicam investimentos significativos. Eles são então considerados “críticos” e nunca devem falhar. Por “nunca falha” , é necessário entender sempre dar resultados corretos, relevantes e isto dentro dos tempos esperados pelos usuários (máquinas e / ou humanos) dos referidos resultados;
Arquitetura
Os sistemas incorporados geralmente usam microprocessadores ou microcontroladores de baixo consumo de energia , cuja parte do software é parcial ou totalmente programada no hardware, geralmente na memória em memória somente leitura (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH , etc. (isso é chamado de firmware ).
Características
- Em vez de sistemas universais que executam várias tarefas, os sistemas incorporados são projetados para executar tarefas específicas. Alguns devem atender às restrições de tempo real por motivos de confiabilidade e lucratividade. Outros, com poucas restrições de desempenho, tornam possível simplificar o sistema e reduzir os custos de fabricação.
- Os sistemas embarcados nem sempre são módulos independentes. Na maioria das vezes, eles são integrados ao dispositivo que controlam.
- O software criado para sistemas embarcados é denominado firmware. Ele é armazenado em uma memória somente leitura ou memória flash em vez de um disco rígido. Funciona na maioria das vezes com recursos materiais limitados: tela e teclado de tamanhos pequenos, ou mesmo ausentes, pouca memória, capacidades de cálculo relativamente baixas.
Interface de usuário
Alguns sistemas de bordo podem não ter uma interface de usuário (eles são, portanto, especializados em uma única tarefa). Mas essa interface também pode ser semelhante à de um sistema operacional de computador (por exemplo, um PDA ).
- Os sistemas mais simples possuem apenas botões, LEDs .
- Os sistemas mais complexos podem ter tela sensível ao toque ou até mesmo uma tela com botões para minimizar o espaço. O significado dos botões muda dependendo da tela e a seleção é feita naturalmente apontando para a função desejada.
- Os computadores de mão geralmente têm um botão no estilo "joystick" para navegação.
- Com a explosão da web , os fabricantes de sistemas embarcados criaram uma nova opção: uma interface no estilo de página da web por meio de uma conexão de rede. Isso evita o custo de um sistema sofisticado, enquanto mantém uma interface completa em outro computador quando necessário. Interface bem-sucedida para instalações remotas permanentes, especialmente roteadores .
- Alguns sistemas de bordo possuem uma interface de voz com reconhecimento automático de fala
Confiabilidade
Os sistemas embarcados estão principalmente em máquinas que precisam funcionar continuamente por muitos anos sem erros e, em alguns casos, corrigem os erros por conta própria quando eles acontecem. Portanto, o software é sempre desenvolvido e testado com mais cuidado do que o software para PCs. Partes móveis não confiáveis (por exemplo, unidades de disco, botões ou interruptores) são proibidas.
A questão da confiabilidade pode incluir:
- O sistema não pode ser desligado para reparos ou eles estão inacessíveis.
A solução pode ser peças sobressalentes adicionais ou um "modo suave" de software que fornece operação parcial.
Por exemplo: cabos submarinos, faróis de navegação, poços de perfuração, etc.
- O sistema deve ser mantido funcionando por razões de segurança. Freqüentemente, os backups são executados por um operador.
Neste caso, o "modo suave" é tolerado.
Por exemplo: sistemas de controle do reator, fábricas de produtos químicos, sinais de trem, etc.
Por exemplo: sistemas de ponte ou elevador , transferência de fundos, salas de negociação, vendas ou serviços automáticos, etc.
Areas de aplicação
Os campos em que encontramos sistemas incorporados são cada vez mais numerosos:
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Astronáutica : foguete , satélite artificial , sonda espacial , etc.
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Controlador lógico programável industrial , controle-comando
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Eletrodomésticos : televisão , forno microondas
- Meio Ambiente
- Equipamento médico
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Máquina de caixa automático (ATM)
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impressão : impressora multifuncional , copiadora , etc.
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Informática : disco rígido , unidade de disquete , etc.
- Metrologia
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Militar : míssil , radar
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Multimídia : console de videogame , assistente pessoal
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Telecomunicações : Set-top box , telefonia , roteador , firewall , servidor de horário , telefone celular .
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Transporte : Automotivo , Aeronáutica ( aviônica ), Ferrovias , etc.
Desenvolvimento de sistemas embarcados
O desenvolvimento de sistemas embarcados requer conhecimento de eletrônica e ciência da computação. Entre os equipamentos necessários para criar um sistema de bordo, encontramos:
- Documentação ( ficha técnica ) sobre os componentes utilizados. É a primeira fonte de informação para o desenvolvimento!
- As ferramentas básicas do engenheiro eletrônico ( ferro de solda , insolador, etc.)
- Ferramentas de análise de tempo: osciloscópio, analisador lógico, etc.
- Componentes básicos ( resistores , capacitores, etc.)
- Um microprocessador ou microcontrolador
- Um compilador cruzado (também conhecido como compilador cruzado)
- Um programador de microcontrolador ou um programador in-situ
- Um emulador no circuito ou ICE ( Emulador no circuito ). Este equipamento permite a depuração de hardware e software (possibilidade de depuração na fonte do software), porém permanece caro.
- Uma sonda JTAG . Barata e amplamente utilizada, a sonda JTAG permite não só a depuração de software in situ (leitura / modificação de registros, memórias, periféricos, etc.), mas também a programação da memória FLASH de microcontroladores, sejam eles internos ou externos como no caso de alguns chips do fabricante NXP
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Engenharia de sistemas : abordagem multidisciplinar para definir, desenvolver e implantar sistemas incorporando tecnologias digitais.
Mercado e emprego
Transversalmente em diferentes setores econômicos, em 2013, os sistemas integrados representaram um mercado avaliado em 73 bilhões de euros na França, ou 3,7% do PIB. Em termos de emprego, o setor reúne 1,3% da força de trabalho, ou 387,5 mil pessoas.
Notas e referências
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Octave Letellier , “ Embedded AI - novo campo usa graças a embedded AI ” , em Bpifrance Le Hub ,10 de janeiro de 2018(acessado em 5 de outubro de 2020 )
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Uma nova ideia SPIFI [1]
Veja também
Links internos
links externos