Tutorial de sistemas integrados
Bryce León
⚡ Resumen inteligente
El tutorial sobre sistemas embebidos explica los dispositivos basados en controladores diseñados para realizar funciones específicas dentro de sistemas mecánicos o eléctricos más grandes. LessEstos cursos abarcan componentes, características, microcontroladores, microprocesadores, lenguajes de programación, aplicaciones, ventajas y desventajas, tanto para ingenieros principiantes como intermedios.
Antes de aprender sobre el sistema integrado, aprendamos:
¿Qué es un sistema?
Un sistema es un arreglo donde todos sus componentes funcionan de acuerdo con reglas específicas definidas. Es un método de organizar, trabajar o realizar una o más tareas según un plan fijo.
¿Qué es un sistema integrado?
Sistema integrado Es una combinación de software y hardware de computadora que tiene una capacidad fija o es programable. Un sistema integrado puede ser un sistema independiente o puede ser parte de un sistema grande. Está diseñado principalmente para una función o funciones específicas dentro de un sistema más grande. Por ejemplo, una alarma contra incendios es un ejemplo común de un sistema integrado que sólo puede detectar humo.
Ejemplo de sistemas integrados
Impresora laser
Las impresoras láser son uno de los ejemplos de sistemas integrados que utilizan sistemas integrados para gestionar diversos aspectos de la impresión. Además de realizar la tarea principal de impresión, debe recibir las entradas del usuario, gestionar la comunicación con el sistema informático, gestionar los fallos y detectar los papeles que quedan en la bandeja, etc.
Aquí, la tarea principal del microprocesador es comprender el texto y controlar el cabezal de impresión de tal manera que descargue tinta donde sea necesaria.
Para realizar esto, necesita decodificar los diferentes archivos que se le entregan y comprender la fuente y los gráficos. Consumirá una cantidad considerable de tiempo de CPU para procesar los datos, además de tener que recibir entradas del usuario, controlar motores, etc.
Historia del sistema integrado
A continuación se presentan hitos importantes de la historia de los sistemas integrados:
- En 1960, el sistema embebido se utilizó por primera vez para el desarrollo.ping Sistema de guía del programa Apolo, diseñado por Charles Stark Draper en el MIT.
- En 1965, Autonetics desarrolló el D-17B, la computadora utilizada en el sistema de guía de misiles Minuteman.
- En 1968 se lanzó el primer sistema integrado para un vehículo.
- Texas Instruments desarrolló el primer microcontrolador en 1971.
- En 1987, Wind River lanzó el primer sistema operativo integrado, VxWorks.
- Microsoft, Windows CE integrado en 1996.
- A finales de la década de 1990, apareció el primer sistema Linux integrado.
- El mercado integrado alcanzó los 140 mil millones de dólares en 2013.
- Los analistas proyectan un mercado integrado de más de 40 mil millones de dólares para 2030.
Características de un sistema integrado
Las siguientes son características importantes de un sistema integrado:
- Requiere rendimiento en tiempo real
- Debe tener alta disponibilidad y confiabilidad.
- Desarrollado en torno a un sistema operativo en tiempo real
- Por lo general, tienen una operación sencilla y sin disco, arranque de ROM.
- Diseñado para una tarea específica
- Debe estar conectado con periféricos para conectar dispositivos de entrada y salida.
- Ofrece alta confiabilidad y estabilidad.
- Se necesita una interfaz de usuario mínima
- Memoria limitada, bajo costo, menos consumo de energía
- No necesita ninguna memoria secundaria En computadora.
Terminologías importantes utilizadas en sistemas integrados.
Ahora, en este tutorial de sistemas integrados, cubriremos algunos términos importantes utilizados en los sistemas integrados.
Confiabilidad
Esta medida de la probabilidad de supervivencia del sistema cuando la función es crítica durante el tiempo de ejecución.
Tolerancia a fallos
La tolerancia a fallos es la capacidad de un sistema informático para sobrevivir en presencia de fallos.
Información de Evacuación
El sistema integrado debe cumplir diversas limitaciones de tiempo y de otro tipo. Le son impuestos por el comportamiento natural en tiempo real del mundo exterior.
Por ejemplo, un departamento de la fuerza aérea que mantiene tracDebido a la estricta limitación de tiempo real, los sistemas de defensa aérea deben calcular y planificar con precisión los contraataques de misiles entrantes. De lo contrario, serán destruidos.
Flexibilidad
Se trata de construir sistemas con oportunidades de depuración integradas que permiten el mantenimiento remoto.
Por ejemplo, está construyendo una nave espacial que aterrizará en otra maceta para recopilar varios tipos de datos y enviarnos los detalles recopilados. Si esta nave espacial se volviera loca y perdiera el control, deberíamos poder hacer algún diagnóstico importante. Por tanto, la flexibilidad es vital al diseñar un sistema integrado.
Portabilidad
La portabilidad es una medida de la facilidad de uso del mismo software integrado en diversos entornos. Requiere abs generalizadotracrelaciones entre la lógica del programa de aplicación en sí y las interfaces del sistema de bajo nivel.
¿Qué es el microcontrolador?
Un microcontrolador es una unidad VLSI de un solo chip que también se llama microcomputadora. Contiene toda la memoria y las interfaces de E/S necesarias, mientras que un microprocesador de uso general necesita chips adicionales para ofrecer estas funciones necesarias. Los microcontroladores se utilizan ampliamente en sistemas integrados para aplicaciones de control en tiempo real.
¿Qué es un microprocesador?
Un microprocesador es un dispositivo semiconductor de un solo chip. Su CPU contiene un contador de programa, una ALU, un puntero de pila, un registro de trabajo y un circuito de sincronización del reloj. También incluye ROM y RAM, decodificador de memoria y muchos puertos serie y paralelo.
Architectura del Sistema Embebido
A continuación se muestra la arquitectura básica del sistema integrado:
1) sensor
El sensor ayuda a medir la cantidad física y la convierte en una señal eléctrica. También almacena la cantidad medida en la memoria. Esta señal puede ser leída por un observador o por cualquier instrumento electrónico como un convertidor A2D.
2) Convertidor AD
El convertidor A-D (convertidor analógico a digital) le permite convertir una señal analógica enviada por el sensor en una señal digital.
3) Memoria
La memoria se utiliza para almacenar información. El sistema integrado contiene principalmente dos celdas de memoria: 1) Memoria volátil 2) Memoria no volátil.
4) Procesador y ASIC
Este componente procesa los datos para medir la salida y almacenarla en la memoria.
5) Convertidor DA
El convertidor D-A (un convertidor de digital a analógico) le ayuda a convertir los datos digitales alimentados por el procesador en datos analógicos.
6) Actuador
Un actuador le permite comparar la salida proporcionada por el convertidor D-A con la salida real almacenada en él y almacena la salida aprobada en la memoria.
Tipos de sistema integrado
Tres tipos de Sistemas Embebidos son:
- Pequeña escala
- Escala media
- Sofisticado
Sistemas Embebidos a Pequeña Escala
Este sistema embebido se puede diseñar con un único microcontrolador de 8 o 16 bits. Puede funcionar con la ayuda de una batería. Para el desarrolloping Los sistemas embebidos de pequeña escala, un editor, un ensamblador, un entorno de desarrollo integrado (IDE) y un ensamblador cruzado son los más vitales. herramientas de programación.
Sistemas Embebidos de Mediana Escala
Este tipo de sistemas embebidos están diseñados con microcontroladores de 16 o 32 bits. Estos sistemas ofrecen complejidades tanto de hardware como de software. C, C++, Javay herramientas de ingeniería de código fuente, etc., se utilizan para desarrollar este tipo de sistema integrado.
Sistemas Embebidos Sofisticados
Este tipo de sistemas integrados presentan muchas complejidades de hardware y software. Es posible que necesite IPS, ASIPS, PLA, procesador de configuración o procesadores escalables. Para el desarrollo de este sistema, necesita un diseño conjunto de hardware y software y componentes que deben combinarse en el sistema final.
Diferencia entre microprocesador y microcontrolador
Conozca la diferencia entre Microprocesador y microcontrolador
| Microprocesador | Microcontroladores |
|---|---|
| Utiliza bloques funcionales como unidades de registro, ALU, sincronización y control. | Utiliza bloques funcionales de microprocesadores como RAM, temporizador, E/S paralelas, ADC y DAC. |
| En el microprocesador, las instrucciones de manejo de bits son menores, solo uno o dos tipos. | El microcontrolador ofrece muchos tipos de instrucciones de manejo de bits. |
| Ofrece movimientos rápidos de código y datos entre la memoria externa y el microprocesador. | Ofrece movimientos rápidos de código y datos en el microcontrolador. |
| Le ayuda a diseñar un sistema informático digital de uso general. | Le ayuda a diseñar sistemas dedicados para aplicaciones específicas. |
| Te permite realizar múltiples tareas a la vez. | Es un sistema orientado a una sola tarea. |
| En el sistema de microprocesador, puede decidir la cantidad de memoria o puertos de E/S necesarios. | En el sistema de microcontrolador, el número fijo de memoria o E/S hace que un microcontrolador sea ideal para completar la tarea específica. |
| Ofrece soporte para memoria externa y puertos de E/S, lo que lo hace más pesado y costoso. | Este tipo de sistema es ligero y más económico en comparación con el microprocesador. |
| Los dispositivos externos necesitan más espacio y su consumo de energía es bastante mayor. | Este tipo de sistema consume menos espacio y el consumo de energía también es muy bajo. |
Aplicaciones de sistemas integrados
Las siguientes son las aplicaciones importantes del sistema integrado:
ciencia robótica
- Vehículos terrestres
- Drones
- Vehículos submarinos
- Robots industriales
Médical Scientific
- Máquina de diálisis
- Las bombas de infusión
- monitor cardiaco
- Dispositivo protésico
Motorium
- Motor de control
- Sistema de encendido
- Sistema de frenos
Networking
- Router
- Bujes
- Gateways
- Instrumentos electrónicos
Dispositivos domésticos
- televisores
- Digialarma tal
- Aire Acondicionado
- Reproductor de vídeo DVD
- Cámaras
Automóviles
- Inyección de combustible
- Sistema de Iluminación
- Cerraduras de las puertas
- Bolsas de Aire
- Windows
- Sistema de asistente de estacionamiento
- Alarmas antirrobo Whippers Motion
Control Industrial
- Robótica
- Sistema de control
- Misiles
- Reactores nucleares
- Estaciones espaciales
- Servicios de enlace
Ventajas del sistema integrado
A continuación se detallan las ventajas y ventajas de utilizar el sistema integrado:
- Es capaz de cubrir una amplia variedad de entornos.
- Less probable que se cometan errores
- Hardware simplificado del sistema integrado que reduce los costos generales.
- Ofrece un rendimiento mejorado
- El sistema integrado es útil para la producción en masa.
- El sistema integrado es altamente confiable.
- Tiene muy pocas interconexiones.
- El sistema integrado es de tamaño pequeño.
- Tiene un funcionamiento rápido.
- Ofrece una mejor calidad del producto.
- Optimiza el uso de los recursos del sistema.
- Tiene un funcionamiento de bajo consumo.
Desventajas del sistema integrado
Aquí se presentan importantes desventajas e inconvenientes del uso del sistema integrado.
- Desarrollar un sistema integrado requiere un gran esfuerzo de desarrollo.
- Necesita mucho tiempo para comercializarse.
- Los sistemas integrados realizan una tarea muy específica, por lo que no se pueden programar para hacer cosas diferentes.
- Los sistemas integrados ofrecen recursos de memoria muy limitados.
- No ofrece ninguna mejora tecnológica.
- Es difícil realizar copias de seguridad de archivos incrustados.
