1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Estrategias de Automatización Industrial
SISTEMAS EMPOTRADOS
Unidad V: Nuevos paradigmas de la automatización industrial
Equipo SCM
Carlos Augusto Natera Abreu C.I.: 16.940.453
Manuel Andrés Meneses Meneses C.I.: 17.707.901
Tutor: Ing. Judith Devia
Maturín, Abril 2015

2. Índice
INTRODUCCIÓN........................................................................................................1
MARCO TEÓRICO.....................................................................................................2
Definición: Sistemas Empotrados............................................................................2
Clasificaciones............................................................................................................3
Caracteristicas ...........................................................................................................3
Ventajas .......................................................................................................................4
Desarrollo de Sistemas Empotados .......................................................................4
DISCUSIÓN.................................................................................................................7
CONCLUSIONES.......................................................................................................9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................10

3. 1
INTRODUCCIÓN
Un sistema embebido es un circuito electrónico computarizado que está
diseñado para cumplir una labor específica en un producto.
La inteligencia artificial, secuencias y algoritmos de un sistema embebido están
dentro en la memoria de una pequeña computadora llamada microcontrolador.
La programación embebida permite desarrollar instrucciones precisas para
microcontroladores que cumplen funciones específicas.
Los sistemas empotrados son utilizados en el control de buena parte de
aplicaciones, en los dispositivos electrónicos de consumo (videoconsolas,
reproductores de audio/vídeo..), en la automoción (control de airbag,
climatizador..), en la industria (control de motores, robótica..), en las
comunicaciones (teléfonos móviles, modem...), etc.

4. 2
MARCO TEORICO
Definición
Existen una gran variedad de definiciones para los Sistemas Empotrados
(SE), que son correctas pero subjetivas. A continuación se presentan algunas de
estas:
1. Graaf, Lormans, y Toetenel definen a los SE como “una mezcla de
hardware y software que está dedicada a una aplicación especifica, y que forma
parte de un sistema físico mayor unido por, al menos, una conexión lógica” [Graaf,
Lormans & Toetenel, 2002].
2. De acuerdo a Galeano [Galeano, 2009] un SE es “un circuito electrónico
computarizado que está diseñado para cumplir una labor especifica de un
producto”. Así, la palabra empotrado ha reflejado el hecho de que estos sistemas
se incorporan a un sistema de Ingeniería más general [Li & Yao, 2003], en el que
se han realizado funciones de control, procesamiento y/o monitorización [Berger,
2002].
A partir de las definiciones anteriores y de la investigación realizada, se
define a los SE de la siguiente manera:
Un SE es una combinación de software y hardware y algunas otras partes,
mecánicas o de otro tipo, destinadas a desempeñar una función específica; cuyo
objetivo es optimizar el producto final reduciendo su tamaño o costo, o mejorando
características relacionadas con su funcionalidad (eficiencia, disponibilidad, etc.).
Estos sistemas se incrustan en un producto más grande y normalmente no son
visibles para el usuario. Además, el software empotrado es vital pues los convierte
en sistemas de procesamiento informático.
Con base en estas definiciones se puede afirmar que el desarrollo de SE
comprende tanto la parte hardware como software, e implica un diseño 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 técnicas rigurosas de desarrollo de software
puede contribuir en gran medida a la calidad de los sistemas, así como al tiempo
de comercialización 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 diseño ya que, entre otras cosas, el hardware
delimitará las capacidades del sistema que pueden mejorarse con el software.
Una decisión de hardware puede afectar al software y viceversa; por lo que
es necesario considerar para su diseño y desarrollo dos elementos conceptuales:
la arquitectura hardware (construida en base de un procesador y de dispositivos
lógicos programables) y la arquitectura software (que involucra a sistemas
operativos, lenguajes de programación, compiladores y herramientas de
modelado).

5. 3
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 interacción con el resto del
entorno. Atendiendo a esta característica, podemos encontrar los siguientes
sistemas:
• Sistemas reactivos. son aquellos sistemas que siempre interactúan con el
exterior, de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la
velocidad del entorno exterior.
• Sistemas interactivos. son aquellos sistemas que siempre interactúan con
el exterior, de tal forma que la velocidad de operación del sistema deberá ser la
velocidad del propio sistema empotrado.
• Sistemas transformacionales. son aquellos sistemas que no interactúan
con el exterior, únicamente 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 características de un sistema empotrado son las
siguientes:
• Estos sistemas emplearán una combinación de recursos hardware y
software para realizar una función específica.
• Estos sistemas realizan un única función o un conjunto muy limitado de
funciones (no suelen ser de propósito general)
• La potencia, el coste y la realizabilidad suelen ser los principales factores
de coste.
• El diseño de procesadores de aplicación específica suelen ser un
componente significativo de estos sistemas.
Ventajas de los sistemas empotrados:
• Concurrencia. Los componentes del sistema funcionan simultáneamente,
por lo que el sistema deberá operar a la vez.
• Fiabilidad y seguridad. El sistema debe ser fiable y seguro frente a errores,
ya que puede requerir un comportamiento autónomo. El manejo de estos errores
puede ser vía hardware o software; aunque la utilización software nos dará un
sistema menos robusto.
• Interacción con dispositivos físicos. Los sistemas empotrados
interaccionan con el entorno a través de dispositivos E/S no usuales, por lo que
suele ser necesario un acondicionamiento de las diferentes señales.
• Robustez. El sistema empotrado se le impondrá la necesidad de la
máxima robustez ya que las condiciones de uso no tienen porqué ser “buenas”,

6. 4
sino que pueden estar en el interior de un vehículo con diferentes condiciones de
operación.
• 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 autonomía de operación.
El desarrollo de cada SE es muy específico en cuanto al producto y su
aplicación. Sin embargo, el desarrollo de un SE básicamente incluye un ciclo de
vida con los siguientes pasos:
• Especificación del producto: describe lo que será y lo que hará el producto
final [Ball, 2002]; en esta fase se establecen los requisitos y en función a estos se
eligen las herramientas de desarrollo hardware y software [Berger, 2002]. Para
esta etapa del diseño existen diferentes herramientas para formalizar el SE de
acuerdo a las funciones y restricciones que debe satisfacer.
• División hardware/software: identifica los subsistemas o módulos que
serán implementados vía software o hardware [Berger, 2002]. En esta etapa se
debe considerar que los requisitos de hardware son más rigurosos que los
requisitos de software; la división depende en gran medida del procesador
seleccionado.
• Diseño de software: la calidad del software debe ser inherente desde el
principio e incorporada mediante el diseño [Calero, 2010]. Para el diseño del
software empotrado (conocido también como firmware) existen diversas maneras
de describirlo, esto depende de qué información ha de enviarse; algunos de los
métodos más utilizados son los diagramas de flujo, diagramas de estado,
pseudocódigo, etc. Así, para realizar un buen diseño se debe contar con los
requisitos debidamente documentados y contemplar las características del
producto.
• Diseño de hardware: una vez que el sistema está diseñado y los requisitos
de hardware se han establecido, el siguiente paso es diseñar el hardware [Ball,
2002]. El objetivo es tener un diseño detallado del sistema a nivel hardware que
cumpla con los requisitos del sistema. Por lo tanto en esta fase se realizan tareas
específicas para el desarrollo del hardware (definición de la interfaz hardware,
requisitos de tamaño, consumo, etc.).
• Integración 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
simultáneamente usando las herramientas y métodos 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 más estrictas. Existen métodos de depuración para SE, sin
embargo muchos de estos sistemas no pueden depurarse hasta que se
encuentran operando.

7. 5
• Mantenimiento y actualizaciones: la mayoría de los diseñadores de SE
(alrededor del 60%) mantienen y mejoran los productos existentes, en lugar de
diseñar nuevos productos. La mayoría de estos diseñadores no suelen ser
miembros del equipo de diseño original, por lo que se debe confiar en su
experiencia, conocimientos técnicos, la documentación existente y el producto;
para entender el diseño original y mantenerlo y mejorarlo [Berger, 2002].

8. 6
DISCUSIÓN
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 éxito
de este tipo de sistemas.
Normalmente, un sistema empotrado está basado en un micro controlador,
que controla una función o funciones específicas de un sistema. Sin embargo, el
sistema no está diseñado para ser programado por el usuario final, como podría
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.
Así pues, un sistema empotrado está diseñado para llevar a cabo específicamente
la tarea para la que ha sido programado. La tarea puede no ser única 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 relación a los ordenadores, o al menos lo era
hasta hace muy poco. Actualmente, un grupo minoritario de los dispositivos
empotrados han experimentado una fuerte evolución y ya casi ofrecen
funcionalidades más cercanas a los PC que a los electrodomésticos. Ejemplo Un
buen ejemplo del acercamiento de los electrodomésticos a las funciones próximas
al PC lo tenemos en la telefonía móvil, con dispositivos con capacidades
equivalentes a las de un ordenador.
Las técnicas de diseño de sistemas empotrados han posibilitado el desarrollo
de productos más pequeños, más rápidos, más robustos y, sobre todo, más
baratos que se están introduciendo en casi todos los dispositivos que rodean
nuestra vida diaria. El diseño ha permitido crear transistores extremadamente
pequeños que se pueden integrar por millones en pequeños circuitos integrados.
Gracias a esto, se han podido construir sistemas más complejos de una manera
modular.
El desarrollo de un sistema empotrado está condicionado siempre por su
robustez y eficiencia, y con el condicionante de que ninguno de sus usuarios final
es consciente de su existencia.

9. 7
El desarrollador de sistemas empotrados se debe enfrentar a la interacción
con dispositivos analógicos y digitales, tiene que comprender cómo funcionan
sensores y transductores y cómo sus señales son digitalizadas o viceversa.
También, cada día más, los sistemas empotrados utilizan conexiones de red, en
muchos casos con protocolos específicos condicionados por la naturaleza de
estos dispositivos. De este modo, la tarea de desarrollar un sistema empotrado es
heterogénea y requiere que el desarrollador tenga un amplio abanico de
habilidades y conocimientos.

10. 8
CONCLUSIÓN
Un sistema empotrado es un artefacto (hardware + software) no susceptible
de modificación del algoritmo que define su comportamiento, con un conjunto de
elementos externos que desarrolla una función específica de manera autónoma.
Un sistema empotrado es un sistema computador de propósito especial
construido en un dispositivo mayor, que mezcla hardware y software que
constituye un componente dentro de un sistema más complejo y se espera que
funcione sin intervención humana.

11. 9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
S.F. [Documento en línea]. Disponible: http://www.uhu.es/raul.jimenez/
EMPOTRADO/introduccion.pdf [Consultado: 2015, abril 27]
Ing. Herrera Andrea. “Desarrollo de una metodología para el diseño de
sistemas empotrados bajo el paradigma de mejora del proceso software”.
[Documento en línea]. Disponible: http://jupiter.utm.mx/~tesis_dig/11487.pdf
[Consultado: 2015, abril 26]
Vilajosana Ignasi. Introducción a los sistemas empotrados. [Documento en
línea]. Disponible: http://www.exabyteinformatica.com/uoc/Informatica/Sistemas
_empotrados/Sistemas_empotrados_(Modulo_1).pdf [Consultado: 2015, abril 26]