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Introdução aos Sistemas Embarcados
- 1. Sistemas Embarcados Uma Introdução – Sistemas Embarcados Profa. Sílvia Aula dia 23 de Maio de 2022
- 2. O que é Eletrônica Embarca ? Sistemas Embarcado (embutido) Tradução de “embedded system” Eletrônica Embarcada Significa uma eletrônica que pode ser montada em veículos, eletrodomésticos, e assemelhados?
- 3. O que é Eletrônica Embarca ? • Um sistema embarcado, seja um computador construído para o único propósito da sua aplicação, ao invés de prover um sistema computacional generalizado.
- 4. O que é Eletrônica Embarca ? • Um sistema embarcado (ou sistema embutido) é um sistema microprocessado no qual o computador é completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla. • Diferentemente de computadores de propósito geral, como o computador pessoal, um sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas predefinidas, geralmente com requisitos específicos. Já que o sistema é dedicado a tarefas específicas, através de engenharia pode-se otimizar o projeto reduzindo tamanho, recursos computacionais e custo do produto.
- 5. O que um sistema embarcado pode fazer?? “... Um sistema embarcado salva vidas em marcapassos, garante a segurança dos transportes em computadores aviônicos e freios ABS, também aproxima as pessoas através de satélites e equipamentos de telecom, agrega conforto ao dia a dia com impressoras, TVs e players de mídia, e, ainda deixa a nossa vida mais divertida com os consoles de games. Sistema embarcado também é aplicado em sistemas de rede elétrica, em sistemas bélicos, em reatores nucleares, enfim, eles estão presentes em quase todos os eletrônicos...”
- 6. Alguns exemplos de onde são usados sistemas embarcados 1. Aviônicos, como sistemas de controle inercial, controle de vôo e outros sistemas integrados nas aeronaves, como sistemas de orientação de mísseis e anticolisão 2. Telefones celulares e centrais telefônicas 3. Equipamentos de redes de computadores, como roteadores, hubs, switches e firewalls 4. Impressoras 5. Dispositivos de armazenamento (discos rígidos e disquetes) 6. Equipamentos de automação comercial 7. Em veículos automotores, controladores da tracção e antibloqueio dos freios (controle de tração, freios ABS); do motor (injeção eletrônica, ignição eletrônica, recursos para redução do consumo de combustível e emissão de poluentes). 8. Calculadoras. 9. Eletrodomésticos, como fornos microondas, máquinas de lavar, aparelhos de TV não valvulados, DVD players 10.Equipamentos médicos 11.Videogames 12.PDAs 13.Urna eletrônica
- 7. Evolução dos Computadores • Grande Porte • Médio Porte • Microcomputadores • Microcomputadores ligados em redes • Computadores Portáteis Convergência dessa evolução! • Smartphones, Tablets, ... • Microeletrônica: viabilizou a evolução
- 8. Computação Ubíqua Um novo paradigma: “ ... Computador está em toda parte, de forma imperceptível (ou invisível) aos usuários, embarcado (ou embutido) nos ambientes agindo e reagindo de forma inteligente a tudo o que acontece ao seu redor ...” Conceito proposto em 1991, Mark Weser
- 10. Computação Ubíqua Computação Eletrônica Embarcada Ambientes podem ser: • Veículos, máquinas, equipamentos, • Smartphones, eletrodomésticos, ... E até pessoas e seres vivos: Computação Vestível
- 11. 1º Sistema Embarcado O visor e o teclado (DSKY) da interface do AGC, montado no painel de controle do módulo de comando, com o Flight Director Attitude Indicator (FDAI) abaixo: Apollo Guindance Computer – Responsável por levar o homem à lua Lista parcial dos códigos de verbs e nouns do AGC, escritas no painel lateral para consultas rápidas Apollo Guidance Computer
- 12. Mensagens de erro Esse sistema foi desenvolvido antes do microprocessador: O 1º Microprocessador 1971 Homem a Lua 1969 projeto da década de 60. Foi um grande feito – e responsável de levar o Homem a Lua.
- 13. Como era esse Computador?? Se comparado com as características de um Smartphone, ele era muito simples e limitado, mas, tinha todos os recursos necessários para a sua função. Porém, a capacidade de processamento era muito limitada, pouca memória, processador lento. O que podemos citar que perdia muito era a interface com o usuário, display somente numérico, teclado numérico com poucas teclas adicionais. A tabelas com números e códigos, tinham que ser consultada pelo astronauta e o código digitado no teclado quando necessário. Os comando portanto era por números, imaginem se um comando fosse trocado, pedir para a espaçonave subir e digitar o código de descer??? Mesmo dessa forma primitiva eles conseguiram essa grande façanha da humanidade – levar o homem a lua!! 1º Sistema Embarcado
- 14. Eletrônica Embarcada Destinada a uma única aplicação ( não é possível trocar os programas, criar novas interfaces ...) • Microprocessador/Microcontrolador/ASIC • Poucas Entradas/Saídas • Interface simples (em geral) • Comunicação (USB, com fio, sem fio) Mercado estimado: 50 bilhões de dispositivos • Internet das Coisas (IoTs) Já possui memória , entradas e saídas com capacidades reduzidas, mas, suficientes para atender as necessidades do equipamento embarcado. Ou módulos específicos: + robustos + compacto - custoso
- 15. Eletrônica Embarcada Requisitos e Restrições • Tamanho, peso • Consumo e custos: • reduzidos • Segurança e confiabilidade: (não dá para apertar o botão RESET) • Recuperação automática após erros e falhas • Robustez ao ambiente • Aplicação em Tempo Real (atender aos estímulos ao seu redor) Robô em Marte
- 16. Software Firmaware Interface com Usuário (qdo necessário) Comunicação Processador Microcontrolador ASIC (eletrônica dedica) Sensores Atuadores Entrada Saída Arquitetura Típica
- 17. Aplicações em Veículos Eletrônica Embarcada – exemplo presente nas nossas vidas • Presente nos veículos modernos (possui eletrônica embarcada): • Dezenas de processadores • Muitos dispositivos: • Computador de bordo, • Freios ABS, airbags, controle de tração, ar condicionado, entretenimento, ...
- 19. Aplicações em Veículos Cada vez mais dispositivos eletrônicos ...
- 20. Módulos que um veículo típico possui Informações advindas de sensores e de outros elementos presentes no veículos Informação: Pode ser usada por diversos subsistemas Construção automotiva de forma convencional: Muitos fios , impactos nos custos, tamanho e confiabilidade, só para citar alguns.
- 21. Essa arquitetura teve que ser revista. Unidade de Controle Eletrônica N entradas com N saídas, a convergência de fios para esse módulo seria muito grande. Arquitetura Centralizada
- 22. Arquitetura Distribuída Qual foi a solução?? Distribuir o processamento de todos os elementos em vários módulos pequenos, todos interligados por uma rede especial, uma rede veicular similar as redes de computadores.
- 23. Redes Veiculares – trouxe uma séries de vantagens Interligam as ECUs • Vários tipos de redes: CAM, LIN, ... • Grande redução no cabeamento (muito significativo) • Simplificação da instalação (trocar por um módulo novo, ou um novo opcional, basta plugar mais um elemento) • Flexibilidade • Facilidade de diagnóstico e manutenção (plugar um módulo especial que conversa com todos os elementos do veículo) • Potencial para uma nova instrumentação
- 24. Instrumentação Convencional Analógica • Grandeza medida usuário interpreta • Medição pode ser alterada: • Ruídos, atenuação em cabos muito longos, ... • Muitas limitações e problemas.
- 25. Instrumentação Inteligente Sinal analógico e digitalizado: • Compensa erros e não linearidades (pode ser feito por software) • Transmite digitalmente a medição para outros módulos que necessitem da informação • Recebe mensagens: sua identificação, modificação de calibração, autoteste, ... • Surgem as Redes de Controle.