Los sistemas integrados se basan en microprocesadores para controlar el funcionamiento de otros dispositivos o supervisar su rendimiento. Suelen ser pequeños y compactos, por lo que hay que tener en cuenta su tamaño a la hora de diseñarlos.
Un sistema integrado puede tener una interfaz de usuario limitada, pero en la mayoría de los casos no tiene ninguna interfaz de usuario. En estos casos, los seres humanos interactúan con estos sistemas a través de controles manuales, como interruptores y diales, o controles automatizados, como sensores y actuadores. El proceso de integración de componentes de hardware y software en un sistema integrado se conoce como informática integrada. Para aplicaciones prácticas y gestión remota, especialmente con plataformas como Raspberry Pi, aprender a utilizar VNC para el acceso remoto puede ser muy beneficioso.
definición de sistema integrado
Un sistema integrado es una unidad de sistema informático con funciones y características específicas. Está diseñado para funcionar dentro de otros dispositivos como parte de su estructura lógica o física. Y normalmente se integra en un sistema más grande, como un coche, un avión o un smartphone.
arquitectura de sistemas integrados
Un sistema integrado está compuesto por hardware y software. Incluye únicamente su entorno operativo y su sistema operativo, así como todo su contenido de software. El hardware incluye muchos elementos, como procesadores de señales, memoria, módulos de comunicación, etc. Debido a su estructura única, los sistemas integrados difieren significativamente de los sistemas de procesamiento informático. Al no disponer de un medio de almacenamiento de gran capacidad que se adapte a él, el sistema integrado no puede almacenar grandes cantidades de información. Además, la mayoría de los medios de almacenamiento utilizados incluyen EPROM, EEPROM, etc., y la parte de software de la plataforma de desarrollo es una interfaz API.
estructura de hardware
La parte de hardware de un sistema integrado no difiere de la de un sistema informático general. Está compuesta por procesadores, memoria, dispositivos externos, interfaces de E/S y controladores gráficos.
Unidad central de procesamiento
La CPU de un sistema integrado incluye una unidad aritmética y un módulo controlador. Además, está equipada con un módulo de memoria, un módulo de alimentación, un módulo de reinicio, etc. Esta unidad central de procesamiento puede ser un componente dedicado, como el microcontrolador ATmega328P.
Flash
Para cumplir con los requisitos de los sistemas integrados en términos de velocidad, volumen y consumo de energía, sistemas operativos y software de aplicación. Los datos especiales que deben almacenarse durante mucho tiempo no suelen utilizar medios de almacenamiento de gran capacidad y baja velocidad, como los discos, sino que la mayoría utiliza EPROM , E2PROM o memoria flash.
Módulos A/D
En los sistemas integrados, los módulos A/D o D/A se utilizan principalmente para la medición y el control, y rara vez se utilizan en ordenadores de uso general.
Bus
Dependiendo de la aplicación y la escala reales, algunos sistemas integrados utilizarán un bus externo. Con la rápida expansión de los campos de aplicación, cada vez se utilizan más tipos de buses en los sistemas integrados.
Procesadores de señales
El hardware incluye muchos elementos, entre ellos procesadores de señales, memoria, módulos de comunicación, etc. Entre ellos se encuentran componentes especializados conocidos como procesadores de señales digitales (DSP).
sistema de software
El sistema de software del sistema integrado está diseñado para el sistema de hardware específico y los requisitos del usuario del sistema integrado. Es una parte importante del sistema integrado y la clave para realizar las funciones del sistema integrado. Se divide en cuatro capas: capa de controladores, capa de sistema operativo, capa de middleware y capa de aplicación.
1. Capa de controlador
La capa de controladores es una capa que está directamente conectada con el hardware y proporciona controladores de hardware o soporte básico subyacente para sistemas operativos y aplicaciones. En los sistemas integrados, un controlador se denomina a veces paquete de soporte de placa (BSP). El BSP tiene la función de inicializar el entorno básico de hardware del sistema después de encender el sistema integrado. El hardware básico incluye microprocesador, memoria, controlador de interrupciones, DMA, temporizador, etc. Capa de controladores: generalmente hay tres tipos de programas, a saber, el programa de inicialización a nivel de placa, el programa de controlador estándar y el programa de controlador de aplicaciones.
2. Capa del sistema operativo
El sistema operativo del sistema integrado tiene las funciones básicas de un sistema operativo general y se encarga de la asignación de todos los recursos de software y hardware del sistema integrado, la programación del control del trabajo y la coordinación de las actividades simultáneas. Sigue teniendo características integradas y pertenece al sistema operativo integrado (EOS). Los sistemas operativos integrados más habituales son Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS, etc. Con un sistema operativo integrado, la escritura de aplicaciones es más rápida, más eficiente y más estable.
3. capa de middleware
El middleware es un software que se utiliza para ayudar y respaldar el desarrollo de software de aplicación. Por lo general, incluye bases de datos, protocolos de red, soporte gráfico y las herramientas de desarrollo correspondientes, como MySQL, TCP/IP, GU1, etc.
4. capa de aplicación
El software de aplicación integrado es un software destinado a un campo de aplicación específico y utilizado para alcanzar los objetivos esperados por el usuario. Existe una cierta diferencia entre el software de aplicación integrado y el software de aplicación ordinario. No solo debe satisfacer las necesidades de las aplicaciones prácticas en términos de precisión, seguridad y estabilidad, sino que también debe optimizarse para reducir el consumo de recursos del sistema y el coste del hardware.
¿Cómo funciona un sistema integrado?
Un sistema integrado es un sistema informático diseñado para realizar tareas específicas dentro de un sistema más amplio. Suele estar integrado como parte de un dispositivo completo, como un coche o un electrodoméstico, y su finalidad es controlar o supervisar el dispositivo en el que está integrado.
Los sistemas integrados suelen estar construidos en torno a un microprocesador, con hardware y software especializados diseñados para realizar una tarea específica. A menudo están diseñados para funcionar en tiempo real, lo que significa que deben responder a eventos externos en un plazo de tiempo específico. Esto puede hacer que su diseño y depuración sean difíciles, pero también les permite ser muy eficientes en la ejecución de las tareas previstas.
Los sistemas integrados se pueden encontrar en una amplia variedad de dispositivos, desde automóviles y aviones hasta electrodomésticos y maquinaria industrial. Son cada vez más comunes a medida que avanza la tecnología y se diseñan más y más dispositivos para estar interconectados.
Clasificación de sistemas integrados
Un sistema integrado puede clasificarse de diversas maneras, dependiendo de los criterios utilizados. Una clasificación habitual se basa en la complejidad del sistema. Los sistemas simples pueden requerir únicamente un microprocesador, mientras que los más complejos pueden necesitar un microprocesador, memoria, dispositivos de E/S y software. Otras clasificaciones incluyen el tipo de aplicación, el tipo de procesador, el tamaño del sistema y el ciclo de desarrollo del sistema.
Basado en la complejidad
Sistemas integrados simples:
Estos sistemas solo requieren un microprocesador.
Sistemas integrados moderados:
Estos sistemas requieren un microprocesador y memoria.
Sistemas embebidos complejos:
Estos sistemas requieren un microprocesador, memoria, dispositivos de E/S y software.
Basado en el rendimiento y la función
Sistemas integrados en tiempo real:
Se trata de aplicaciones informáticas que ejecutan tareas en tiempo real, como controlar sistemas robóticos, supervisar condiciones o realizar mediciones en entornos industriales o de fabricación. Estos sistemas se caracterizan normalmente por requisitos de latencia estrictos y pueden tener un ancho de banda reducido y requisitos de baja latencia. Este tipo de sistema se suele implementar en dispositivos que funcionan con baterías, como sensores.
Sistemas integrados autónomos:
Los sistemas autónomos funcionan por sí solos y no dependen de una conexión para operar. No comparten datos con otros sistemas, y los datos permanecen en el dispositivo. Se trata de sistemas sencillos que no requieren mucho almacenamiento de datos ni potencia de procesamiento. Los dispositivos más pequeños, como los rastreadores de actividad física, los sistemas de seguridad doméstica o los reproductores MP3, son ejemplos de sistemas autónomos. En estos casos, la mayor parte de los datos se utilizan durante el proceso de instalación o se generan durante el funcionamiento normal del sistema. Estos sistemas no requieren conexión a Internet, por lo que pueden funcionar independientemente del sistema principal.
Sistemas integrados en red:
Los sistemas integrados en red permiten la recopilación y el análisis de datos procedentes de sensores y dispositivos. Estos sistemas están conectados entre sí y a Internet para facilitar la transferencia de datos y el acceso remoto a los mismos. También están conectados a otros sistemas, como los de planificación de recursos empresariales (ERP), gestión de relaciones con los clientes (CRM) y cadena de suministro. Los sistemas integrados en red se utilizan ampliamente en sectores como el del petróleo y el gas, la energía eléctrica, el aeroespacial y la defensa, el automovilístico y el sanitario.
Sistemas móviles integrados:
Los sistemas móviles integrados son dispositivos pequeños y portátiles que se pueden utilizar sobre la marcha. A menudo se utilizan en entornos móviles y pueden funcionar con batería. Estos sistemas pueden tener capacidades inalámbricas y comunicarse con otros sistemas. Los sistemas móviles integrados pueden recopilar información a través de sensores o ser controlados por un usuario a través de una interfaz de usuario. Los sistemas móviles integrados pueden utilizarse en la fábrica o en la oficina. Pueden utilizarse para realizar un seguimiento del inventario, supervisar la ubicación o escanear códigos de barras. Los sistemas móviles integrados también pueden utilizarse para enviar datos a la nube para su análisis.
Según la aplicación
Sistemas de control integrados:
Estos sistemas se utilizan para controlar procesos o máquinas.
Sistemas integrados de comunicación:
Estos sistemas se utilizan para transmitir y recibir datos.
Sistemas integrados de consumo:
Estos sistemas se utilizan en productos para consumidores, como televisores y microondas.
Sistemas embebidos industriales:
Estos sistemas se utilizan en aplicaciones industriales, como la automatización de fábricas.
aplicaciones de sistemas integrados
Debido a su pequeño tamaño, alta fiabilidad, gran funcionalidad, flexibilidad y comodidad, la aplicación de los controladores integrados se ha expandido a diversos campos, como la industria, la agricultura, la educación, la defensa nacional, la investigación científica y la vida cotidiana.
Industrial
En el control industrial, el sistema integrado es el componente clave de la automatización industrial. Incluye el control electromecánico, los robots industriales, el control de procesos, el control DDC, el control DCS, los sensores inteligentes y la transformación industrial tradicional, etc.
Instrumentación
Existen instrumentos inteligentes, medidores inteligentes, equipos médicos como cromatógrafos, osciloscopios, etc.
Sistema de iluminación
Los sistemas integrados comunes en telecomunicaciones suelen incluir control inteligente del funcionamiento de líneas, alumbrado público solar, semáforos, etc.
Control de navegación
Los sistemas integrados también se utilizan en el control de misiles, el guiado de torpedos, los sistemas de navegación aeroespacial, los sistemas de interferencia electrónica, etc.
Equipo civil
En nuestra vida cotidiana, podemos ver los sistemas integrados aplicados en terminales, juguetes electrónicos, cámaras, proyectores, controladores antirrobo, etc.
Comunicación y red
Los productos como ordenadores, teléfonos móviles y decodificadores de televisión tienen sistemas integrados.
Agricultura
sistema de control del ahorro de agua en la agricultura, tecnología de cultivo sin suelo, ingeniería inteligente de semillas, etc.
