Os sistemas embarcados são baseados em microprocessadores para controlar o funcionamento de outros dispositivos ou monitorar seu desempenho. Eles geralmente são pequenos e compactos, portanto, seu tamanho deve ser levado em consideração ao projetá-los.
Um sistema incorporado pode ter uma interface de usuário limitada, mas na maioria das vezes não tem nenhuma interface de usuário. Nesses casos, os seres humanos interagem com esses sistemas por meio de controles manuais, como interruptores e botões, ou controles automatizados, como sensores e atuadores. O processo de integração de componentes de hardware e software em um sistema incorporado é conhecido como computação incorporada. Para aplicações práticas e gerenciamento remoto, especialmente com plataformas como Raspberry Pi, aprender a usar o VNC para acesso remoto pode ser altamente benéfico.
definição de sistema embarcado
Um sistema embarcado é uma unidade de sistema informático com funções e características específicas. É concebido para funcionar dentro de outros dispositivos como parte da sua estrutura lógica ou física. E é normalmente incorporado num sistema maior, como um carro, um avião ou um smartphone.
arquitetura de sistema embarcado
Um sistema embarcado é composto por hardware e software. Ele inclui apenas seu ambiente operacional e sistema operacional, bem como todo o seu conteúdo de software. O hardware inclui muitos elementos, incluindo processadores de sinal, memória, módulos de comunicação, etc. Devido à sua estrutura única, os sistemas embarcados diferem significativamente dos sistemas de processamento de computadores. Como não há um meio de armazenamento de grande capacidade compatível, o sistema embarcado não pode armazenar grandes quantidades de informações. Além disso, a maioria dos meios de armazenamento utilizados inclui EPROM, EEPROM, etc., e a parte de software da plataforma de desenvolvimento é uma interface API.
estrutura de hardware
A parte de hardware de um sistema embarcado não difere da de um sistema de computador comum. É composta por processadores, memória, dispositivos externos, interfaces de E/S e controladores gráficos.
Unidade Central de Processamento
A CPU de um sistema incorporado inclui uma unidade aritmética e um módulo controlador. Além disso, está equipada com um módulo de memória, um módulo de alimentação, um módulo de reinicialização, etc. Esta unidade central de processamento pode ser um componente dedicado, como o microcontrolador ATmega328P.
Flash
Para atender aos requisitos dos sistemas embarcados em termos de velocidade, volume e consumo de energia, sistemas operacionais, software aplicativo. Dados especiais que precisam ser armazenados por um longo tempo geralmente não usam mídias de armazenamento de grande capacidade e baixa velocidade, como discos, mas a maioria usa EPROM , E2PROM ou memória flash.
Módulos A/D
Em sistemas embarcados, os módulos A/D ou D/A são usados principalmente para medição e controle, sendo raramente utilizados em computadores de uso geral.
Bus
Dependendo da aplicação e da escala reais, alguns sistemas embarcados utilizam um barramento externo. Com a rápida expansão dos campos de aplicação, cada vez mais tipos de barramentos são utilizados em sistemas embarcados.
Processadores de sinal
O hardware inclui muitos elementos, incluindo processadores de sinal, memória, módulos de comunicação, etc. Entre eles estão componentes especializados conhecidos como Processadores de Sinal Digital (DSPs).
sistema de software
O sistema de software do sistema embarcado é projetado para o sistema de hardware específico e os requisitos do usuário do sistema embarcado. É uma parte importante do sistema embarcado e a chave para realizar as funções do sistema embarcado. É dividido em quatro camadas: camada de driver, camada de sistema operacional, camada de middleware e camada de aplicação.
1. camada do driver
A camada do driver é uma camada diretamente conectada ao hardware e fornece drivers de hardware ou suporte básico subjacente para sistemas operacionais e aplicativos. Em sistemas embarcados, um driver é às vezes chamado de pacote de suporte à placa (BSP). O BSP tem a função de inicializar o ambiente básico de hardware do sistema após o sistema embarcado ser ligado. O hardware básico inclui microprocessador, memória, controlador de interrupção, DMA, temporizador e assim por diante. Camada de driver – geralmente, existem três tipos de programas, a saber: programa de inicialização em nível de placa, programa de driver padrão e programa de driver de aplicativo.
2. camada do sistema operacional
O sistema operacional no sistema embarcado tem as funções essenciais do sistema operacional geral e é responsável pela alocação de todos os recursos de software e hardware do sistema embarcado, pelo controle de agendamento de tarefas e pela coordenação de atividades simultâneas. Ele ainda possui recursos embarcados e pertence ao sistema operacional embarcado (EOS). Os principais sistemas operacionais incorporados incluem Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS, etc. Com um sistema operacional incorporado, a criação de aplicativos é mais rápida, eficiente e estável.
3. camada de middleware
Middleware é um software utilizado para auxiliar e apoiar o desenvolvimento de software aplicativo. Geralmente inclui bancos de dados, protocolos de rede, suporte gráfico e ferramentas de desenvolvimento correspondentes, tais como MySQL, TCP/IP, GU1, etc.
4. camada de aplicação
O software de aplicação incorporado é um software destinado a um campo de aplicação específico e utilizado para atingir os objetivos esperados pelo utilizador. Existe uma certa diferença entre o software de aplicação incorporado e o software de aplicação comum. Não só exige que possa satisfazer as necessidades das aplicações práticas em termos de precisão, segurança e estabilidade, como também precisa de ser otimizado para reduzir o consumo de recursos do sistema e o custo do hardware.
Como funciona um sistema embarcado?
Um sistema embarcado é um sistema informático concebido para executar tarefas específicas dentro de um sistema maior. Normalmente, está integrado como parte de um dispositivo completo, como um automóvel ou um eletrodoméstico, e o seu objetivo é controlar ou monitorizar o dispositivo em que está integrado.
Os sistemas incorporados são normalmente construídos em torno de um microprocessador, com hardware e software especializados projetados para realizar uma tarefa específica. Eles são frequentemente projetados para operar em tempo real, o que significa que devem responder a eventos externos dentro de um prazo específico. Isso pode tornar seu projeto e depuração desafiadores, mas também permite que sejam muito eficientes na execução das tarefas pretendidas.
Os sistemas incorporados podem ser encontrados em uma ampla variedade de dispositivos, desde carros e aeronaves até eletrodomésticos e máquinas industriais. Eles estão se tornando cada vez mais comuns à medida que a tecnologia avança e mais e mais dispositivos são projetados para serem interconectados.
classificação de sistemas embarcados
Um sistema embarcado pode ser classificado de várias maneiras, dependendo dos critérios utilizados. Uma classificação comum baseia-se na complexidade do sistema. Sistemas simples podem requerer apenas um microprocessador, enquanto sistemas mais complexos podem requerer um microprocessador, memória, dispositivos de E/S e software. Outras classificações incluem o tipo de aplicação, o tipo de processador, o tamanho do sistema e o ciclo de desenvolvimento do sistema.
Com base na complexidade
Sistemas embarcados simples:
Esses sistemas requerem apenas um microprocessador.
Sistemas embarcados moderados:
Esses sistemas requerem um microprocessador e memória.
Sistemas embarcados complexos:
Esses sistemas requerem um microprocessador, memória, dispositivos de E/S e software.
Com base no desempenho e na função
Sistemas embarcados em tempo real:
São aplicações baseadas em computador que executam tarefas em tempo real, tais como controlar sistemas robóticos, monitorizar condições ou realizar medições em ambientes industriais ou de fabrico. Estes sistemas caracterizam-se normalmente por requisitos de latência rigorosos e podem ter requisitos de baixa largura de banda e baixa latência. Este tipo de sistema é normalmente implementado em dispositivos alimentados a bateria, tais como sensores.
Sistemas embarcados autônomos:
Os sistemas autónomos funcionam de forma independente e não dependem de uma ligação para operar. Não partilham dados com outros sistemas e os dados permanecem no dispositivo. São sistemas simples que não requerem muito armazenamento de dados ou capacidade de processamento. Dispositivos menores, como rastreadores de fitness, sistemas de segurança doméstica ou MP3 players, são exemplos de sistemas autônomos. Nesses casos, a maior parte dos dados é usada durante o processo de instalação ou é gerada durante a operação normal do sistema. Esses sistemas não requerem conectividade com a Internet, portanto, podem ser executados separadamente do sistema principal.
Sistemas Embarcados em Rede:
Os sistemas embarcados em rede permitem a coleta e análise de dados de sensores e dispositivos. Esses sistemas estão conectados entre si e à Internet para facilitar a transferência de dados e o acesso remoto aos mesmos. Eles também estão conectados a outros sistemas, como ERP, CRM e sistemas de cadeia de suprimentos. Os sistemas embarcados em rede são amplamente utilizados em setores como petróleo e gás, energia elétrica, aeroespacial e defesa, automotivo e saúde.
Sistemas móveis incorporados:
Os sistemas móveis incorporados são dispositivos pequenos e portáteis que podem ser usados em qualquer lugar. Eles são frequentemente usados em um ambiente móvel e podem ser alimentados por uma bateria. Esses sistemas podem ter recursos sem fio e podem se comunicar com outros sistemas. Os sistemas móveis incorporados podem coletar informações por meio de sensores ou ser controlados por um usuário por meio de uma interface de usuário. Os sistemas móveis incorporados podem ser usados na fábrica ou no escritório. Eles podem ser usados para rastrear estoque, monitorar localização ou escanear códigos de barras. Os sistemas móveis incorporados também podem ser usados para enviar dados para a nuvem para análise.
Com base na aplicação
Sistemas de controle incorporados:
Esses sistemas são usados para controlar processos ou máquinas.
Sistemas embarcados de comunicação:
Esses sistemas são usados para transmitir e receber dados.
Sistemas embarcados de consumo:
Esses sistemas são usados em produtos para consumidores, como televisores e micro-ondas.
Sistemas embarcados industriais:
Esses sistemas são usados em aplicações industriais, como automação de fábricas.
aplicações de sistemas embarcados
Devido ao seu tamanho reduzido, alta confiabilidade, forte funcionalidade, flexibilidade e conveniência, a aplicação de controladores embarcados se expandiu para vários campos, como indústria, agricultura, educação, defesa nacional, pesquisa científica e vida cotidiana.
Industrial
No controle industrial, o sistema embarcado é o componente-chave da automação industrial. Ele inclui controle eletromecânico, robô industrial, controle de processos, controle DDC, controle DCS, sensor inteligente e transformação industrial tradicional, etc.
Instrumentação
Existem instrumentos inteligentes, medidores inteligentes, equipamentos médicos, como cromatógrafos, osciloscópios, etc.
Sistema de iluminação
Os sistemas embarcados comuns em telecomunicações geralmente incluem controle inteligente de operação de linha, iluminação pública solar, semáforos, etc.
Controle de navegação
Os sistemas embarcados também são usados no controle de mísseis, orientação de torpedos, sistemas de navegação aeroespacial, sistemas de interferência eletrônica, etc.
Equipamento civil
Em nossa vida cotidiana, é possível ver os sistemas embarcados aplicados em terminais, brinquedos eletrônicos, câmeras, projetores, controladores antifurto, etc.
Comunicação e rede
Os produtos, tais como computadores, telemóveis e descodificadores de televisão, têm sistemas incorporados.
Agricultura
sistema de controle de economia de água na agricultura, tecnologia de cultivo sem solo, engenharia inteligente de sementes, etc.
