Un Sistema Embebido por definición, también se conoce como un sistema integrado debido a su combinación de hardware y software (también conocido como Firmware). Se compone de dispositivos informáticos inteligentes que nos rodean. Los dispositivos pueden ser un teléfono inteligente, relojes inteligentes, dispositivos domésticos inteligentes, equipos médicos, alarmas de seguridad, productos IoT, etc.
«Hablarán» entre sí a través de Internet y se ejecutarán de forma remota sin intervención humana. Uno de los hechos es que nuestro mundo se conectará a más de 50 mil millones de dispositivos en un futuro cercano (2020 a 2021) con tecnología emergente como Internet de las cosas (IoT). Además, el Machine Learning y la inteligencia artificial jugarán un papel crucial en el diseño de productos de sistemas integrados. Para desarrollar dichos sistemas, vale la pena conocer el funcionamiento de su ciclo de vida de desarrollo de software y hardware.
Historia de los sistemas embebidos
Los sistemas integrados se remontan a la década de 1960. Charles Stark Draper desarrolló un circuito integrado en 1961 para reducir el tamaño y el peso de la computadora de guía Apollo, el sistema digital instalado en el módulo de comando y el módulo lunar de Apollo. La primera computadora en usar circuitos integrados ayudó a los astronautas a recopilar datos de vuelo en tiempo real.
En 1965, Autonetics, ahora parte de Boeing, desarrolló el D-17B, la computadora utilizada en el sistema de guía de misiles Minuteman I. Es ampliamente reconocido como el primer sistema integrado producido en masa. Cuando el Minuteman II entró en producción en 1966, el D-17B fue reemplazado por el sistema de guía de misiles NS-17, conocido por su uso de alto volumen de circuitos integrados. En 1968, se lanzó el primer sistema integrado para un vehículo; el Volkswagen 1600 usó un microprocesador para controlar su sistema electrónico de inyección de combustible.
A fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, el precio de los circuitos integrados cayó y el uso aumentó. El primer microcontrolador fue desarrollado por Texas Instruments en 1971. La serie TMS1000, que estuvo disponible comercialmente en 1974, contenía un procesador de 4 bits, memoria de solo lectura (ROM) y memoria de acceso aleatorio (RAM), y costaba alrededor de $ 2 cada uno en pedidos a granel.
Además, en 1971, Intel lanzó lo que es ampliamente reconocido como el primer procesador comercialmente disponible, el 4004. El microprocesador de 4 bits fue diseñado para usarse en calculadoras y dispositivos electrónicos pequeños, aunque requería memoria eterna y chips de soporte. El Intel 8008 de 8 bits, lanzado en 1972, tenía 16 KB de memoria; el Intel 8080 siguió en 1974 con 64 KB de memoria. El sucesor del 8080, la serie x86, se lanzó en 1978 y todavía se usa en gran medida en la actualidad.
En 1987, Wind River lanzó el primer sistema operativo integrado, VxWorks en tiempo real, seguido de Windows Embedded CE de Microsoft en 1996. A fines de la década de 1990, comenzaron a aparecer los primeros productos Linux integrados. Hoy en día, Linux se usa en casi todos los dispositivos integrados.
Principales lenguajes de programación integrados
La mayoría de las personas no conocen los lenguajes de programación utilizados para los sistemas integrados y el mundo de la electrónica cambia todos los días. Entonces, necesitas actualizarte en este mundo competitivo. La mayoría de las plataformas de hardware admiten varios lenguajes. Para facilitar el desarrollo del firmware, se requiere aprender Embedded C, C++ y Micro python.
Embedded C es el lenguaje más utilizado para sistemas embebidos debido a las siguientes razones:
- Mejor en cuanto a rendimiento.
- Fácil de usar.
- Más confiable.
- Interactúa directamente con el sistema operativo.
- Portátil y compatible con cualquier hardware.
- Menos sobre la cabeza y mejor optimización de código.
- Soporta entorno Windows y Linux.
Embedded C++ es el lenguaje de programación mejorado con pocas ventajas sobre C:
- Seguridad inteligente mejor que el lenguaje C.
- Mucho más cerca de las aplicaciones del mundo real.
- El desarrollo de software es fácil.
- C++ utiliza el paradigma orientado a objetos para la abstracción y encapsulación de datos. También incluye características como polimorfismo, clases y herencia.
- Adecuado para imágenes 3D y aplicaciones gráficas.
Micro Python es un software orientado a objetos de código abierto que se utiliza para aplicaciones en tiempo real. Es legible por humanos y fácil de codificar. Las API de programación utilizan el manejo integrado de errores y excepciones. Este lenguaje es adecuado para desarrolladores que no están interesados en revisar los detalles de hardware de bajo nivel. Es útil para el análisis de datos de sensores y dispositivos. El usuario puede escribir casos de prueba en Python para depurar el hardware. Sin embargo, está totalmente en manos del desarrollador elegir C, C++ o Python para una aplicación determinada.
Aplicaciones de sistemas integrados
La mayoría de la gente los usa sin conocerlos. La belleza es que es invisible para el usuario, brindando una gran experiencia. Estas son algunas de las aplicaciones del sistema integrado que utilizan un potente sistema operativo (SO) como Embedded Linux, Android y Windows CE.
Hogares inteligentes
La mayoría de los productos en su hogar están integrados, lo que brinda una excelente experiencia y comodidad al usuario. Algunos ejemplos son el sistema de seguridad para el hogar, la caja de configuración, la cámara digital, la televisión, el horno de microondas, el enfriador de aire, el refrigerador y mucho más.
Oficinas
También les interesan las soluciones empresariales comerciales para clientes comerciales interconectados. Algunos ejemplos son el enrutador, el módem, la impresora y las puertas de enlace.
Transporte
La industria automotriz está compitiendo bien en todo el mundo. Algunos de los subsistemas integrados en los automóviles son el sistema de frenos antibloqueo, el control del aire acondicionado, el control de encendido, el control de las bolsas de aire y los limpiaparabrisas con sensor de lluvia.
El campo de la medicina es fundamental y el uso de sistemas integrados es una pesadilla. El diseño extraño puede tener un efecto desastroso en la sociedad o en un individuo. Algunos ejemplos son los monitores de presión arterial, monitores de latidos cardíacos, marcapasos, telesupervisión y cirugía, escáneres, ventiladores portátiles.
Industrial
Los desafíos recientes de los sistemas integrados ampliaron su alcance hacia la automatización. La automatización es el proceso de hacer una tarea repetitivamente. La automatización aumenta la productividad de la máquina, reduciendo el costo de desarrollo y el tiempo de diseño. Algunos ejemplos son maquinaria industrial y control, monitoreo de temperatura, máquinas de impresión 3D, robótica e Internet industrial de las cosas.
Aeroespacial y Defensa
La industria aeroespacial y de defensa es un área accidentada donde la seguridad y el rendimiento son lo más importante. Para lograr este firmware confiable y software integrado, se debe construir. Algunos ejemplos son los sistemas de control de vuelo, la actuación, la gestión térmica y del aire, la potencia del motor, los turbocompresores de vehículos, el sistema de navegación y las imágenes integradas.
Todos los sistemas complejos del mundo se pueden hacer en base a dos ideas, software y hardware. Para lograrlo, debe comenzar a construir módulos más pequeños e integrarlos para crear un subsistema eficiente. El sistema embebido se puede dividir en componentes de software y hardware.
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