Sistemas integrados: descripción general
Sistema
Un sistema es una disposición en la que todas sus unidades ensambladas funcionan juntas de acuerdo con un conjunto de reglas. También se puede definir como una forma de trabajar, organizar o realizar una o varias tareas según un plan fijo. Por ejemplo, un reloj es un sistema de visualización de la hora. Sus componentes siguen un conjunto de reglas para mostrar el tiempo. Si una de sus partes falla, el reloj dejará de funcionar. Entonces podemos decir, en un sistema, todos sus subcomponentes dependen unos de otros.
Sistema Integrado
Como sugiere su nombre, Embedded significa algo que está adjunto a otra cosa. Se puede pensar en un sistema integrado como un sistema de hardware de computadora que tiene software integrado. Un sistema integrado puede ser un sistema independiente o puede ser parte de un sistema grande. Un sistema integrado es un sistema basado en microcontrolador o microprocesador que está diseñado para realizar una tarea específica. Por ejemplo, una alarma de incendio es un sistema integrado; solo sentirá humo.
Un sistema integrado tiene tres componentes:
Tiene hardware.
Tiene software de aplicación.
Tiene un sistema operativo en tiempo real (RTOS) que supervisa el software de la aplicación y proporciona un mecanismo para permitir que el procesador ejecute un proceso según la programación siguiendo un plan para controlar las latencias. RTOS define la forma en que funciona el sistema. Establece las reglas durante la ejecución del programa de aplicación. Es posible que un sistema integrado a pequeña escala no tenga RTOS.
Por lo tanto, podemos definir un sistema integrado como un sistema de control en tiempo real confiable, impulsado por software, basado en un microcontrolador.
Características de un sistema integrado
Single-functioned- Un sistema integrado generalmente realiza una operación especializada y hace lo mismo repetidamente. Por ejemplo: un buscapersonas siempre funciona como un buscapersonas.
Tightly constrained- Todos los sistemas informáticos tienen limitaciones en las métricas de diseño, pero las de un sistema integrado pueden ser especialmente estrictas. Las métricas de diseño son una medida de las características de una implementación, como su costo, tamaño, potencia y rendimiento. Debe ser del tamaño adecuado para caber en un solo chip, debe funcionar lo suficientemente rápido para procesar datos en tiempo real y consumir energía mínima para extender la vida útil de la batería.
Reactive and Real time- Muchos sistemas integrados deben reaccionar continuamente a los cambios en el entorno del sistema y deben calcular ciertos resultados en tiempo real sin demora. Considere un ejemplo de un controlador de crucero de automóvil; monitorea continuamente y reacciona a los sensores de velocidad y freno. Debe calcular la aceleración o desaceleración repetidamente dentro de un tiempo limitado; un cálculo retrasado puede provocar una falla en el control del automóvil.
Microprocessors based - Debe estar basado en microprocesador o microcontrolador.
Memory- Debe tener memoria, ya que su software suele estar incrustado en ROM. No necesita memorias secundarias en la computadora.
Connected - Debe tener periféricos conectados para conectar dispositivos de entrada y salida.
HW-SW systems- El software se utiliza para obtener más funciones y flexibilidad. El hardware se utiliza para mejorar el rendimiento y la seguridad.
Ventajas
- Fácilmente personalizable
- Bajo consumo de energía
- Bajo costo
- Rendimiento mejorado
Desventajas
- Alto esfuerzo de desarrollo
- Mayor tiempo de comercialización
Estructura básica de un sistema integrado
La siguiente ilustración muestra la estructura básica de un sistema integrado:
Sensor- Mide la cantidad física y la convierte en una señal eléctrica que puede ser leída por un observador o por cualquier instrumento electrónico como un convertidor A2D. Un sensor almacena la cantidad medida en la memoria.
A-D Converter - Un convertidor de analógico a digital convierte la señal analógica enviada por el sensor en una señal digital.
Processor & ASICs - Los procesadores procesan los datos para medir la salida y almacenarlos en la memoria.
D-A Converter - Un convertidor de digital a analógico convierte los datos digitales alimentados por el procesador en datos analógicos
Actuator - Un actuador compara la salida proporcionada por el convertidor DA con la salida real (esperada) almacenada en él y almacena la salida aprobada.