Sistemas embebidos

Sistemas embebidos

1. ¿Qué es un sistema embebido en tiempo real?

   • Un sistema embebido de tiempo real es aquel que interacciona repetidamente con su entorno físico y responde a los estímulos que recibe del mismo dentro de un plazo de tiempo determinado para que el funcionamiento del sistema sea correcto no basta con que las acciones sean correctas (que tenga una validez lógica), sino que tienen que ejecutarse dentro del intervalo de tiempo especificado (instante en que se produce la corrección)
     • Tipos de Requisitos Temporales
       • Tiempo real estricto (hard real-time) Todas las acciones deben terminar dentro d/plazo especificado. Ejemplo: control de frenado, equipo médico y algún sistema embebido que este empleado en algún avión. Aquí es donde el ingeniero tiene que tener mucho cuidado porque si su sistema embebido llega a fallar y no se activa en el tiempo de terminado, posiblemente se cometa una negligencia.
       • Tiempo real flexible (soft real-time) Se pueden perder plazos de vez en cuando. El valor de la respuesta decrece con el tiempo. Ej. adquisición de datos o algún refrigerador de alguna cadena de supermercado, donde no cementemos una negligencia, pero generamos daño y perdidas a nuestro cliente derivado de la falla de nuestro sistema embebido.
       • Tiempo real firme (firm real-time) Se pueden perder plazos ocasionalmente. Una respuesta tardía no tiene valor. Ejemplo: sistemas multimedia, lavadoras, lector de discos DVD, en ese caso solo se genera perdida de segundos, pero no afecta directamente a las personas y no daña absolutamente nada.
     • Sistema operativo de tiempo real
       • Un sistema operativo de tiempo real es aquel que ha sido desarrollado para aplicaciones de tiempo real. Como tal, se le exige corrección en sus respuestas bajo ciertas restricciones de tiempo. Si no las respeta, se dirá que el sistema ha fallado. Para garantizar el comportamiento correcto en el tiempo requerido se necesita que el sistema sea predecible.

2. Beneficios de los sistemas embebidos en el sector industrial

   • Los sistemas embebidos se aplican en varios ámbitos profesionales. Entre ellos, encontramos el de la automoción, la salud, la electrónica de consumo, el militar y de defensa y telecomunicaciones. Por ello, hablamos de algunos beneficios de estos sistemas en el entorno industrial.
     • • Corto tiempo de respuesta. Estos sistemas embebidos suelen funcionar en tiempo real. Deben ejecutar acciones en espacios de tiempo inmediatos, por lo que su tiempo de respuesta es extremadamente corto. En el caso de los productos industriales, debe garantizar, por ejemplo, la inmediatez de respuesta en radares y maquinaria automatizada.
       • • Control total. Estos sistemas permiten una personalización casi completa. Los programadores pueden utilizar su propio código para modificar la interfaz del sistema, su funcionalidad e incluso las tareas que desempeña cada pin del microprocesador. De este modo pueden adaptarse a cualquier entorno.
         • • Diseño modular. Los dispositivos incrustados son fácilmente trasladables y, además, se desmontan y reorganizan con facilidad. Esto permite integrarlos en cualquier lugar y en cualquier otro sistema electrónico.
   • Vulnerabilidades en los sistemas embebidos(desventajas)
     • • Falta de certificados. La mayoría de estos servicios utilizan certificados que no gozan del soporte de grandes entidades del sector. Los atacantes pueden falsificarlos para engañar al usuario.
       • • Puertos de entrada y salida. Los puertos utilizados para las comunicaciones con el exterior no suelen deshabilitarse. Por ello, si existen puertos sobrantes, pueden utilizarse para violar la seguridad del sistema, entrar al dispositivo e intentar controlarlo.
         • • Cifrado débil. La tecnología en criptografía utilizada para los sistemas embebidos es débil. Así, las herramientas más sencillas de este tipo se basan en estándares poco seguros. Esto implica que los datos compartidos entre dos dispositivos distintos pueden ser fácilmente interceptados y descifrados.

3. Diferentes sistemas embebidos

   • FPGA: Los dispositivos FPGA permiten la implementación de todo el hardware de un sistema digital en un circuito integrado configurable, permitiendo desarrollos conocidos como Sistemas-en-Chip-Programable
   • CPLDs: Los CPLD con mayor numero de compuertas comparten parte del campo de aplicaciion con los FPGAs, aunque presentan retardos menores y mas predecibles a raiz de su arquitectura interna menos flexible. • Permiten implementar diseños mas complejos merced a una mayor cantidad de recursos
   • ASIC: Son dispositivos definibles por el usuario. Pueden contener funciones analógicas, digitales, y combinaciones de ambas. Son programables mediante máscara y no programables por el usuario. Se usan para combinar una gran cantidad de funciones lógicas en un dispositivo.
   • microcontroladores :Un microprocesador es una implementación en forma de circuito integrado (IC) de la Unidad Central de Proceso CPU de una computadora. Frecuentemente nos referimos a un microprocesador como simplemente “CPU”, y la parte de un sistema que contiene al microprocesador se denomina subsistema de CPU. Los microprocesadores varían en consumo de potencia, complejidad y coste

4. Arquitectura Von Newman

   • Es una familia de arquitecturas de computadora que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones tanto para las instrucciones como para los datos. La mayoría de computadoras modernas de computadoras están basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales.
     • Ventajas
       • La ventaja de este tipo de arquitectura es que es eficiente en la utilización de la memoria pero su desventaja es que los tipos de datos no pueden ser reconocidos sin ambigüedad.
     • Desventajas
       • Al tener un único bus de entrada y salida, si la instrucción ocupa mas de un byte tendrá que hacer varias lecturas en la memoria, lo que significa más ciclos del reloj. La limitacion de la velocidad de operacion a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultaneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso.

5. Arquitectura HARVARD

   • Es una arquitectura de computadora donde se separa físicamente el almacenamiento de datos e instrucciones. El termino se origina en las computadoras Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones y los datos en diferentes medios.
     • Ventajas
       • La ventajas de uso de la arquitectura Harvard es cuando la frecuencia de lectura de las instrucciones y los datos es aproximadamente la misma. Esta arquitectura se usa principalmente en procesadores de señales digitales como el audio y el video.
     • Desventajas
       • Cuando solo hay una memoria caché, la dividen dos disminuyendo el rendimiento en caso de que las instrucciones no tengan el mismo espacio. Deben poseer instrucciones especiales para acceder a tablas de valores constantes que pueda ser necesario incluir en los programas, ya que estas tablas se encontrarán fisicamente en la memoria de programa.

6. ¿Qué es un sistema embebido?

   • Un sistema embebido (SE) o sistema empotrado se define como un sistema electrónico diseñado específicamente para realizar unas determinadas funciones, habitualmente formando parte de un sistema de mayor entidad. La característica principal es que emplea para ello uno o varios procesadores digitales (CPU) en formato microprocesador, microcontrolador.
     • De igual forma podemos definir a un sistema embebido (conocidos también como “empotrado”, “incrustado” o “integrado”) como un sistema de computación diseñado para realizar funciones específicas, y cuyos componentes se encuentran integrados en una placa base. El procesamiento central del sistema se lleva a cabo gracias a un microcontrolador, es decir, un microprocesador que incluye además interfaces de entrada/salida, así como una memoria de tamaño reducido en el mismo chip.
       • En resumen, tomando ambas definiciones un sistema embebido se diseña únicamente para realizar una tarea en específico, lo cual vuelve al sistema en algo no genérico, como usualmente lo son las computadoras, celulares o consolas de videojuegos (que son dispositivos que cumplen y pueden realizar muchas tareas). De igual forma dichos microcontroladores o microprocesadores se suelen programar en lenguaje C o C++

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