Introdução aos sistemas embarcados

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Contextualização

Atualmente, bilhões de sistemas computacionais são produzidos anualmente e aplicados em produtos dos mais variados segmentos [1]. Considerados como computadores dedicados, ou embutidos, tais sistemas são muitas vezes chamados de computadores pervasivos ou ubíquos [2], no sentido que os usuários muitas vezes não os veem [3].

Alguns segmentos de aplicação são apresentados a seguir [1, 4]:

  • Eletrodomésticos: ar condicionado, cafeteira elétrica, microondas, geladeira, máquina de lavar;

  • Aparelhos de comunicação: Equipamentos de rede como switch e roteador; telefones.

  • Periféricos de computadores;

  • Equipamentos de Entretenimento: TVs e players de mídia, console de games;

  • Aparelhos de reprodução de imagens e som;

  • Equipamentos médicos: sistemas de suporte à vida;

  • Sistemas de armamentos militares: sistemas bélicos;

  • Dispositivos de vendas/atendimento: biometria, leitor de código de barras, caixa de autoatendimento ATM;

  • Brinquedos;

  • Automotivo: Computadores de bordo automotivos, freio ABS, interface de vídeo e voz;

  • Industrial: Sistemas de controle, robótica.

Definição

Computadores embutidos, às vezes chamados de microcontroladores [4] ou computadores em um único chip [1], podem ser considerados – essencialmente – dispositivos compostos por um processador dedicado com finalidade de executar uma aplicação específica, diferentemente de computadores de propósito geral [1, 6]. Para tal, esses dispositivos apresentam, em menor quantidade, os mesmos elementos de um computador reunidos um único chip.

São utilizados em projetos de sistemas eletrônicos, tendo como principal função a execução de uma aplicação, ou conjunto de aplicações, relacionadas como um único sistema [3]. Isto é, existe um programa que é embutido no microcontrolador de modo que a aplicação interage com o meio externo. Considerando isso, tais sistemas são chamados de sistemas eletrônicos embarcados. A seguir são destacadas outras definições:

  1. Refere-se a um produto que envolve uso de eletrônica e software [1];

  2. Combinação entre hardware e software desenvolvida para desempenhar uma tarefa específica. [5].

Para uma discussão ampliada do termo, acesse Just What Is an Embedded System?

Características e Organização

Sistemas embarcados também são caracterizados como sistemas reativos. Pois, como destacado, a aplicação executada é dependente do ambiente [1]. Portanto, o microcontrolador pode ser visto como uma caixa preta, em que as entradas são fornecidas ao sistema, processadas, e por fim geram uma ação, representada pelas saídas. Nesse cenário, entradas e saídas representam elementos como: sensores, atuadores, dispositivos de comunicação, dispositivos de interface gráfica, entre outros.

Em alguns casos, os sistemas embarcados estão relacionados ao ambiente de operação de tal maneira que surgem algumas restrições [1,4], por exemplo:

  • Limitações físicas – espaço físico limitado, peso;

  • Limitações elétricas – consumo de energia elétrica;

  • Limitações mecânicas;

  • Recursos computacionais – capacidade de memória, velocidade de processamento;

  • Restrições temporais – tempo de processamento, resposta à estímulos.

Referências

[1] STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores. Pearson Prentice-Hall, 10ª ed., São Paulo. 2017.

[2] Li, Q. Real-time Concepts for Embedded Systems. 2003.

[3] PATTERSON, D. A.; HENNESSY, J. L. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface 5th Edition. Morgan Kaufmann-Elsevier. 2013.

[4] TANENBAUM, A. Organização Estruturada de Computadores. 6ª Edição, 2013.

[5] BARR, M.; MASSA, A. Programming Embedded Systems. O'REILLY. 2006.