Sistema a bordo
Un sistema a bordo se define como un sistema electrónico e informático autónomo, a menudo en tiempo real , especializado en una tarea concreta. El término se refiere tanto al hardware de la computadora como al software utilizado. Sus recursos son generalmente limitados espacialmente (tamaño reducido) y energéticamente (consumo limitado).
Historia
Uno de los primeros sistemas integrados modernos reconocibles fue el Apollo Guidance Computer en 1967, el sistema de guiado de la misión lunar Apollo , desarrollado por Charles Stark Draper del Instituto de Tecnología de Massachusetts . Cada misión lunar estaba equipada con dos sistemas (AGC), uno responsable de la guía inercial y otro para el módulo lunar . Al comienzo del proyecto, la computadora AGC de Apollo se consideró la parte menos confiable del proyecto. Por otro lado, gracias al uso de nuevos componentes que eran en su momento los circuitos integrados , se lograron ganancias sustanciales en el espacio útil y la carga útil , con una supuesta reducción de los ya numerosos riesgos de las misiones.
Restricciones
Los sistemas a bordo realizan tareas predefinidas y tienen especificaciones vinculantes que cumplir, que pueden ser:
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Espacio limitado : el espacio de la memoria se puede limitar en el orden de unos pocos GB como máximo (aunque el tamaño es cada vez menos limitado gracias a la miniaturización de los elementos). Los sistemas integrados deben diseñarse para satisfacer las necesidades con la mayor precisión posible para evitar costos adicionales;
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Potencia de cálculo : es necesario disponer de la potencia de cálculo necesaria para satisfacer las necesidades y las limitaciones de tiempo de la tarea predefinida. Esto con el fin de evitar un costo adicional del dispositivo y un consumo excesivo de energía (corriente eléctrica);
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Autonomía : el consumo de energía debe ser lo más bajo posible, debido al uso de baterías y / o paneles solares o incluso celdas de combustible para ciertos prototipos;
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Temporal : los tiempos de ejecución y el plazo temporal de una tarea se determinaron (los plazos son conocidos o limitan a priori ). Esta última restricción significa que, en general, estos sistemas tienen propiedades en tiempo real ;
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Desde la confiabilidad, ya que si sucede que algunos de estos sistemas integrados fallan, ponen en peligro vidas humanas o ponen en peligro inversiones importantes. Luego se dice que son "críticos" y nunca deben fallar. Por "nunca fallar" , es necesario entender siempre para dar resultados correctos, relevantes y esto dentro del tiempo esperado por los usuarios (máquinas y / o humanos) de dichos resultados;
Arquitectura
Los sistemas integrados generalmente utilizan microprocesadores o microcontroladores de bajo consumo de energía , cuya parte del software está programada parcial o totalmente en hardware, generalmente en memoria en memoria de solo lectura (ROM) , EPROM , EEPROM , FLASH , etc. (esto se llama firmware ).
Caracteristicas
- En lugar de sistemas universales que realizan múltiples tareas, los sistemas integrados están diseñados para realizar tareas específicas. Algunos deben cumplir con las limitaciones de tiempo real por razones de confiabilidad y rentabilidad. Otros, que tienen pocas limitaciones de rendimiento, permiten simplificar el sistema y reducir los costes de fabricación.
- Los sistemas integrados no siempre son módulos independientes. La mayoría de las veces están integrados en el dispositivo que controlan.
- El software creado para sistemas integrados se llama firmware. Se almacena en una memoria de solo lectura o en una memoria flash en lugar de en un disco duro. Funciona con mayor frecuencia con recursos de hardware limitados: pantalla y teclado de tamaño pequeño, o incluso ausente, poca memoria, capacidades de cálculo relativamente bajas.
Interfaz de usuario
Algunos sistemas a bordo pueden no tener una interfaz de usuario (por lo tanto, están especializados en una sola tarea). Pero esta interfaz también puede ser similar a la de un sistema operativo de computadora (por ejemplo, una PDA ).
- Los sistemas más simples solo tienen botones, LED .
- Los sistemas más complejos pueden tener una pantalla táctil o incluso una pantalla con botones para minimizar el espacio. El significado de los botones cambia según la pantalla y la selección se realiza de forma natural apuntando a la función deseada.
- Las computadoras de mano suelen tener un botón de estilo "joystick" para la navegación.
- Con la explosión de la web , los fabricantes de sistemas integrados han creado una nueva opción: una interfaz de estilo de página web a través de una conexión de red. Esto evita el costo de un sistema sofisticado mientras mantiene una interfaz completa en otra computadora, cuando es necesario. Interfaz exitosa para instalaciones remotas permanentes, especialmente enrutadores .
- Algunos sistemas a bordo tienen una interfaz de voz con reconocimiento automático de voz.
Fiabilidad
Los sistemas integrados se encuentran principalmente en máquinas que deben funcionar continuamente durante muchos años sin errores y, en algunos casos, corrigen los errores ellos mismos cuando ocurren. Es por eso que el software siempre se desarrolla y prueba con más cuidado que el software para PC. Se prohíben las piezas móviles poco fiables (por ejemplo, unidades de disco, botones o interruptores).
La cuestión de la fiabilidad puede incluir:
- El sistema no se puede apagar para realizar reparaciones o son reparaciones inaccesibles.
La solución puede ser piezas de repuesto adicionales o un "modo suave" de software que proporciona un funcionamiento parcial.
Por ejemplo: cables submarinos, balizas de navegación, perforación de pozos, etc.
- El sistema debe mantenerse en funcionamiento por razones de seguridad. A menudo, las copias de seguridad las realiza un operador.
En este caso, se tolera el "modo suave".
Por ejemplo: sistemas de control de reactores, fábricas químicas, señales de trenes, etc.
Por ejemplo: sistemas de puentes o elevadores , transferencias de fondos, salas de negociación, ventas o servicios automáticos, etc.
Areas de aplicación
Los campos en los que encontramos sistemas embebidos son cada vez más numerosos:
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Astronáutica : cohete , satélite artificial , sonda espacial , etc.
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Controlador lógico programable industrial , control-mando
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Electrodomésticos : televisión , horno microondas
- Medio ambiente
- Equipo medico
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Cajero automático (ATM)
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impresión : impresora multifunción , fotocopiadora , etc.
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Computación : disco duro , disquetera , etc.
- Metrología
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Militar : misiles , radar
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Multimedia : consola de videojuegos , asistente personal
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Telecomunicaciones : Decodificador , telefonía , enrutador , firewall , servidor de tiempo , teléfono celular .
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Transporte : Automoción , Aeronáutica ( aviónica ), Ferrocarriles , etc.
Desarrollo de sistemas embebidos
El desarrollo de sistemas integrados requiere conocimientos tanto de electrónica como de informática. Entre los equipos necesarios para crear un sistema embarcado encontramos:
- Documentación ( hoja de datos ) sobre los componentes utilizados. ¡Es la primera fuente de información para el desarrollo!
- Las herramientas básicas del ingeniero electrónico ( soldador , insolador, etc.)
- Herramientas de análisis de tiempos: osciloscopio, analizador lógico, etc.
- Componentes básicos ( resistencias , condensadores, etc.)
- Un microprocesador o microcontrolador
- Un compilador cruzado (también conocido como compilador cruzado)
- Un programador de microcontroladores o un programador in situ
- Un emulador en circuito o ICE ( emulador en circuito ). Este equipo permite depurar hardware y software (posibilidad de depurar a nivel de la fuente del software), sin embargo sigue siendo caro.
- Una sonda JTAG . Económica y muy utilizada, la sonda JTAG no solo permite depurar software in situ (lectura / modificación de registros, memorias, periféricos, etc.) sino también programar la memoria FLASH de microcontroladores, ya sea interna o externa como en el caso de algunos chips del fabricante NXP
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Ingeniería de sistemas : enfoque multidisciplinario para definir, desarrollar e implementar sistemas que incorporen tecnologías digitales.
Mercado y empleo
Transversales a diferentes sectores económicos, en 2013, los sistemas embarcados representaron un mercado valorado en 73.000 millones de euros en Francia, o el 3,7% del PIB. En términos de empleo, el sector aglutina al 1,3% de la población activa, es decir, 387.500 personas.
Notas y referencias
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Octave Letellier , " IA integrada: nuevos usos de campo gracias a la IA integrada " , en Bpifrance Le Hub ,10 de enero de 2018(consultado el 5 de octubre de 2020 )
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Una nueva idea de SPIFI [1]
Ver también
Vínculos internos
enlaces externos