1

Los Sistemas Embebidos

Mateo Genaro Romera

Tecnología en Desarrollo de Sistemas Informáticos, Facultad de Ciencias Naturales e

Ingenierías, Unidades Tecnológicas de Santander

Internet de las Cosas

Eliecer Montero Ojeda Ed. D

Abril 01, 2021

Unidades Tecnológicas de Santander

Sede Bucaramanga
 2

Resumen

En este trabajo, se investiga qué son los sistemas embebidos, sus características básicas e

interfaces. La comunicación es muy importante en los sistemas integrados. Generalmente, el

sistema puede comunicarse mediante interfaces estándar cableadas o inalámbricas. Al igual, se

analizarán los componentes en sistemas embebidos, tales como microprocesador,

microcontrolador, DSP, entre otros. Finalmente, se estudiarán las características de la CPU y

memoria utilizada en los sistemas embebidos y finalizaremos con una comparación de los

microcontroladores de la serie PIC, AVR y ARM.

Palabras clave: sistemas integrados, microprocesador, microcontrolador, DSP

 3

Los Sistemas Embebidos

Definición de los Sistemas Embebidos

Según Wayne Wolf (2000) define los sistemas embebidos como “cualquier dispositivo

que incluye un computador programable, pero en sí mismo no es un computador de propósito

general”. Esto significa que el diseño de sistemas informáticos integrados es una habilidad útil

para muchos tipos de diseño de productos. Los automóviles, los teléfonos móviles e incluso los

electrodomésticos utilizan muchos microprocesadores. Los diseñadores en muchos campos

deben poder determinar dónde se pueden usar los microprocesadores, diseñar una plataforma

de hardware con dispositivos de entrada/salida que puedan soportar las tareas requeridas e

implementar software que pueda realizar el procesamiento necesario. Al igual que el diseño

mecánico o la termodinámica, la ingeniería informática es una disciplina básica que se puede

aplicar en muchos campos diferentes. Pero, por supuesto, el diseño informático integrado no

está solo. Muchos de los desafíos encontrados al diseñar sistemas informáticos integrados no

son la ingeniería informática.

Características de los Sistemas Embebidos

Los sistemas embebidos tienen ciertas características que los diferencian de otros

sistemas informáticos. A continuación, estudiaremos las principales:

• Funcionamiento especifico: Los sistemas integrados suelen ejecutar programas

específicos de forma repetida.

• Fuertes limitaciones: Todos los indicadores de diseño de sistemas informáticos

tienen limitaciones, pero en los sistemas embebidos son muy poderosos. Las

métricas de diseño son medidas de ciertas características de implementación, como

el costo, el tamaño, el rendimiento y el consumo de energía. Los sistemas integrados

generalmente deben ser baratos, pequeños, buenos en el procesamiento de datos en

tiempo real y consumir la menor cantidad de energía para extender la vida útil de la

batería o evitar la necesidad de componentes de enfriamiento adicionales.

 4

• Reactivos y tiempo real: Además de tener que realizar algunos cálculos en tiempo

real sin ningún retraso, muchos sistemas embebidos también deben reaccionar o

responder ante cambios en el entorno, es decir, deben obtener resultados en un

tiempo fijo.

Componentes de los Sistemas Embebidos

El sistema embebido constará de un microprocesador y un software que se ejecutará en

él. Sin embargo, este software sin duda necesitará un lugar donde pueda ser guardado y

ejecutado por el procesador. Esto puede tomar la forma de RAM o ROM. Cada sistema

embebido requiere una cierta cantidad de memoria e incluso se pueden encontrar en el mismo

chip del procesador. También tendrá una serie de entradas y salidas necesarias para

comunicarse con el mundo exterior.

Solo los programas para administrar aplicaciones específicas residen en su memoria.

Su línea de entrada/salida soporta la conexión de sensores y actuadores del equipo a controlar,

y todos los recursos complementarios disponibles pueden cumplir con sus requerimientos.

Características Típicas de la CPU y la Memoria Utilizada en Sistemas Embebidos

Un MCU es un microprocesador de un solo chip que se utiliza para controlar varios

dispositivos.

A diferencia de los microprocesadores de uso general en las PC, microprocesador es adecuado

para un número limitado de tareas, generalmente una sola tarea.

El microprocesador típico generalmente contiene toda la memoria y los periféricos necesarios

para una aplicación determinada:

• El procesador central

• El generador de señal de reloj

• RAM

• ROM (PROM, EPROM, FLASH)

 5

• Interfaces de entrada y salida

• Otros dispositivos periféricos.

Comparación de características de la MCU de la serie PIC, AVR Y ARM

A continuación, se presenta la comparación de las principales características de la MCU

de la serie PIC, AVR y ARM.

Microcontroladores serie PIC

Los microcontroladores serie PIC utilizan un conjunto de instrucciones de tipo RISC,

cuyo número varía de 35 PIC de gama baja a 70 PIC de gama alta. Las instrucciones se

dividen en las siguientes categorías: entre el acumulador y la constante, entre el acumulador y

la ubicación de la memoria para realizar operaciones, instrucciones de condicionamiento y de

salto/retorno, implementación de interrupciones e instrucciones para cambiar a un modo de

bajo consumo.

Tiene las siguientes ventajas:

• Áreas de código y datos separadas, también llamada arquitectura de Harvard.

• Instrucciones de longitud fija reducidas.

• Implementar la segmentación para que la mayoría de las instrucciones duren 1 hora

de instrucción (o 4 horas de reloj).

• Un solo acumulador cuyo propósito (como operador primitivo) no especificado en la

instrucción.

• Todas las ubicaciones de RAM se utilizan como registros de origen y/o destino para

operaciones matemáticas y otras funciones.

• La función de almacenamiento devuelve la pila de instrucciones del hardware.

• Una pequeña cantidad de espacio de datos direccionable, que se puede expandir

manipulando el banco de memoria.

• El espacio de datos está relacionado con la CPU, puertos y registros de periféricos.

 6

Los microprocesadores AVR

Tienen las siguientes ventajas:

• Proporcionar la más amplia gama de periféricos y opciones.

• Están desarrollados para aplicaciones, requieren mucho código de programación y

proporcionan memoria para programas grandes cantidades de datos.

• El rendimiento es de 1MIPS por 1MHz.

• El consumo de corriente es inferior a 200 uA a 1.8V y 1MHz y aproximadamente 100

nA en modo power-down.

• Contiene dispositivos analógicos integrados, como termómetros, comparadores

analógicos rápidos y amplificadores analógicos programables.

• Proporcionan programas con diferentes capacidades de memoria flash, SRAM,

EEPROM integrada para datos, comparador analógico, ADC multicanal de 10 bits,

generador de señal de reloj de precisión interno o externo y una selección de puertos

de E / S generales.

Los microprocesadores ARM

Tienen las siguientes ventajas:

• Uno de los microprocesadores y microcontroladores de 16/32 bits más utilizados en

dispositivos de telefonía móvil.

• El desarrollo original del núcleo ARM perteneció a Acorn Computers Ltd., aunque

actualmente son producidos por muchas otras compañías tales como: Alcatel,

Samsung, NVIDIA, NXP, entre otros.

• Los procesadores ARM representan casi el 90% de todos los procesadores RISC

integrados de 32 bits.
 7

• La serie ARMМP incluye ARM7, ARM9, ARM11 y Cortex. La velocidad del reloj varía

mucho, desde decenas de MHz hasta 1 GHz.

• Son una buena combinación de lógica moderna, alta funcionalidad, bajo consumo de

energía (principalmente CMOS), bajo costo y arquitectura simplificada para que

puedan integrarse fácilmente en varios dispositivos.

Conclusiones

En los últimos años, el crecimiento de los sistemas integrados los ha hecho más

populares y complejos. Esta complejidad requiere que las comunidades que trabajan en

sistemas integrados tengan un conocimiento sólido de los componentes de hardware y

software que se utilizan en ellos. Porque de esta forma, el diseño de cualquier solución será

concebido teniendo en cuenta las métricas y limitaciones específicas del sistema.

En este documento, se han estudiado los aspectos clave de los sistemas embebidos,

especialmente el software que se ejecuta en sistemas integrados, como los sistemas

operativos integrados. Lo interesante es que cuando se ejecutan en un sistema embebido,

conocen los cambios contenidos en las funciones básicas del sistema operativo (procesos,

gestión de memoria, etc.), lo cual es resultado directo de severas restricciones de hardware o

métricas. Estos sistemas. El estudio de esta nueva tendencia en sistemas informáticos abrirá el

camino a nuevos campos de investigación en los que las limitaciones de la informática, el

espacio y la energía se convertirán en temas de extrema importancia.

 8

Referencias

Wayne W., (2000). Principles of Embedded Computing System Design, Computers as

components (2nd ed.). Morgan Kaufmann.

Prof. David P., (2009). Sistemas Embebidos y Sistemas Operativos Embebidos [Universidad

Central de Venezuela].

José M., (2009). Una introducción basada en FreeRTOS y en el microcontrolador ColdFire

MCF5282, Sistemas empotrados en Tiempo Real.