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Introdução aos Sistemas Embarcados (Embedded Systems)

Um sistema embarcado é um sistema de computador (hardware + software) que possui uma função dedicada, geralmente operando dentro de um outro sistema, elétrico, mecânico, hidráulico, etc.

Sistemas embarcados são usados para controlar muitos tipos de sistemas e equipamentos atualmente, além de encontrar aplicações muito variadas, desde a área médica até comunicação e entretenimento.

Devido ao seu tamanho compacto, baixo custo e aspectos de design simplificado, os sistemas embarcados são muito populares e extremamente utilizados, tendo-se tornado indispensáveis para a vida moderna.

Características Principais dos Sistemas Embarcados

• Baixo consumo energético
• Tamanho reduzido
• Baixo custo por unidade
• Operação especializada
• Baixo tempo de resposta
• Operação em tempo real
• Confiabilidade e Segurança
• Hardware e software coexistem (firmware)

Hardware

Os sistemas embarcados são baseados principalmente em microcontroladores. Alguns utilizam microprocessadores (mais complexos), e chips para processamento dedicado, como chips DSP (Digital Signal Processing).

Aplicações dos sistemas embarcados

Os sistemas embarcados são utilizados em inúmeras aplicações, como por exemplo:

• Relógios digitais
• CLPs e controles industriais
• Eletrodomésticos (microondas, lavadoras)
• Aviônica
• Eletrônica automotiva
• Automação residencial
• Telefones celulares
• Robótica

E muitas outras além dessas.

Praticamente tudo o que é programável possui um sistema embarcado. Os sistemas embarcados são, geralmente, classificados em quatro tipos: Computação geral (PDA, vídeo-games, etc); Sistemas de Controle (Controles veiculares, controles de vôo, reatores nucleares); Processamento de sinais (radares, sonares, DVD player, processadores de efeitos, analisadores de espectro); Comunicação / Rede (telefones celulares, roteadores, modems de internet).

 

Interfaces dos sistemas embarcados

Alguns sistemas embarcados não possuem nenhuma interface, e outro possuem interfaces gráficas complexas para interação com o usuário.

Às vezes a interface se resume a alguns botões, LEDs, sinais sonoros e LCDs.

Em alguns casos o sistema embarcado é acessado remotamente, usando algum protocolo de comunicação como Ethernet, USB, RS-232, I2C ou outro.

Comunicação

Os sistemas embarcados podem se comunicar com o mundo externo usando diversos tipos de periféricos, como:

• Interfaces Seriais
• Cartões SD, Compact Flash, etc.
• Rede Ethernet
• GPIO (General Purpose Input/Output Pin)
• Conversores ADC e DAC
• Barramentos especializados, como PROFIBUS
• Interfaces wireless, como XBee e Bluetooth

Partes de um sistema embarcado (simplificado)

Na figura abaixo podemos ver as partes que compõem um sistema embarcado simples, incluindo dispositivos de entrada e saída e sistema interno de processamento:

Tipos de processadores

Os sistemas embarcados usam duas classes de processamento principais: microprocessado e microcontrolado.

Alguns exemplos de microprocessadores e microcontroladores usados em sistemas embarcados podem ser vistos na lista a seguir:

• ARM Cortex A8 / A9 / A15
• Famílias Intel Atom e Intel Quark
• Qualcomm Snapdragon
• AMD Geode LX
• Texas Instruments AM335x

Exemplos de microcontroladores

A seguir temos uma pequena (bem pequena!) listagem de microcontroladores usados em sistemas embarcados:

• Família 8051
• Microchip PIC
• Hitachi H8
• Motorola 68HC16xx
• ARM Cortex M3 / M4
• Atmel ATmega
• Texas Instruments MSP430F2x
• TI Hercules RM

Sensores

Os sensores são dispositivos capazes de detectar eventos ou alterações em variáveis ambientais e gerar uma saída na forma de sinais elétricos ou ópticos, que serão processados pelo sistema embarcado e utilizados para realizar  algum tipo de tarefa de controle, muitas vezes  acionando um atuador ou enviando sinais para outros circuitos.

Tipos de sensores usados em sistemas embarcados

• Fotoelétrico
• Detectores de sons
• Velocidade
• Temperatura
• Magnéticos
• Pressão
• Acelerômetros
• Giroscópios
• Gás e fumaça

Ao longo de nossos cursos de eletrônica vamos detalhar o uso de cada um desses sensores, e muitos mais.

Acionadores

Os dispositivos acionadores são componentes do sistema embarcado que enviam sinais de controle para acionar elementos e equipamentos externos ao sistema, como por exemplo acionando motores, acendendo e apagando luzes, emitindo sons, ligando e desligando máquinas, entre outras tarefas.

Exemplos de Acionadores

• Relés
• Drivers de Motores
• Drivers de LEDs
• Emissores de IR
• SCR
• TRIAC

Também detalharemos o uso desses, e de muitos outros acionadores, incluindo diversos projetos eletrônicos em nossos artigos e tutoriais sobre Eletrônica, Arduíno e Microcontroladores

Placas para estudo de sistemas embarcados

Há no mercado diversos kits e placas para estudo e prototipagem de sistemas embarcados e programação de microcontroladores / microprocessadores. Como exemplo, podemos citar:

• Plataforma Arduíno
• Intel Galileo
• Texas Instruments MSP430 Launchpad
• Beaglebone Black
• AMD Gizmo 2
• Raspberry Pi

E muitas outras mais!

Programação de Sistemas Embarcados

Para programar um sistema embarcado, normalmente usamos linguagens de programação de uso geral, como:

• C
• Assembly
• C++
• Java

E em alguns casos, linguagens específicas do fabricante do sistema, que podem inclusive serem baseadas nas linguagens acima, como por exemplo AppInventor ou LabView (National Instruments), que são softwares usados para programação do LEGO Mindstorms, que é um kit de aprendizagem de robótica da empresa LEGO.

Futuro dos Sistemas Embarcados

O mercado de sistemas embarcados tem um futuro extremamente promissor. Vejamos alguns dados de pesquisas que nos mostram previsões de crescimento e performance desse mercado.

• De acordo com um relatório da BCC Research, o mercado global de sistemas embarcados deve atingir a cifra de US$ 198.5 bilhões até 2019
• Até 2020 devem haver mais de 26 bilhões de dispositivos conectados à Internet (“internet das coisas”), baseados em sistemas embarcados. Sem contar os sistemas sem acesso à Internet.
• É previsto um crescimento contínuo na produção de eletrodomésticos nos próximos 5 anos, de acordo com pesquisa do portal Statista.
• Até 2018 o número de telefones celulares comercializados deve subir até atingir a marca de 1,9 bilhão de unidades / ano, um crescimento de 9,8% em relação às vendas de 2014, de acordo com o IDC.

Assista agora a um vídeo sobre Sistemas Embarcados, onde explico mais detalhadamente os conceitos expostos acima: