Projetar sistema embarcado

Tipos de Sistemas Embarcados de Design

O sistema de design embarcado possui diversas variantes, que podem mudar de acordo com as necessidades de aplicação e da indústria. Aqui estão alguns tipos de frameworks embarcados:

• Sistemas Embarcados em Tempo Real:

  Esses frameworks são esperados para concluir tarefas ou atribuições ocasionais dentro de um período de tempo indicado. Uma aplicação crítica de tempo deve atender aos prazos, ou a falha pode levar a perdas mecânicas, financeiras ou humanas. Aplicações não críticas de tempo não exigem tempo de execução específico. Frameworks embarcados reais são utilizados em aplicações críticas para a missão, como sistemas de controle de voo e robótica industrial.

• Sistemas Embarcados em Rede:

  Esses frameworks embarcados comunicam e trocam informações com outros por meio de protocolos de rede. A comunicação pode ser com fio ou sem fio. Frameworks conectados são utilizados em automação industrial, sistemas de transporte inteligentes e aplicações de monitoramento remoto.

• Sistemas Embarcados Autônomos:

  Esses frameworks podem funcionar independentemente sem depender de dispositivos externos. Eles contêm todos os componentes essenciais, incluindo unidades de processamento, dispositivos de armazenamento, dispositivos de saída e dispositivos de entrada. Frameworks autônomos são utilizados em aplicações controladas e portáteis, como eletrodomésticos e misturadores industriais.

• Sistemas Embarcados de Loop Aberto:

  Esses frameworks recebem apenas sinais de entrada e fornecem sinais de saída. O sinal de saída não depende do sinal de entrada. O comportamento previsível pode ser alcançado por frameworks de loop aberto, como controles automáticos de retorno, se os fatores do framework forem considerados como verdadeiros. No entanto, os fatores do framework raramente podem ser considerados verdadeiros, então a saída indiferente não pode ser sempre recebida.

• Sistemas Embarcados de Loop Fechado:

  Esses frameworks implementam estratégias de componente de feedback. Os fatores de saída são estimados por meio de dispositivos de saída e comparados com diretrizes de referência. A diferença é usada para informar os fatores de saída eventualmente, criando uma tarefa variável. Frameworks de loop fechado são geralmente mais confiáveis que os frameworks de loop aberto, pois não há dispositivo de feedback nos frameworks de loop aberto.

• Sistemas Baseados em Microcontroladores:

  Esses frameworks usam pequenos computadores para controlar e gerenciar tarefas. Microcontroladores integram todos os componentes importantes em um único chip. Estes são o coração de inúmeros frameworks embarcados, como robôs, videogames e dispositivos automotivos.

• Sistemas Baseados em FPGA:

  Esses frameworks usam lógica programável para realizar processamento paralelo em relação a vantagens específicas. A lógica programável fornece flexibilidade e treinos para frameworks embarcados. Frameworks assistidos são utilizados em aplicações avançadas de processamento de vídeo, robótica e telecomunicações.

Funções e Recursos

O design de sistemas embarcados envolve a criação de um sistema embarcado autônomo. Isso consiste em hardware (como microcontroladores, sensores, interfaces de entrada/saída e interfaces de comunicação) e software (firmware embarcado e sistema operacional em tempo real). O sistema embarcado é projetado para realizar funções específicas adaptadas à aplicação pretendida. Isso pode incluir processamento de dados, controle, interface do usuário, comunicação e funcionalidades de segurança.

Aqui estão alguns recursos gerais de um sistema embarcado projetado:

• Operação em tempo real: O sistema executa tarefas e processa dados de acordo com requisitos precisos de tempo. Isso garante comportamento previsível e respostas oportunas são fornecidas. O sistema atende aos requisitos de tempo para a aplicação e pode ser suave, rígido ou firme com base na criticidade.
• Eficiência de energia: O sistema otimiza o consumo de energia para maximizar a vida útil da bateria em dispositivos portáteis. Isso é importante em casos onde o dispositivo é frequentemente limitado por recursos de energia. O sistema também deve incorporar técnicas de economia de energia e hardware para minimizar o uso geral de energia.
• Custo-efetividade: Custo do sistema reduzido sem comprometer a qualidade. Isso é importante em casos onde dispositivos são produzidos em grande escala, necessitando da redução de BOM. Isso permite a implementação do sistema dentro de restrições de orçamento, mantendo a confiabilidade e o desempenho.
• Compacidade: O hardware do sistema embarcado é projetado para ser compacto. Isso permite a integração em espaços físicos limitados, permitindo a utilização eficiente de recursos do sistema e peças menores.
• Específico para a Aplicação: O sistema embarcado é adaptado para atender às necessidades específicas das aplicações de destino. Isso garante o desempenho ideal e a utilização de recursos com base nos requisitos. Sistemas de uso geral podem não fornecer esse nível de personalização.
• Confiabilidade e robustez: Sistemas embarcados confiáveis são cruciais para aplicações críticas. Eles funcionam continuamente em várias condições ambientais sem falhas. Esses sistemas são projetados com técnicas tolerantes a falhas para maximizar a confiabilidade, garantindo a operação de longo prazo sob carga de trabalho e condições ambientais esperadas.
• Interface do usuário: Um sistema embarcado pode fornecer uma interface do usuário para monitoramento, controle e configuração.
• Armazenamento de dados: Os sistemas embarcados armazenam firmware, dados de configuração e dados do usuário na memória.
• Conectividade: Alguns sistemas embarcados se comunicam com outros dispositivos ou redes.
• Segurança: Um sistema embarcado pode implementar medidas de segurança para proteger dados e dispositivos.

Cenários de design de sistemas embarcados

O sistema embarcado projetado tem muitas aplicações, e o mercado deve crescer de US$ 223,4 bilhões em 2023 para US$ 552,5 bilhões até 2033 (de acordo com um relatório da Allied Market Research). Isso mostra que mais indústrias estão adotando esses sistemas em seus produtos.

• Automação Industrial: O uso de sistemas embarcados no design de soluções para processos industriais complexos melhorará a eficiência operacional, a produtividade e a consistência no setor de manufatura. Algumas aplicações incluem robótica, controle de máquinas e sistemas de manufatura avançados.
• Aplicações Automotivas: Os sistemas de design embarcados revolucionaram a indústria automotiva. Eles fornecem sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS), sistemas de infoentretenimento e sistemas de controle de veículos.
• Eletrônicos de Consumo: Com base no modelo de sistema específico para a aplicação, vários eletrônicos de consumo podem ser aprimorados, como smartphones, smart TVs e consoles de jogos.
• Instalações de Saúde: O design de sistemas embarcados é essencial para equipamentos médicos de diagnóstico, monitoramento e imagem.
• Computação Móvel: Dispositivos portáteis como tablets, laptops e telefones celulares dependem fortemente de sistemas embarcados para funcionar de forma eficaz em movimento.
• Instalações de Segurança: O setor de segurança e vigilância depende de sistemas de design embarcados para sistemas de alarme, sensores biométricos e câmeras CCTV.
• Instalações Aeroespaciais: O setor aeroespacial incorpora sistemas embarcados em controles de voo, navegação e monitoramento de aeronaves.
• Redes Inteligentes: O design de sistemas embarcados é essencial para o desenvolvimento de sistemas de grade inteligentes, como medição de energia e balanceamento de carga.
• Telecomunicações: Tarefas como processamento de sinal, roteamento de chamadas e transferência de dados são gerenciadas por sistemas embarcados em centros de telecomunicações.
• Sistemas de Gerenciamento de Energia: Esses sistemas são essenciais para monitorar e regular o uso de energia em edifícios e instalações industriais.

Como escolher o design de sistemas embarcados

Ao escolher um serviço de design de sistemas embarcados, os compradores devem considerar vários fatores para garantir que obtenham uma solução que corresponda às suas necessidades.

• Experiência: A experiência da equipe de design é um fator crucial que influencia o sucesso. Aqui, experiência significa o número de anos e conhecimento da indústria. Procure equipes com profundo conhecimento em projetar sistemas para setores específicos, como eletrônicos de consumo.
• Processo de desenvolvimento: Uma equipe estabelecida com estratégias de design comprovadas provavelmente oferecerá soluções inovadoras. Essas equipes têm processos de design documentados, técnicas de otimização e melhores práticas para resolução de problemas.
• Hardware e Software: Designers de sistemas com habilidades sólidas em design de circuitos de hardware, software embarcado e conectividade provavelmente oferecerão soluções abrangentes e coesas. Soluções coesas garantem que todos os componentes funcionem perfeitamente.
• Prototipagem e Testes: A prototipagem rápida ajuda as equipes de design a validar conceitos rapidamente. Isso pode acelerar o tempo de lançamento no mercado. Além disso, procure equipes que tenham estratégias de teste robustas, incluindo testes de estresse e usabilidade.
• Personalização: Cada produto é único, portanto, a capacidade da equipe de design de oferecer soluções personalizadas é um fator crucial que os compradores devem considerar ao selecionar uma equipe de design.
• Avaliações e portfólio: Esses são indicadores vitais da reputação da equipe ou fornecedor. As avaliações revelam os pontos fortes e fracos da equipe, enquanto o portfólio demonstra o conhecimento da equipe. As avaliações também ajudam a definir expectativas em relação aos tempos de resposta e padrões de qualidade.
• Suporte pós-venda: A manutenção é crucial para otimizar o desempenho do sistema embarcado. As atualizações de produtos e modificações de design para atender às necessidades do mercado também são importantes. Esses fatores fazem com que fornecedores com suporte pós-venda responsivo sejam uma escolha preferencial para compradores de negócios.

Perguntas e respostas sobre o design de sistemas embarcados

P1: Quais setores usam sistemas embarcados?

A1: As indústrias automotiva, aeroespacial, robótica, máquinas industriais, dispositivos médicos e eletrônicos de consumo usam sistemas embarcados.

P2: Como os sistemas embarcados são importantes em nossa vida diária?

A2: Os sistemas embarcados estão em muitos dispositivos eletrônicos que as pessoas usam diariamente, como fornos de micro-ondas, smartphones, máquinas de lavar roupa e despertadores. Esses sistemas melhoram a conveniência, a segurança e a eficiência nos lares e locais de trabalho das pessoas.

P3: Qual é o futuro do design de sistemas embarcados?

A3: O futuro parece promissor. Avanços em áreas como a Internet das Coisas (IoT), inteligência artificial, aprendizado de máquina e computação de ponta transformarão os sistemas embarcados.

P4: Quais são os tipos de sistemas embarcados?

A4: Existem vários tipos de sistemas embarcados, incluindo em tempo real, autônomos, em rede e desktop. Cada tipo tem aplicações exclusivas.

P5: Quais são os desafios enfrentados pelos designers de sistemas embarcados?

A5: Os designers devem superar desafios como a complexidade do sistema, interoperabilidade, segurança, baixo consumo de energia e verificação/testes de design.