2.1 - Introdução aos Sistemas Embarcados

[Música] Olá estudantes sejam bem-vindos à nossa aula sobre introdução aos sistemas embarcados eu sou o professor Jorge wates tenho altura mediana corpo robusto rosto arredondado com orelhas proeminentes tem o cabelo loiro curto e grosso e tem e também tenho pele clara estou com a Bara raspada e usando uma camisa verde escura com gola simples feita de algodão confortável e de tamanho adequado hoje Vamos explorar os principais conceitos e características dos sistemas embarcados ao final desta aula Você será capaz de definir e caracterizar os sistemas embarcados além de entender a sua importância no contexto atual na

aula anterior Vimos que um sistema embarcado é um sistema eletrônico projetado para realizar uma função específica que não pode ser alterada Esse sistema é composto por um hardware que é um circuito físico cujo principal componente é o microcontrolador e por um firmware que é um software gravado na memória do microcontrolador o objetivo principal da aula de hoje é que você seja capaz de definir e caracterizar os sistemas embarcados compreendendo sua importância atualmente Além disso Vamos explorar as funções desse sistemas e suas diferenças em relação a outros tipos de sistemas computacionais você também aprenderá a distinguir

microcontroladores de microprocessadores e entender como eles são usados em Sistemas embarcados Sim vamos conhecer as diversas áreas de aplicação e as principais características dos sistemas embarc mercados prepare-se porque teremos muitas novidades Você deve ter notado como a indústria eletrônica cresceu exponencialmente nas últimas décadas hoje é difícil encontrar um produto tecnológico que não contenha algum tipo de sistema eletrônico de computação milhões de equipamentos eletrônicos são produzidos anualmente para as mais diversas aplicações neste cenário os microprocessadores digitais se destacam como o principal componente de sistemas de computação podemos apontar dois fatos importantes sobre a indústria da Computação

o O primeiro é que nas últimas décadas os computadores se popularizaram se diversificaram e tiveram um crescimento numérico dos equipamentos de computação Outro ponto importante foi o constante crescimento tecnológico ao longo desses anos frutos do avanços significativo da microeletrônica dessa forma os computadores passaram a ser objetos comuns em todos os tipos de ambiente os sistemas embarcados são um tipo específico de sistemas de computação projetados para automatizar diversos tipos de produtos que não necessariamente são computadores qualquer produto eletrônico que contenha um microprocessador incorporado é considerado um sistema embarcado Isso significa que bilhões de produtos fabricados anualmente

possuem um sistema computacional embarcado a utilização de sistemas embarcados torna esses produtos mais eficiente de melhor qualidade e mais acessíveis a maioria dos sistemas embarcados utilizam microcontrolador como componente principal o microcontrolador é um dispositivo eletrônico que integra em um único chip o processador memória interfaces e periféricos para ilustrar as funções de um sistema embarcado Vamos estudar o exemplo de um antigo sistema de controle de bomba d'água com relés esse sistema não oferece muitas facilidades de uso para o usuário os relés controlam o acionamento dos motores para manter o nível de água no reservatório dentro dos

parâmetros pré-estabelecidos agora veremos como esse sistema é implementado hoje com um sistema embarcado baseado em microcontrolador o controle inteligente oferece novas funcionalidades a partir de um painel interativo o usuário pode determinar o horário de acionamento dos motores limitar o consumo de energia receber alertas de mau funcionamento bem Como monitorar o sistema pela internet esse sistema agrega novas características reduzindo custo peso tamanho bem como aumentando sua seguranç de funcionamento outro exemplo clássico é o sistema de ignição mecânica de um carro esse sistema é responsável por ativar as velas do motor para fazê-lo girar antigamente era necessário

ajustar esse sistema periodicamente pois com o tempo diversos problemas surgiam como a dificuldade da partida falha de aceleração ruídos aumento do consumo de combustível e perda do desempenho atualmente o sistema de ignição é eletrônico e conta com o sistema embarcado para controlar a ativação das velas de forma mais eficiente um microcontrolador realiza essa ativação de maneira inteligente eliminando a necessidade de reg agem manual isso torna o motor mais limpo eficiente com menos ruídos e menos emissão de poluentes agora vamos falar um pouco sobre como os sistemas eletrônicos digitais são classificados e sua relação com os

sistemas embarcados segundo di Michelle esse sistemas podem ser divididos em três grupos o primeiro grupo é composto por sistemas de emulação e prototipagem nos quais os fpgas ou matrizes lógicas programáveis são usados para validar sistemas eletrônicos de digitais o segundo grupo engloba os sistemas de computação de propósito geral normalmente baseado em microprocessadores que suportam diferentes aplicações criadas pelo usuário por fim temos o sistema embarcado que geralmente são baseados em microcontroladores e possuem um projeto de hardware e firmware sob medida ou seja são interdependentes Vamos definir com mais detalhes O que é um sistema embarcado um

sistema computacional é considerado embarcado quando é dedicado a realizar uma única tarefa interagir com o ambiente por meio de sensores e atuadores esse conceito surgiu no final da década de 1960 normalmente um sistema embarcado é parte integrante de uma máquina ou de um sistema eletrônico maior como nos exemplos que que discutimos anteriormente é importante não confundir um sistema de propósito geral como um computador pessoal com o sistema embarcado um computador pessoal possui um microprocessador mais robusto que opera em clock elevado e com acesso a grande capacidade de memória e dispositivos de armazenamento além de periféricos

e interfaces de Alto desempenho integrados na sua placa mãe um PC pode executar diferentes programas não é dedicado a uma única tarefa por isso que o denominamos de sistema de computação de propósito geral a fumadora digital é um excelente exemplo de um sistema embarcado que é um tipo específico de sistema de computação dedicado a uma função específica neste caso a gravação de vídeo devido à natureza dedicada de sua tarefa o desempenho computacional e a capacidade de memória da filmadora são dimensionados de acordo com a complexidade dessa função garantindo a eficiência e a economia de recursos

o design da filmadora ao contrário de dispositivos como smartphones ou computadores não permite a execução de aplicações de terceiros ou personalizações complexas por parte do usuário em vez disso ela é equipada com uma série de interfaces para conectar e controlar os diferentes componentes e periféricos necessários para sua captura e e processamento de vídeo essas interfaces incluem mas não se limitam às conexões com as lentes para ajuste de fque de foco né e Zoom monitores para movimentação das lentes e dos dispositivos em si displays para a utilização em tempo real e navegação nos menus e botões

para controles do usuário os fabricantes frequentemente integram todos esses elementos processador memória interface e firmware em único chip muitas vezes em um microcontrolador resultando em um design compacto e eficiente esse tipo de integração permite que a filmadora seja otimizada para o seu propósito específico oferecendo o desempenho necessário dentro das limitações físicas energéticas do dispositivo nas ilustrações podemos ver os detalhes da CPU de uma filmadora o chip é dividido em áreas com funções específicas como barramento processadores memória temporizadores dentre outros agora vamos detalhar cada um dos componentes de um sistema digital de uma filmadora projetado para

aplicações embarcadas o arm Cortex M4 oferece um bom equilíbrio entre o desempenho e baixo consumo de energia ele é ideal para filmadoras executando cálculos e tarefas em tempo real com eficiência este bloco armazena tanto firmware quanto os dados temporários ou permanentes do sistema inclui memória flash para firmer e sram para dados temporários garantindo operação rápida e retenção de dados essenciais o Block System incluem circuitos fundamentais como o clock para sincronizar o reset e gestão de energia Esses são essenciais para o funcionamento estável e eficiente do sistema no bloco de interface de comunicação o sistema possui

várias interfaces ethernet spi i2c e wi-fi todas essenciais para a integração e conectividade da filmadora o temporizador permite ao sistema medir e controlar o tempo com precisão fundamental para a sincronização de processos controle de taxa de amostragem e geração de eventos periódico esses circuitos processam sinais analógicos incluindo amplificadores para microfones e sensores conversores AD e regulagem de tensão garantindo estabilidade e precisão no processamento de sinais os sistemas embarcados estão presentes em nosso cotidiano integrando uma ampla Gama de produtos eletrônicos eles são essenciais em veículos como automóveis trens e aviões onde controlam diversas funções também estão

em eletrodomésticos como máquinas de lavar televisores além de outros dispositivos mé brinquedos e equipamentos de telecomunicação e rede de dados a lista de aplicações é extensa abrangendo bilhões de objetos que dependem desses sistemas para funcionar entender onde e como os sistemas embarcados são aplicados é fundamental em produtos de consumo eles estão presentes em telefones câmeras digitais consoles de videogames entre outros a maioria dos equipamentos em nossas casas escritórios como eletrodomésticos e eletrônicos também dependem desses sistemas os carros modernos que funciona como uma rede móvel de computadores sistemas embarcados controlam funções essenciais como transmissão injeção eletrônica

suspensão e freios Além disso todos os equipamentos de redes de computadores como roteadores e pontos de acesso utilizam esses sistemas vamos sintetizar o que aprendemos na aula de hoje exploramos as definições e características dos sistemas embarcados entendendo sua função e importância discutimos as classificações dos sistemas eletrônicos em três categorias principais emula ação computação e sistemas embarcados destacamos a onipresença dos sistemas embarcados em produtos eletrônicos modernos desde automóveis até dispositivos domésticos e de redes de dados por fim refletimos sobre o futuro que será dominado por objetos microcontrolados e conectados à internet reforçando a relevância crescente desses

sistemas no nosso cotidiano chegamos ao fim de nossa aula hoje muito obrigado por terem participado lembrem-se de revisar Todo o material e completar a as atividades propostas em caso de dúvida não hesitem a entrar em contato com nossa equipe até a [Música] próxima i