Sistemas empotrados PID_

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1 Sistemas empotrados José María Gómez Cama Francisco Hernández Ramírez José López Vicario Antoni Morell Pérez Juan Daniel Prades García Ignasi Vilajosana Guillén Xavier Vilajosana Guillén PID_

2 CC-BY-SA PID_ Sistemas empotrados José María Gómez Cama Francisco Hernández Ramírez José López Vicario Antoni Morell Pérez Físico, ingeniero de Electrónica y doctor en Ingeniería Electrónica por la Universidad de Barcelona. Profesor titular del Departamento de Electrónica de la Universidad de Barcelona. Imparte su docencia en los estudios de grado de Física, Ingeniería Electrónica de Telecomunicación y máster de Ingeniería electrónica. Entre sus intereses destacan los sistemas empotrados por instrumentación para telescopios en el espacio y en la Tierra, y también para automoción. Físico y doctor por la Universidad de Barcelona. Gestor de proyectos e investigador en el Instituto de Investigación en Energía de Cataluña (IREC), y profesor asociado del Departamento de Electrónica de la Universidad de Barcelona. Imparte su docencia en los estudios de licenciatura y grado de Física y en el máster de Nanociencia y nanotecnología. Entre sus intereses destacan la caracterización de los nanomateriales y su aplicación a dispositivos. Ingeniero de Telecomunicación y doctor en Teoría de la Señal y Comunicaciones por la Universidad Politécnica de Cataluña. Profesor lector de la Universidad Autónoma de Barcelona, donde imparte asignaturas de procesamiento de la señal y transmisión de datos. Entre sus intereses, destacan el procesamiento de la señal aplicada a comunicaciones, las redes de sensores y los sistemas de comunicaciones y posicionamiento cooperativos. Ingeniero de Telecomunicaciones y doctor en Teoría de la Señal y Comunicaciones por la Universidad Politécnica de Cataluña. Profesor lector de la Universidad Autónoma de Barcelona, donde imparte asignaturas de señales y sistemas y comunicaciones móviles. Entre sus intereses, destacan los métodos de optimización distribuidos aplicados a comunicaciones, las redes de sensores y los sistemas de posicionamiento cooperativos. Juan Daniel Prades García Ignasi Vilajosana Guillén Xavier Vilajosana Guillén Físico, ingeniero de Electrónica y doctor por la Universidad de Barcelona. Profesor lector del Departamento de Electrónica de la Universidad de Barcelona, imparte su docencia en los estudios de grado de Física, Ingeniería de Electrónica, Ingeniería Técnica de Informática de Sistemas y máster de Nanociencia y nanotecnología. Entre sus intereses destacan los nuevos dispositivos electrónicos basados en nanomateriales. Licenciado en Física y doctor en Física por la Universidad de Barcelona. Profesor de Matemática aplicada de la Universidad Politécnica de Cataluña, trabajo que compagina con la de CEO de Worldsensing, una empresa dedicada a la creación de dispositivos y redes de sensores inalámbricos. Entre sus intereses, destacan la electrónica analógica, las redes de sensores y el procesamiento avanzado de la señal. Ingeniero de Informática por la Universidad Politécnica de Cataluña y doctor en Ciencia de la Computación por la Universitat Oberta de Catalunya. Profesor de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la Universitat Oberta de Catalunya, es responsable del área de Redes de Computadores de las titulaciones de grado de Ingeniería de Informática, de Ingeniería de Telecomunicación y de Ingeniería Multimedia. Entre sus intereses, destacan las redes de sensores, los protocolos de encaminamiento escalables y la gestión distribuida de recursos en red. El encargo y la creación de este material docente han sido coordinados por el profesor: Xavier Vilajosana Guillén (2011) Primera edición: septiembre 2011 José María Gómez Cama, Francisco Hernández Ramírez, José López Vicario, Antonio Morell Pérez, Juan Daniel Prades García, Ignasi Vilajosana Guillén, Xavier Vilajosana Guillén Todos los derechos reservados de esta edición, FUOC, 2011 Avda. Tibidabo, 39-43, Barcelona Diseño: Manel Andreu Realización editorial: Eureca Media, SL Depósito legal: B Los textos e imágenes publicados en esta obra están sujetos excepto que se indique lo contrario a una licencia de Reconocimiento-Compartir igual (BY-SA) v.3.0 España de Creative Commons. Se puede modificar la obra, reproducirla, distribuirla o comunicarla públicamente siempre que se cite el autor y la fuente (FUOC. Fundació per a la Universitat Oberta de Catalunya), y siempre que la obra derivada quede sujeta a la misma licencia que el material original. La licencia completa se puede consultar en:

3 CC-BY-SA PID_ Sistemas empotrados Introducción Esta asignatura pretende dar una visión global y exhaustiva de los sistemas empotrados poniendo énfasis en aquellos aspectos que los caracterizan. A pesar de que el objetivo de la asignatura es que el estudiante aprenda a desarrollar aplicaciones para sistemas empotrados, los módulos didácticos se enfocan a dar un conocimiento teórico complementario de lo que se quiere lograr durante el curso. Así pues, se parte de una breve introducción que ubica el contexto de los sistemas empotrados, su importancia, sus aplicaciones y el proceso básico de desarrollo. El eje troncal del curso se estructura en los tres módulos centrales: el módulo "El hardware: arquitectura y componentes" nos introduce los conceptos fundamentales del hardware que integran un sistema empotrado. Se presentan en él los fundamentos básicos del hardware, como son los subsistemas de proceso y de memoria, los buses de comunicaciones y las interfaces de entrada/salida. Hay que remarcar que algunos conceptos presentados en este módulo ya han sido introducidos con anterioridad en otras asignaturas relacionadas con la arquitectura de computadores, pero el enfoque del presente módulo es específico para los sistemas empotrados o de propósito específico y pone énfasis en aquellos aspectos clave que los diferencian del resto de los sistemas. El módulo "El software" presenta de manera cuidadosa los aspectos relacionados con el software de un sistema empotrado: desde el modelo de programación, pasando por esquemas algorítmicos y consideraciones más específicas derivadas de las restricciones de estos sistemas. Cabe señalar que es muy importante conocer los modelos de programación de este tipo de sistemas, puesto que difieren en muchos casos de las técnicas más usadas en el desarrollo de aplicaciones al que se está habituado. Por ejemplo, las restricciones de memoria en muchos casos hacen necesario una estructuración determinada del código o el uso de determinadas técnicas o patrones. El módulo "Sistemas operativos empotrados" nos adentra en el mundo de los sistemas operativos orientados específicos para sistemas empotrados. Con un enfoque práctico, guía al estudiante de manera incremental por medio de las técnicas más utilizadas para operar un sistema empotrado. En este módulo también se presentan los drivers, piezas de software que interactúan con el hardware y lo abstraen. Finalmente, el módulo nos presenta algunos de los sistemas operativos más usados en el ámbito de los sistemas de propósito específico. Uno de los aspectos más olvidados en el desarrollo de software es el de la evaluación o test. En los sistemas empotrados toma especial importancia su verificación, puesto que suelen ser sistemas con funcionamiento desatendido y

4 CC-BY-SA PID_ Sistemas empotrados muchas veces en tiempo real. El módulo "Simulación y test" nos introduce las herramientas de las que dispone un desarrollador de aplicaciones para sistemas empotrados para llevar a cabo su trabajo. Además, el módulo presenta un conjunto de metodologías para la verificación de software.

5 CC-BY-SA PID_ Sistemas empotrados Objetivos El estudio de esta asignatura os permitirá lograr los objetivos siguientes: 1. Conocer los aspectos que caracterizan un sistema empotrado y sus aplicaciones. 2. Conocer los componentes y la arquitectura de hardware de los sistemas empotrados. 3. Conocer las particularidades y las técnicas de desarrollo de software para sistemas de propósito específico. 4. Conocer los sistemas operativos que rigen el funcionamiento de un sistema empotrado. 5. Conocer las técnicas y las herramientas habituales para la verificación de software específico para sistemas empotrados. 6. Saber preparar una cadena de desarrollo específica para una plataforma o para un sistema empotrado. 7. Saber desarrollar una aplicación básica para un sistema empotrado.

6 CC-BY-SA PID_ Sistemas empotrados Contenidos Módulo didáctico 1 Introducción a los sistemas empotrados Ignasi Vilajosana Guillén 1. Qué es un sistema empotrado 2. Factores de forma 3. El concepto de familia 4. Aplicaciones 5. Consideraciones de diseño 6. El proceso de desarrollo Módulo didáctico 2 El hardware: arquitectura y componentes José López Vicario y Antoni Morell Pérez 1. Arquitectura del sistema 2. Componentes de los sistemas empotrados 3. Comunicación con el exterior 4. Subsistema de alimentación 5. Detección de errores de hardware Módulo didáctico 3 El software Francisco Hernández Ramírez y Juan Daniel Prades García 1. Cuestiones preliminares 2. Conceptos básicos del software para sistemas empotrados 3. Modelos de programación Módulo didáctico 4 Sistemas operativos empotrados José María Gómez Cama 1. Un caso básico introductorio 2. Elementos de un sistema operativo 3. El gestor de procesos 4. Sistemas en tiempo real 5. Controladores de periféricos 6. Sistemas operativos y librerías de soporte Módulo didáctico 5 Simulación y test Xavier Vilajosana Guillén 1. Herramientas de desarrollo 2. Simuladores 3. Metodologías de verificación y test