1 CARRERAS Ingeniería en Sistemas de Computación PROFESOR RESPONSABLE: Ing./ Lic. Sebastián Escarza Profesor Adjunto con Dedicación Simple CARGA HORARIA Teoría Práctica Laboratorio CANTIDAD DE 4 hs 14 hs 50 hs SEMANAS CORRELATIVAS PARA CURSAR LA MATERIA PARA APROBAR LA MATERIA CURSADAS APROBADAS CURSADAS APROBADAS Redes y Teleprocesamiento Interacción Humano- Computadora Elementos de Bases de Datos Introducción a la Electrónica Sistemas Operativos Elementos de Bases de Datos Introducción a la Electrónica Redes y Teleprocesamiento Interacción Humano- Computadora 1 DESCRIPCIÓN Los sistemas embebidos son sistemas de cómputo diseñados para un propósito particular y generalmente forman parte integral de un sistema heterogéneo mayor que puede incluir hardware, componentes eléctricos, electrónicos y/o electromecánicos. El objetivo de esta asignatura es introducir a los alumnos en la problemática propia del desarrollo de este tipo de sistemas en contraposición al desarrollo de sistemas de escritorio que han venido realizando a lo largo de la carrera. Para ello se estudian los principales aspectos tanto de hardware como de software, de manera de brindar un panorama amplio acerca de las diferentes arquitecturas y configuraciones que pueden encontrarse en un dominio de aplicación tan heterogéneo. COMPETENCIAS PREVIAS Y A DESARROLLAR Al momento de comenzar el cursado, los estudiantes ya han adquirido ciertas competencias necesarias para el abordaje de la asignatura. En materias previas, los alumnos: - han modelado, optimizado e implementado sistemas digitales combinacionales y secuenciales, - han adquirido los conocimientos en circuitos eléctricos y electrónica necesarios para analizar y utilizar efectivamente este tipo de componentes en un sistema, - tienen conocimientos en organización y arquitectura de computadoras,
2 - han utilizado el lenguaje de programación C y están familiarizados con lenguajes ensambladores, - han trabajado con múltiples procesos e hilos y conocen las implicancias en relación a su planificación, sincronización y comunicación, - cuentan con experiencia en el desarrollo de sistemas de escritorio, utilización e integración de APIs y servicios del sistema operativo, - conocen los fundamentos de las comunicaciones y las redes de computadoras. Partiendo del conjunto de competencias antes mencionado, durante el desarrollo del curso se espera que los estudiantes: - adquieran las habilidades necesarias para diseñar y desarrollar sistemas embebidos decidiendo qué componentes del mismo implementar en hardware y cuáles implementar en software, - desarrollen capacidades para seleccionar hardware adecuado en términos de costo, consumo, tamaño y prestaciones, entre otras restricciones, en función de las necesidades de la aplicación, - experimenten con elementos propios del área tales como simuladores, emuladores, microcontroladores, dispositivos, etc., - adquieran familiaridad con dispositivos programables y lenguajes de descripción de hardware, - adquieran la capacidad de leer e interpretar la documentación de los dispositivos presentes en este tipo de sistemas, - desarrollen habilidades que les permitan en el futuro capacitarse en arquitecturas, microcontroladores y/o dispositivos no vistos en la materia. Transversalmente a los contenidos del curso se espera que los alumnos también: - mejoren sus habilidades en el diseño de sistemas tomando decisiones convenientes en cuanto a la división de sistemas en subsistemas, - ejerciten el trabajo en equipo, en especial en lo relativo a la interacción de sus desarrollos con módulos desarrollados por terceros, - desarrollen habilidades para explicar, comunicar y discutir decisiones de diseño con sus pares, - apliquen en escenarios concretos los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera. METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA El curso tiene un enfoque netamente práctico. Los alumnos aplican los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera, y los contenidos teóricos presentados en clase, en trabajos de laboratorio que se desarrollan a lo largo del cuatrimestre. En estos trabajos se familiarizan con los dispositivos y herramientas más usuales presentes en sistemas embebidos y desarrollan prácticas destinadas a ejercitar el desarrollo de sistemas fuera del ambiente de escritorio. Inicialmente los trabajos de laboratorio ejercitan los conceptos teóricos de manera aislada, y a medida que se adquieren más conocimientos, se incrementa el alcance de dichos trabajos.
3 Adicionalmente al manejo de los dispositivos y herramientas, los alumnos aprenden a consultar la documentación y las especificaciones de los componentes y protocolos utilizados. El abordaje teórico conceptual se realiza de manera independiente de componentes de hardware particulares, pero se complementa con el estudio y utilización de algunos de ellos. ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS Las actividades teóricas consisten en clases impartidas mediante diapositivas en las cuales se introducen los conceptos de la materia. Las actividades prácticas consisten en una serie de trabajos de laboratorio realizados durante el cuatrimestre, en los cuales los alumnos aplican los conceptos teóricos de la materia por separado, y un proyecto final de mayor escala y de carácter integrador, realizado durante el último mes de cursado. Las actividades teóricas se encuentran articuladas con las prácticas para permitir la introducción progresiva de los contenidos que resultan necesarios para la realización de los trabajos de laboratorio. Inicialmente se introduce a los alumnos a los Sistemas Embebidos, se presentan las herramientas propias del área y se introducen las arquitecturas y componentes básicos de software y hardware, de manera de brindar a los alumnos un conjunto de conocimientos básicos que les permitan realizar los laboratorios iniciales. Conforme se avanza con las actividades, se introducen a nivel teórico componentes de hardware, software, aplicaciones y tópicos particulares. En función de la disponibilidad de hardware con que cuenta la cátedra, algunos de estos temas son ejercitados a nivel práctico en trabajos de laboratorio de mayor alcance, en los cuales los alumnos además de ejercitar el concepto teórico particular, realizan algunas tareas de diseño de sistemas. Con anterioridad al abordaje del proyecto final, los alumnos también estudian conceptos propios de sistemas de mayor escala e integran los conocimientos vistos en el marco de metodologías de desarrollo. Finalmente, con estos conocimientos que completan el panorama teórico completo del área, y ya habiendo experimentado a nivel práctico una buena cantidad de conceptos de manera aislada, los alumnos abordan el desarrollo del proyecto final de la materia: un proyecto práctico de mediana complejidad y temática abierta en el cual integran gran parte de los conocimientos adquiridos. MECANISMOS DE EVALUACIÓN Los alumnos son evaluados mediante: la realización de laboratorios de carácter práctico experimental a lo largo del cuatrimestre en los que van ejercitando los tópicos de la materia por separado. Para la calificación (Aprobado o Desaprobado) de dichos trabajos de laboratorios se considera el diseño e implementación realizado, así como la calidad del informe presentado.
4 la realización de un proyecto final, el cual integra una gran parte de los conceptos abordados. Dicho proyecto tiene una complejidad más elevada que los trabajos realizados con anterioridad y para su calificación (una nota de 0 a 10) se considera el diseño e implementación realizado y la calidad y desenvolvimiento de los alumnos durante el desarrollo y la exposición de dicho proyecto en clase. su desempeño a lo largo del cuatrimestre (calificado con una nota conceptual de 0 a 10). Para ello se tiene en cuenta la participación de cada alumno en clase, el nivel de compromiso al realizar cada una de las actividades, la calidad del trabajo realizado, entre otros factores. Los alumnos cursan la materia aprobando la totalidad de los laboratorios y el proyecto final. Para cada alumno que haya cursado la materia, se calcula una nota global (un promedio pesado de la nota del proyecto final y la nota conceptual). Aquellos alumnos cuya nota global sea igual o superior a 7, promocionan la materia. Aquellos alumnos cuya nota global sea inferior a 7 o que habiéndolo superado así lo deseen, rendirán un examen final escrito para acceder a la aprobación de la misma. PROGRAMA SINTÉTICO 1) Introducción. Evolución Histórica. 2) Arquitectura de Sistemas Embebidos. 3) Hardware embebido. 4) Software embebido. 5) Herramientas de desarrollo embebido. ) Metodologías de diseño y desarrollo de sistemas embebidos. 7) Aplicaciones. Procesos y dispositivos específicos. 8) Nuevos tópicos emergentes. PROGRAMA ANALÍTICO 1) Introducción. Definición de sistema embebido. Características. Sistemas Embebidos vs Sistemas de Escritorio. Evolución histórica. Principales aplicaciones. 2) Arquitectura de Sistemas Embebidos. Componentes de un sistema embebido. Microprocesadores. Memoria. Entrada/Salida. Interfaces. Buses. Ejemplos en la industria. 3) Hardware embebido. Microcontroladores. System-on-a-chip (SoC). Procesadores y dispositivos específicos de aplicaciones (ASICs). DSPs. Hardware programable. FPGAs. Lenguajes de descripción de hardware. Procesadores embebidos soft-core. Ejemplos en la indsutria. Benchmarks.
5 4) Software embebido. Arquitecturas de software embebido. Drivers. Sistemas operativos embebidos. Tiempo real. Middleware embebido. Ejemplos en la industria. 5) Herramientas de desarrollo embebido. Compiladores. Ensambladores. Linkeadores. Compilación cruzada. Ambientes de tiempo de ejecución. Emuladores. Simuladores. Herramientas y técnicas de depuración y verificación. Ejemplos en la industria. ) Metodologías de diseño y desarrollo de sistemas embebidos. Análisis de requerimientos. Partición Hardware-Software. Refinamiento iterativo del particionamiento. Diseño detallado del software y del hardware. Integración del software y el hardware. Testeo del producto y lanzamiento. Mantenimiento y actualización. Calidad de software. 7) Aplicaciones. Procesos y dispositivos específicos. Sensores y Actuadores. Adquisición de datos. Conversión A/D. Sistemas de control. Control de lazo cerrado. Automatización de procesos. Casos de estudio. 8) Nuevos tópicos emergentes. Computación ubicua. Domótica. Dispositivos embebidos de Internet. Redes de sensores. Internet de las cosas. BÁSICA BIBLIOGRAFÍA Berger, A. Embedded Systems Design: An Introduction to Processes, Tools & Techniques. CMP Books. 2001. ISBN: 978-1578200733. Li, Q., Yao, C. Real-time concepts for Embedded Systems. CMP. 2003. ISBN: 978-1578201242. Noergaard, T. Embedded Systems Architecture: A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers. Newnes. 2005. ISBN: 978-075077929. Simon, D. An Embedded Software Primer. Addison-Wesley Professional. 1999. ISBN: 978-02011592. COMPLEMENTARIA Axelson, J. USB Complete: The Developer's Guide (Complete Guides series) (4th Ed.). Lakeview Research. 2009. ISBN: 978-193144808. Barr, M., Massa, A. Programming Embedded Systems: With C and GNU Development Tools, 2nd Edition. O Reilly Media. 200. ISBN: 978-059009830. Bräunl, T. Embedded Robotics: Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems 3 rd Edition. Springer. 2008. ISBN: 978-3540705338. Cofer, R., Harding, B. Rapid System Prototyping with FPGAs: Accelerating the design process (Embedded Technology). Newnes. 2005. ISBN: 978-0750787. Ganssle, J. Embedded System - World Class Designs. Newnes. 2007. ISBN: 978-07508259. Ganssle, J. The Art of Designing Embedded Systems, 2 nd Edition. Elsevier. 2008. ISBN: 978-07508440 Ganssle, J. The Firmware Handbook (Embedded Technology). Newnes. 2004. ISBN: 978-0750709. Heath, S. Embedded Systems Design 2nd Ed. Newnes. 2002. ISBN: 978-07505540. Hamblen, J., Hall, T., Furman, M. Rapid Prototyping of Digital Systems: Sopc Edition. Springer. 2008.
ISBN: 978-038772700. Ibrahim, D. Advanced PIC Microcontroller Projects in C: From USB to RTOS with the PIC 18F Series. Newnes. 2008. ISBN: 978-07508112. Margolis, M. Arduino Cookbook, Second Edition. O'Reilly Media. 2011. ISBN: 978-144931387. Maxfield, C. FPGAs: World Class Designs. Newnes. 2009. ISBN: 978-18517217. Williams E. Make: AVR Programming: Learning to Write Software for Hardware. Maker Media, Inc; First edition. 2014. ISBN: 978-1449355784. Wilmshurst, T. Designing Embedded Systems with PIC Microcontrollers: Principles and Applications. Newnes. 200. ISBN: 978-07507555. Zurawski, R. Embedded Systems Handbook, Second Edition: Embedded Systems Design and Verification (Industrial Information Technology). CRC Press. 2009. ISBN: 978-1439807552. Zurawski, R. Embedded Systems Handbook, Second Edition: Networked Embedded Systems (Industrial Information Technology). CRC Press. 2009. ISBN: 978-143980713. Adicionalmente se consultarán las hojas de datos y especificaciones de los microcontroladores, componentes y protocolos utilizados, así como la documentación que acompaña a las herramientas de desarrollo utilizadas en la materia. AÑO FIRMA PROFESOR RESPONSABLE 201 COORDINADOR ÁREA VISADO SECRETARIO ACADÉMICO DIRECTOR DEPARTAMENTO