Fase 1. Sistemas embebidos Describa el significado, historia, características, componentes y aplicaciones de los sistemas embebidos. Consulte fuentes diferentes al modulo del curso.

Definición

Un sistema embebido (SE) o sistema empotrado lo vamos a definir como un sistema electrónico diseñado específicamente para realizar unas determinadas funciones, habitualmente formando parte de un sistema de mayor entidad. La característica principal es que emplea para ello uno o varios procesadores digitales (CPUs) en formato microprocesador, microcontrolador o DSP lo que le permite aportar ‘inteligencia’ al sistema anfitrión al que ayuda a gobernar y del que forma parte.

Historia

Uno de los primeros sistemas integrados reconocible moderno era el ordenador de a bordo Apolo, el equipo de orientación Apolo era considerado el más peligroso elemento en el proyecto Apolo, ya que emplea los entonces recién desarrollados circuitos integrados monolíticos para reducir el tamaño y el pesoDado que estas aplicaciones tempranas en la década de 1960, los sistemas integrados han bajado de precio y ha habido un aumento dramático en la capacidad de procesamiento y funcionalidad. En 1978, la Asociación de Fabricantes Nacional de Ingeniería lanzó un "estándar" para microcontroladores programables, incluyendo casi todos los controladores basados en computadoras, tales como computadoras de placa única, numéricos y controladores basados en eventos.

Como el costo de los microprocesadores y microcontroladores cayó se hizo posible reemplazar costosos basados perilla componentes analógicos, tales como potenciómetros y condensadores variables con botones arriba / abajo o perillas leída por un microprocesador incluso en algunos productos de consumo. Por los mediados de 1980, la mayor parte de los componentes comunes del sistema previamente externos se habían integrado en el mismo chip que el procesador y la forma moderna del microcontrolador permite un uso más generalizado, que a finales de la década fueron la norma y no la excepción para casi todos los dispositivos electrónicos.

El primer sistema integrado La Fuerza Aérea de EE.UU. Minuteman ICBM, introducido en 1961, contenía el primer sistema embebido. Este sistema se hizo a partir de transistores discretos y controla las funciones de orientación y la estabilidad del misil. El desarrollo de este misil era importante ya que investigación financiada por la cual disminuyó el costo de la implementación de sistemas embebidos en varios órdenes de magnitud.

El segundo sistema incorporado Los Estados Unidos Armada de combate F-14 Tomcat, en primer lugar lanzado en 1970, que figura sin duda la primera microprocesador del sistema embebido basado. El CADC Garret, que controla muchos de los funciones de combate, consistió de 8 procesadores y 19 chips de memoria

La integración de los microcontroladores ha aumentado aún más las aplicaciones para las que los sistemas integrados se utilizan en áreas donde tradicionalmente un equipo que no se han considerado. Un propósito general y comparativamente microcontrolador de bajo coste a menudo puede ser programado para cumplir la misma función que un gran número de componentes separados. Aunque en este contexto un sistema embebido es por lo general más complejo que una solución tradicional, la mayor parte de la complejidad está contenida dentro del propio microcontrolador.

Características

Un sistema embebido se trata de un modulo electrónico alojado dentro de un sistema de mayor entidad (‘host’ o anfitrión) al que ayuda en la realización tareas como el procesamiento de información generada por sensores, el control de determinados actuadores, etc.. El núcleo de dicho módulo lo forma al menos una CPU en cualquiera de los formatos conocidos:

- Microprocesador.- Microcontrolador de 4, 8, 16 o 32 bits.- DSP de punto fijo o punto flotante.- Diseño a medida ‘custom’ tales como los dispositivos FPGA

El módulo o tarjeta, además puede haber sido desarrollado para satisfacer una serie de requisitos específicos de la aplicación a la que está dirigido. Entre éstos, podemos citar:

- Tamaño: por lo general deberá ser reducido.- Margen de temperatura especifico del ámbito de aplicación- Consumo de energía: En aplicaciones en las que es necesario el empleo de baterías, se buscará minimizar éste.- Robustez mecánica: Existen aplicaciones donde los dispositivos sufren un alto nivel de vibraciones, golpes bruscos.- Coste: No es lo mismo diseñar un producto a medida con pocas unidades que diseñar un producto para el competitivo mercado.

En lo que se refiere al software, se tendrán requisitos específicos según la aplicación.En general para el diseño de un SE no se dispone de recursos ilimitados sino que la cantidad de memoria será escasa, la capacidad de cálculo y dispositivos externos será limitada, etc. Podemos hablar de las siguientes necesidades:

- Trabajo en tiempo real.- Optimizar al máximo los recursos disponibles.- Disponer de un sistema de desarrollo específico para cada familia de microprocesadores empleados

- Programación en ensamblador, aunque en los últimos años, los fabricantes o empresas externas han mejorado la oferta de compiladores que nos permiten trabajar en lenguajes de alto nivel, tales como C.

Microprocesador, microcontrolador, DSP o DSCSe entiende que en nuestra definición de SE, éste siempre alberga una o más CPUs ya que son el elemento encargado de aportar la ‘inteligencia’ al sistema. El formato en el que la CPU se encuentra puede ser el de microprocesador, microcontrolador (μC), DSP, etc.

Microprocesador: Es un chip que incluye básicamente la CPU y circuitería relacionadas con los buses de datos y memoria. Para poder realizar su tarea se necesitan otros chips adicionales (Sistema mínimo) tales como memoria, circuitos de entrada salida E/S (I/O) y reloj.

Microcontrolador (MCU): Es un dispositivo que alberga el sistema mínimo dentro de un único chip, esto es, incluye CPU, buses, reloj, memoria ROM, memoria RAM, E/S, otros periféricos tales como conversores A/D, temporizadores (timers), etc.

Procesador Digital de Señal (DSP): Son microcontroladores o microprocesadores diseñados específicamente, tanto en arquitectura hardware como conjunto de instrucciones, para realizar tareas típicas de procesamiento digital de señales en tiempo real.

DSC: Dispositivos mixtos microcontrolador/DSP que algunos fabricante ofrecen dentro de su catálogo de productos.

Aplicaciones

Las aplicaciones más numerosas suelen ser del tipo industrial y gran consumo.

En la práctica totalidad de las áreas de nuestra vida nos encontramos con sistemas embebidos que prácticamente nos pasan desapercibidos. Sirva como ejemplo el sector del automóvil, que en pocos años ha introducido notables avances en lo referente a la seguridad, confort, etc.

En general se encuentran los siguientes campos de aplicación:

- Equipos industriales de instrumentación, automatización, producción, etc.- Equipos de comunicaciones.- En vehículos para transporte terrestre, marítimo y aéreo- En dispositivos dedicados al sector de consumo tales como electrodomésticos,

equipamiento multimedia, juguetes, etc.- En bioingeniería y electromedicina.- Sector aerospacial y de defensa.- Equipos para domótica

Fase 2. Microprocesadores Realice una investigación sobre los más recientes microprocesadores, donde describa sus características, componentes y arquitecturas.

AMD Phenom™ X3 Triple-Core 

AMD64 con Arquitectura de conexión directa

Ayuda a mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema al conectar el controlador de memoria y el dispositivo de E/S directamente a la CPU.

Su diseño permite una informática simultánea de 32 y 64 bits. Integra un controlador de memoria DDR2. Ventajas:

o Aumenta el rendimiento de las aplicaciones al reducir la latencia de memoria.

o Escala el rendimiento y el ancho de banda de la memoria para satisfacer las necesidades informáticas.

o La tecnología HyperTransport™ proporciona un ancho de banda máximo de hasta 16,0 GB/s por procesador, lo que reduce los embotellamientos de E/S.

o Ancho de banda de procesador a sistema total de hasta 33,1 GB/s (bus de HyperTransport + bus de memoria).

Caché inteligente equilibrada de AMD

Caché L3 compartida Además de la caché L2 de 512 K por núcleo, caché L3 de hasta 2 MB compartida

por hasta 3 núcleos. o Ventaja: tiempos de acceso reducidos a datos a los que se acceda con mucha

frecuencia, para obtener un mejor rendimiento.

Acelerador ancho de coma flotante de AMD

Unidad de coma flotante (FPU) de 128 bits. Unidad de coma flotante (ruta de datos internos de 128 bits) de alto rendimiento por

núcleo. o Ventaja: rutas de datos más largas para cálculos de comas flotantes más

rápidos y un mejor rendimiento.

Tecnología HyperTransport™

Un enlace de 16 bits de hasta 3.600 MT/s. Ancho de banda de E/S de HyperTransport™ de hasta 8,0 GB/s; hasta 16,0 GB/s en

modo HyperTransport Generation 3.0. Ancho de banda de procesador a sistema total de hasta 33,1 GB/s (bus de

HyperTransport + bus de memoria). o Ventaja: tiempos de acceso rápidos a los recursos del sistema para un mejor

rendimiento.

Controlador DDR2 DRAM integrado con tecnología de optimización de memoria de AMD

Controlador de memoria DDR2 integrado de ancho de banda elevado y baja latencia.

Admite DIMM sin búfer SDRAM para PC2-8500 (DDR2-1066); PC2-6400 (DDR2-800), PC2-5300 (DDR2-667), PC2-4200 (DDR2-533) o PC2-3200 (DDR2-400).

Compatibilidad para memoria DDR2 SDRAM de 64 bits Ancho de banda de memoria de hasta 17,1 GB/s.

o Ventaja: acceso rápido a la memoria del sistema para un mejor rendimiento.

AMD Virtualization™ (AMD-V™) con indexación de virtualización rápida

Mejora de una serie de características de silicio diseñadas para aumentar el rendimiento, la fiabilidad y la seguridad de los entornos de virtualización actuales y futuros al permitir aplicaciones virtualizadas con acceso directo y rápido a su memoria asignada.

o Ventaja: contribuye a una ejecución más segura y eficaz del software de virtualización al permitir una mejor experiencia con los sistemas virtuales.

Tecnología AMD Cool'n'Quiet™ 2.0

Funciones de gestión de consumo mejoradas que ajustan automática e instantáneamente los estados de rendimiento y las características de acuerdo con los requisitos de rendimiento de los procesadores.

Para un funcionamiento más silencioso y de consumo reducido.

o Ventaja: permite diseños de plataformas con un rendimiento eficaz con menos calor y ruido y menos uso energético.

Tecnología AMD CoolCore™

Reduce el consumo de energía del procesador desactivando las partes del procesador que no se están usando. Por ejemplo, el controlador de memoria puede desactivar la lógica de escritura cuando se está leyendo información de la memoria, lo que contribuye a reducir el consumo de energía del sistema.

Funciona automáticamente sin necesidad de controladores ni activación de BIOS. La alimentación se puede activar o desactivar dentro de un solo ciclo de reloj,

ahorrando energía sin comprometer el rendimiento. o Ventaja: ayuda a los usuarios a obtener un rendimiento más eficaz activando

o desactivando dinámicamente partes del procesador.

Dual Dynamic Power Management™

Habilita funciones de gestión de alimentación más granular para reducir el consumo energético del procesador.

Incluye placas de alimentación independientes para los núcleos y el controlador de memoria, para un consumo energético y un rendimiento óptimos, con la creación de más oportunidades de ahorro energético dentro de los núcleos y el controlador de memoria.

o Ventaja: ayuda a mejorar la eficiencia de la plataforma proporcionando un rendimiento de memoria según la demanda mientras permite un consumo energético reducido del sistema.

Intel Core i5, i7 ‘Ivy Bridge’

Empezamos con un resumen de las características y especificaciones técnicas de los microprocesadores Ivy Bridge para ordenadores de sobremesa. En total son 9 modelos, todos pertenecientes a los i5 e i7. El puntero es el Core i7-3770K que se mueve por encima de los 300 dólares.

Modelo i7-3770K i7-3770 i7-3770T i7-3770S i5-3570K i5-3550 i5-3550S i5-3450 i5-3450S

Núcleos/hilos 4/8 4/8 4/8 4/8 4/4 4/4 4/4 4/4 4/4

TDP (W) 77 77 45 65 77 77 65 77 65

Frecuencia base (GHz.) 3.50 3.40 2.50 3.10 3.40 3.30 3.00 3.10 2.80

Max Turbo (GHz.) 3.90 3.90 3.70 3.90 3.80 3.70 3.70 3.50 3.50

Caché L3 (MB) 8 8 8 8 6 6 6 6 6

Tipo GPU (HD Graphics 2500 o 4000) 4000 4000 4000 4000 4000 2500 2500 2500 2500

Frec. GPU base (MHz.) 650 650 650 650 650 650 650 650 650

Max. Frec. GPU (MHz.) 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1100 1100