Embora não tenhamos muita consciência deles no dia a dia, os sistemas embarcados estão presentes em praticamente tudo que usamos.
Já parou para pensar, por exemplo, sobre como é o funcionamento do ar condicionado, — o sonho de consumo dos brasileiros nesses dias tão quentes?
Afinal, como a comunicação de hardware acontece nesses aparelhos para possibilitar o controle de temperatura?
Basicamente, podemos dizer que os códigos embarcados, ou incorporados, são programados para que o usuário possa ajustar a temperatura de cada ambiente, assim como desejar.
Mas se você é, assim como nós, um eterno curioso, esse artigo será um prato cheio! Nele, iremos apresentar essa combinação de hardware e software, conhecida como sistema embarcado.
Vamos compreender sua definição, como surgiu, tipos e exemplos práticos de aplicações diversas. Confira também suas vantagens e como são programados.
Aproveite a leitura!
Índice:
- O que são sistemas embarcados?
- Quais são os principais tipos de sistemas embarcados?
- Quais são as possíveis aplicações?
- Como os sistemas embarcados são programados?
- Quais as vantagens dos sistemas embarcados?
O que são sistemas embarcados?
Para entrar no assunto, vamos começar explicando em detalhes sua definição.
Os sistemas embarcados (embedded systems) são sistemas computacionais baseados em microprocessador ou microcontrolador, projetados para realizar tarefas em tempo real, dentro de um sistema maior.
Vale dizer, em complemento, que esses sistemas também atuam de forma independente, ou seja, sem a necessidade de participarem de um sistema maior.
Eles são programáveis ou podem também ter funcionalidades fixas, e essa versatilidade é uma de suas principais vantagens.
Apesar de sua natureza computacional, alguns sistemas podem não ter interface de usuário, enquanto outros apresentam interfaces gráficas complexas, com elementos como botões, LEDs e telas touchscreen.
Como surgiu o sistema embarcado e qual a sua importância?
Fundamentais para todo componente mecânico e elétrico e presentes nos maiores avanços tecnológicos modernos, as tecnologias embarcadas surgiram no início da década de 1960.
O primeiro sistema do tipo reconhecido foi o Apollo Guidance Computer (AGC), que controlou as missões espaciais Apollo.
A partir da década de 1970, passaram então a ser usados em dispositivos mais comuns, como eletrodomésticos, máquinas industriais e veículos.
Então, o desenvolvimento de microprocessadores e microcontroladores foi o que tornou possível a criação de sistemas embedidos menores, mais eficientes e acessíveis — como os conhecemos hoje!
Quais são os principais tipos de sistemas embarcados?
Agora, vamos compreender quais são os tipos de sistemas embarcados existentes.
No entanto, vale ressaltar que existem diferentes maneiras de classificar essas ferramentas: nesse artigo, vamos nos concentrar em duas principais.
Sendo assim, vamos apresentar os tipos de sistemas embarcados classificados com base em seu desempenho e requisitos funcionais, e em seguida aqueles que se baseiam no desempenho do microcontrolador. Acompanhe:
Desempenho e requisitos funcionais:
Os sistemas embarcados, com base no desempenho e requisitos funcionais, se dividem entre esses quatro tipos principais:
- Sistemas integrados autônomos: operam de forma independente, sem a necessidade de intervenção humana, como no controle de tráfego aéreo ou em robótica. Combinam hardware, software e inteligência artificial para operar de forma autônoma;
- Sistemas em tempo real: feitos para responderem a eventos em tempo real, ou seja, dentro de prazos específicos e predefinidos. São encontrados em aplicações em que um controle rigoroso do tempo é uma necessidade, como controle de processos industriais ou controle de aeronaves;
- Sistemas integrados de rede: diversos dispositivos se comunicando e interligados por uma rede de comunicação, com troca de dados ou colaboração, como redes de sensores ou dispositivos de Internet das Coisas (IoT);
- Sistemas móveis: focam em poderem ser transportados de um lugar para outro com facilidade, e geralmente são alimentados com bateria. Encontrados em dispositivos móveis como smartphones, smartwatches, drones e veículos autônomos, são amplamente utilizados no mercado, por serem portáteis e práticos.
Desempenho e microcontrolador:
Ao projetar um sistema embarcado, é crucial considerar o desempenho e o microcontrolador. O desempenho do sistema é determinado por diversos fatores, incluindo:
- Velocidade do processador: A velocidade do clock do microcontrolador determina a rapidez com que ele pode executar instruções. Um clock mais rápido geralmente significa um desempenho melhor;
- Memória: A quantidade de memória disponível no microcontrolador determina a quantidade de dados que ele pode armazenar e processar. Mais memória pode melhorar o desempenho, especialmente para aplicações complexas;
- Arquitetura do processador: A arquitetura do processador determina como ele executa instruções. Algumas arquiteturas são mais eficientes que outras, o que pode afetar o desempenho;
- Periféricos: Os periféricos integrados ao microcontrolador, como conversores analógico-digitais e interfaces de comunicação, podem afetar o desempenho geral do sistema.
Já os tipos classificados a partir do desempenho do microcontrolador são:
- Sistemas de pequena escala: os mais simples e básicos, geralmente usados em aplicações que exigem um desempenho mínimo, como eletrodomésticos, brinquedos e dispositivos de consumo;
- Sistemas de média escala: têm recursos um pouco mais avançados, como memória e processamento, e são programados em linguagens como C++, Java ou Python. Alguns exemplos de aplicações são máquinas industriais, equipamentos médicos e veículos;
- Sistemas sofisticados: conta com recursos avançados, como memória, processamento e comunicação, e geralmente são programados em uma linguagem de alto nível, como C++, Java ou Python. São encontrados em carros autônomos, robôs avançados e sistemas de segurança.
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O microcontrolador ideal para um sistema embarcado depende de:
- Requisitos de desempenho: A velocidade do processador, a memória e a arquitetura do processador devem ser suficientes para atender aos requisitos de desempenho do sistema.
- Periféricos: O microcontrolador deve ter os periféricos necessários para interagir com os componentes externos do sistema.
- Custo: O custo do microcontrolador deve ser compatível com o orçamento do projeto.
- Potência: O consumo de energia do microcontrolador deve ser considerado, especialmente para sistemas embarcados alimentados por bateria.
Quais são as possíveis aplicações?
Agora que já compreendemos quais são os principais tipos de tecnologias embarcadas, vamos conhecer algumas aplicações bastante comuns:
Eletrodomésticos
Nós já mencionamos anteriormente o ar condicionado como um aparelho que funciona graças a presença de tecnologias embarcadas – que permitem, efetivamente, o controle da temperatura.
Basicamente, esses sistemas recebem informações dos sensores sobre a temperatura ambiente e ajustam o compressor, as ventoinhas e outros componentes para garantir que o ambiente fique na temperatura desejada.
A mesma lógica inteligente se aplica a outros eletrodomésticos do nosso cotidiano, como microondas, máquinas de lavar e fornos inteligentes.
Eletrônicos
Outra categoria de aplicações possíveis de sistemas embedidos são os eletrônicos (como o smartphone em que você provavelmente está lendo esse artigo no blog da Victor Vision!).
Quer um exemplo prático? Vamos observar o controle da tela: o sistema embarcado usa um sensor de luz para detectar a quantidade de luz ambiente. Se a luz for forte, o sistema ajusta o brilho da tela para evitar possíveis irritações aos olhos do usuário.
No caso de celulares smartphone, a maioria destes embarcados usa também um sistema operacional. Este é o conjunto de programas que gerenciam os recursos do hardware do sistema embarcado, e servem como base para a criação de aplicações específicas de interação com o usuário.
Saúde
Na área da saúde, equipamentos médicos como monitores cardíacos, bombas de insulina e dispositivos de imagem dependem de dispositivos embarcados.
Industrial
Nas mais diversas áreas da indústria, outra aplicação possível é no controle de máquinas e processos críticos, e também para automação industrial.
Internet das Coisas (IoT)
Em aplicações de IoT, dispositivos embarcados conectam objetos à internet, como termostatos inteligentes, câmeras de segurança e sensores residenciais.
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Como os sistemas embarcados são programados?
As linguagens de programação mais comumente usadas para sistemas embedidos são C, C++ e Python. A escolha dentre cada uma depende muito das restrições de hardware e requisitos de desempenho.
C e C++ são comuns devido à sua eficiência e capacidade de lidar com limitação de recursos — comuns principalmente em projetos de IoT, por exemplo.
A linguagem Python é uma linguagem de alto nível, que tem sido cada vez mais difundida e fácil de aprender e usar. Porém seu uso depende de uma capacidade maior dos sistemas.
Uma vez escolhida a linguagem, há de se escolher uma ferramenta de desenvolvimento para o software que será escrito. Um ambiente deve ser escolhido para escrever o código, compilá-lo e até simulá-lo. No final ele é convertido em linguagem de máquina, para que seja programado no hardware do sistema embarcado.
Quais as vantagens dos sistemas embarcados?
Como já vimos ao longo desse artigo, a versatilidade é uma das grandes vantagens desse tipo de sistema.
Mas, além dessa, quais outras vantagens podemos citar? Listamos algumas a seguir:
- Eficiência: eficientes em termos de energia, espaço e custo, característica importante para projetos em que o tamanho, o peso ou o consumo de energia são fatores importantes;
- Resistência: a resistência a condições ambientais adversas faz com que essa tecnologia possa ser exposta a temperaturas extremas, vibrações ou umidade;
- Confiabilidade: são confiáveis e muito duráveis, geralmente não apresentam problemas tão facilmente;
- Inovação: por si só, esses dispositivos já são muito inovadores. O diferencial é que por meio deles, é possível inovar e criar projetos originais e únicos, exatamente como a criatividade permitir;
- Segurança: de maneira geral são mais tolerantes a falhas e maior confidencialidade.
Conclusão
E aí, tudo certo sobre o que são sistemas embarcados, seus tipos e aplicações?
Neste conteúdo, vimos que as tecnologias embarcadas são sistemas computacionais projetados para realizar tarefas específicas dentro de um sistema maior.
Baseados em microprocessador ou microcontrolador, são aplicados em dispositivos que usamos todos os dias, como eletrodomésticos e eletroeletrônicos, em equipamentos de saúde e em funções industriais.
Além disso, também são comuns em projetos independentes de IoT e automação residencial, entre outros projetos eletrônicos.
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