Sistemas Embarcados. Projeto de Sistemas Embarcados

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1 Sistemas Embarcados Projeto de Sistemas Embarcados

2 Projeto de Sistemas Embarcados Identificação do problema Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema Elaboração de um modelo de arquitetura para o sistema embarcado Depuração do sistema Ferramentas utilizadas Projeto de Sistemas Embarcados 2

3 Identificação do problema Conhecer o processo ao que o sistema estará conectado Conhecer o funcionamento do processo Conhecer a maneira como o processo interpreta as entradas e como as saídas são geradas Conhecer a dinâmica do sistema Identificar algoritmos a serem utilizados e evitados no sistema de controle Projeto de Sistemas Embarcados 3

4 Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema Com o processo identificado se pode identificar a melhor tecnologia a ser utilizada para o controle da planta. Analógico / Digital Linear / On-Off Os sistemas embarcados analógicos possuem uma aplicação mais restritas que os sistemas digitais Os projetos de sistemas embarcados analógicos são usados em sistemas onde não se exige uma grande flexibilidade e se exige uma resposta rápida. Projeto de Sistemas Embarcados 4

5 Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema Sistemas embarcados de controle On-Off devem ser utilizados quando uma grande precisão na variável controlada não é necessária Estes sistemas possuem implementação mais simples, mas apresentam uma precisão inferior no controle Sistemas de controle lineares (P, PI e PID) devem ser utilizados nos casos em que se requer uma maior precisão na variável controlada Projeto de Sistemas Embarcados 5

6 Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema Os sistemas embarcados digitais apresentam uma grande flexibilidade de implementação Podem ser utilizados para o controle e aquisição de dados de diversos tipos de dispositivos Devido à capacidade de reprogramação, uma mesma arquitetura pode ser utilizada para o controle de distintos dispositivos Deve-se escolher o processador utilizado no sistema de acordo com a velocidade da implementação. Projeto de Sistemas Embarcados 6

7 Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema Sistemas muito rápidos necessitam de aquisição de sinais a uma alta taxa de amostragem, que implica em altas velocidades de processamento Sistemas mais lentos podem utilizar processadores mais simples e lentos sem prejuízo para o processo em si Sistemas que necessitam utilizar larguras de dados maiores, 32 ou 64 bits, necessitarão de processadores mais avançados se estes sistemas estiverem associados a um processo rápido Projeto de Sistemas Embarcados 7

8 Identificação da melhor tecnologia para a solução do problema A arquitetura de um sistema embarcado será desenvolvida à partir das necessidades do sistema a ser controlado e das necessidades do processador Se o sistema utilizar um PC, necessitamos de um disco rígido para a carga do S.O. Placas de aquisição para a entrada de dados, etc. Se o sistema utilizar um microcontrolador, deve-se atentar para as configurações do mesmo, como o número de entradas analógicas disponíveis, a resolução das mesmas Se este sistema possuir uma conexão ao PC, incorporar uma maneira de conectar o PC ao Sistema Embarcado Projeto de Sistemas Embarcados 8

9 Elaboração de um modelo de arquitetura para o sistema embarcado Uma vez identificado o sistema a ser controlado, a tecnologia a ser utilizada se pode idealizar a arquitetura a ser empregada no sistema embarcado A elaboração envolve os periféricos necessários não embarcados no microcontrolador/dsp utilizado e os acessórios necessários ao funcionamento dos mesmos Outra necessidade que precisa ser levantada é a lógica adicional necessária ( glue-logic ) entre o processador e os outros dispositivos do sistema embarcado Projeto de Sistemas Embarcados 9

10 Elaboração de um modelo de arquitetura para o sistema embarcado Após a elaboração do sistema embarcado é conveniente a simulação do mesmo antes da execução de placas de circuito impresso para identificar melhorias de hardware Executar as placas de circuito impresso utilizando uma tecnologia que se domine, porém tentando minimizar as dimensões da mesma atendendo as restrições físicas da planta Não esquecer-se que esta placa deve ser fixada a uma caixa na planta, no momento da execução da placa, estes pontos de fixação devem ser reservados Projeto de Sistemas Embarcados 10

11 Depuração do sistema A depuração deve iniciar-se com a simulação antes da execução da placa de circuito impresso ou montagem em proto-board A depuração em proto-board pode ser realizada, mas deve ser conduzida com muito cuidado, pois podem existir problemas de contato que comprometem o correto funcionamento do sistema embarcado Projeto de Sistemas Embarcados 11

12 Depuração do sistema Após a execução da placa, deve-se depurar o funcionamento do sistema embarcado acoplado à planta ou a um modelo que apresente a mesma função de transferência, caso a planta não esteja disponível ou não possa ser utilizada em testes de depuração Nesta etapa se deve identificar falhas em hardware e software Projeto de Sistemas Embarcados 12

13 Depuração do sistema Nos casos em a planta não pode ser utilizada em testes de depuração é comum a realização de um sistema embarcado que apresente a função de transferência da planta a ser controlada Projeto de Sistemas Embarcados 13

14 Ferramentas utilizadas para o projeto de Sistemas Embarcados Compiladores C e Assembly para distintos microcontroladores Programas de simulação de circuitos e de geração de placas de circuito impresso como o Proteus Programadores para microcontroladores/dsp RealTime Workshop (Matlab/Simulink) que exporta modelos de Simulink para algumas plataformas de hardware, permite simulação antes da implementação e a simulação Hardware-In-the-Loop (HIL) Projeto de Sistemas Embarcados 14

15 Ferramentas utilizadas para o projeto de Sistemas Embarcados Scicos é uma alternativa OpenSource ao Simulink que possui ferramentas de desenvolvimento de Sistemas embarcados baseados em PC (linux e windows) e em placas FLEX (dspic), permitindo simulações por software e simulações HIL National Instruments Lab-View é utilizado para a criação de sistemas embarcados baseados em PC (windows) Projeto de Sistemas Embarcados 15