En la actualidad, los ordenadores empotrados están en todas partes, en los hogares, oficinas, coches, fábricas, hospitales y en la electrónica. Los sistemas físicamente embebidos pueden ser desde dispositivos portátiles como teléfonos, relojes digitales y reproductores de mp3, hasta semáforos, controladores de fábricas o sistemas de control de centrales nucleares. ¿Qué son estos? ¿Cómo funcionan? ¿Y cuáles son algunas aplicaciones para ordenadores embebidos?
Una computadora embebida puede definirse como una computadora que utiliza componentes de hardware y software para realizar una función específica, es decir, un sistema embebido no está diseñado para realizar varias tareas, simplemente se crea para una, esto es, para concentrarse sólo en ella y hacer eficiente el trabajo del sistema embebido por su software ligero. Contrariamente a lo que ocurre con las computadoras de propósito general (como una computadora personal o PC) que están diseñadas para cubrir una amplia gama de necesidades, los sistemas embebidos están diseñados para satisfacer necesidades específicas.
En una computadora embebida, la mayoría de sus componentes están incluidos en la tarjeta madre y la mayoría de las veces el dispositivo resultante no se parece a una computadora tradicional. Las características básicas de los sistemas embebidos son las siguientes: Fiabilidad, mantenibilidad, disponibilidad, seguridad.
Deben ser eficientes en términos de energía, tamaño de código, peso y costo. Interfaces de usuario dedicadas (sin ratón, teclado y pantalla).
Las principales características de una computadora embebida son el bajo costo y el consumo de energía. Dado que muchos sistemas embebidos están concebidos para ser producidos en miles o millones de unidades, el costo por unidad es un aspecto importante a tener en cuenta en la etapa de diseño. Normalmente, los sistemas embebidos emplean procesadores muy básicos, memorias relativamente lentas y pequeñas para minimizar los costos. La velocidad no sólo viene dada por la velocidad de reloj del procesador, sino que toda la arquitectura se simplifica para reducir costos. Por lo general, una computadora embebida utiliza periféricos controlados por interfaces serie síncronas, que son muchas veces más lentos que los periféricos de una PC.
Un ejemplo de una estructura típica de una computadora embebida consistiría en los siguientes elementos:
- Microcontrolador (MCU): Un microcontrolador es un microprocesador de un solo chip. Se encarga de realizar las principales operaciones de cálculo del sistema. Ejecutar el código para realizar una determinada tarea y dirigir el funcionamiento de los demás elementos que le rodean.
- Memoria (RAM): En ella se almacena el código de los programas que el sistema puede ejecutar así como los datos. Su principal característica es que debe tener un acceso de lectura y escritura lo más rápido posible para que el microprocesador del ordenador embebido no pierda tiempo en tareas que no sean meramente de cálculo.
- Caché: Es una Memoria más rápida que la principal en la que se almacenan los datos y el código al que se ha accedido últimamente. Dado que el sistema realiza microtareas, a menudo repetitivas, la caché ahorra tiempo ya que no será necesario ir a la memoria principal si los datos o la instrucción ya están en la caché.
- Disco duro: En ella la información no es volátil y también puede alcanzar capacidades de tamaño muy elevadas. A diferencia de la memoria que es de estado sólido, suele ser magnética. Pero su tamaño excesivo a veces lo hace inviable para los PCs embebidos, por lo que se requieren soluciones como los discos de estado sólido.
- CMOS-RAM: Es un chip de memoria de lectura y escritura alimentado por una batería donde se almacena el tipo y ubicación de los dispositivos conectados a la tarjeta madre (disco duro, puertos de entrada y salida, etc.). También contiene un reloj en funcionamiento permanente que ofrece al sistema la fecha y la hora.
- Puertos de E/S: Son puntos (nodos) en los que se pueden conectar dispositivos periféricos e intercambiar información con la memoria y el procesador central. Los puertos contienen en sí mismos un número definido de registros, que se utilizan para el almacenamiento temporal de varios tipos de datos.
Ejemplos de aplicación
Hay toneladas de ejemplos de para qué se pueden utilizar las computadoras embebidas. Están prácticamente en todas partes de nuestra vida diaria. Aquí algunas específicas:
- Calculadoras
- Cámaras digitales
- Sistemas Embebidos Automotrices (Frenos ABS, alarma de auto, sistema de sensores de motor)
- Máquinas expendedoras
- Ascensores
- Copiadoras
- Impresoras
- GPS
- Dispositivos de red (switches, módems, routers, access points)
- Consolas de videojuegos
- Electrodomésticos (aire acondicionado, microondas, refrigeradores)
- E-Readers (p.ej. Amazon Kindles)
- Y mucho más
En el caso de las aplicaciones industriales, los PCs de caja embebidos de Lanner están diseñados para el despliegue empresarial en entornos de aplicación específica, ofreciendo estabilidad, longevidad, escalabilidad, alta disponibilidad y el equilibrio perfecto entre tamaño, costo, rendimiento y consumo de energía. Algunos ejemplos de varios modelos de PC y sus aplicaciones industriales son:
- Visión Artificial: Incluye todas las aplicaciones industriales y no industriales en las que una combinación de hardware y software proporciona orientación operativa a los dispositivos en la ejecución de sus funciones basadas en la captura y procesamiento de imágenes. El LEC-2284 de Lanner es una solución ideal para este tipo de aplicación debido a sus numerosas y variadas E/S (USB, DVI, VGS, y HDMI) y opciones de expansión (HDD). Cuenta con un potente procesador y un alto rendimiento gráfico.
- Automatización industrial: Es la utilización de tecnologías para el control y monitorización de procesos, dispositivos o máquinas industriales, que por regla general son funciones repetitivas que hacen que funcionen automáticamente reduciendo al máximo la intervención humana. El LEC-2430 de Lanner es un dispositivo embebido potente, rentable y que consume poca energía. Su diseño compacto, robusto y sin ventilador simplifica los despliegues y el mantenimiento en ubicaciones con espacios limitados y confinados.
- Señalización digital: Es el uso de contenido digital transmitido a través de pantallas como monitores LCD, pantallas de plasma, un panel de LEDs o proyectores. El LEC-7388S de Lanner es un IPC de señalización digital preparado para 4K, alimentado por los procesadores Intel Haswell y la GPU Intel HD Graphic 4600. Sus especificaciones de hardware incluyen soporte nativo para la entrega de contenido 4K, soportando decodificadores 4K basados en hardware tanto a través del DisplayPort como del puerto de salida HDMI externo.
Como vemos, el impacto que los sistemas embebidos tienen en nuestras vidas es tal que, por un lado, es transparente para nosotros y, por otro, la falta de ellos durante un cierto periodo de tiempo puede afectar a nuestras tareas diarias. En el caso de las empresas industriales, el buen uso de estas tecnologías representa un gran beneficio para poder monitorizar y controlar nuestros procesos de producción.
Actualización (10/15/2019): Hay una versión actualizada de este contenido en www.lanner-america.com/es/blog-es/ejemplos-de-computadoras-embebidas/