Sistemas embebidos: Particularidades y casos de uso

En este post explicaremos, en términos generales, qué son los sistemas embebidos (también conocidos como sistemas empotrados) y cuáles son sus particularidades. Además, nombraremos algunos casos de usos y aplicaciones prácticas de estos sistemas. Como dato curioso, actualmente existen más de 10.000 millones de dispositivos embebidos desplegados en todo el mundo, y sumando.

¿Qué son los sistemas embebidos?

Por definición, un sistema embebido es un sistema de computación que se basa en un microprocesador o un microcontrolador y que está diseñado específicamente para realizar una, o algunas pocas funciones dedicadas. Es decir, están diseñados para cubrir necesidades específicas muy concretas. Por ejemplo, un sistema de frenos de un vehículo, un sistema GPS, un router o una impresora son sistemas embebidos.

Precisamente, el hecho de que estén diseñados para cumplir un objetivo o función concreta es la principal diferencia entre un sistema embebido y otra computadora diseñada para realizar muchos tipos de tareas diferentes como puede ser un PC.

Otra particularidad de los sistemas embebidos es que casi todos sus componentes están integrados en la placa base. Los componentes habituales que incluyen son: microprocesador (este elemento sustituye el núcleo del computador, o CPU en los sistemas embebidos), microcontrolador (un computador dedicado con capacidad limitada, pequeño tamaño y ligero), memoria, DSP, micro -con arquitectura específica en función de necesidad -, y diversos periféricos que permiten ejecutar las tareas específicas para las que se ha diseñado la solución.

Diseño de sistemas embebidos

El diseño de este tipo de computador es versátil en el sentido de que se puede adaptar en función de las necesidades del producto. Por ejemplo, el procesador puede ser más o menos potente en función de necesidad, la memoria RAM también estará adaptada, etc.

Cuando hablamos de sistemas embebidos, el software que controla el dispositivo hardware se conoce como Firmware. La programación puede realizarse bien directamente en el lenguaje ensamblador del microcontrolador o microprocesador, o bien en otros lenguajes como C, C++ o JAVA utilizando compiladores específicos. Aunque hemos de decir que lo más común es programar en C. Hoy en día se ven pocos casos de programación directamente en lenguaje ensamblador.

En cuanto a la comunicación, normalmente el sistema se comunicará de forma inalámbrica.También existen las comunicaciones cableadas, pero para este tipo de dispositivos están cayendo en desuso. La capacidad de conectividad lleva el diseño de embebidos a una nueva etapa conocida como IoT (Internet of Things).

Básicamente, casi cualquier dispositivo con una funcionalidad específica podrá ser conectado a la red en los próximos años. Para ello es necesario dotar a los equipos de un hardware que permita esta conexión. Existen múltiples protocolos y tecnologías para interconectar dispositivos: Zigbee, LoRa, Sigfox y, más recientemente, se empiezan a extender los sistemas embebidos con tecnología celular adaptada como pueden ser NB IoT o LTEM.

Particularidades de los sistemas embebidos

Los sistemas embebidos son tan personalizables que pueden adaptarse para cumplir un gran número de funciones en todo tipo de entornos.

Además, en su diseño es habitual que prime la economía. Economía con respecto al espacio que ocupan, como a su peso, su capacidad, memoria, su consumo de energía y, por supuesto, su precio. Un sistema embebido de calidad es aquel que cumple la función para la que fue concebido de la forma más sencilla, eficiente y económica posible.

Otro requisito fundamental de los sistemas embebidos es que sean confiables. Es habitual que hablemos de sistemas de computación en tiempo real. Además, en muchos casos son herramientas que trabajan de forma autónoma y de forma ininterrumpida.

Otra particularidad que los hace tan útiles es que pueden conectarse de forma muy sencilla a un ordenador y acoplarse con otros dispositivos, lo que permite la monitorización y el seguimiento de la actividad de forma remota. En este punto entra en juego otro factor clave, el de la seguridad para proteger la información que recopilan, emiten y reciben los sistemas.

Los diseñadores de hardware y software embebido trabajan con importantes limitaciones de espacio de memoria y de tamaño del código. Por este motivo, diseñar sistemas embebidos es un reto en el que el ingenio y la creatividad a la hora de buscar soluciones a estos problemas es fundamental.

Aplicaciones prácticas de los sistemas embebidos

Podemos encontrar sistemas embebidos casi en cualquier sector que se te ocurra. Hay sistemas embebidos diseñados para el sector de transporte, industrial, telecomunicaciones, energético, salud, banca, defensa, y un largo etcétera.

Esa diversidad de negocio es posible gracias a que un equipo embebido puede adaptarse a los requisitos de producto de manera que se customiza para ejecutar una tarea específica. Ejemplos claros podrían ser los siguientes: un mismo controlador con comunicaciones inalámbricas podría ser usado para monitorizar el estrés hídrico de una plantación de árboles frutales, por ejemplo, integrándole un sensor volumétrico que permita saber si la tierra contiene el agua adecuada para el crecimiento de las plantas.

Al mismo tiempo, ese dispositivo podría ser utilizado en una situación totalmente distinta si utilizamos otro sensor conectado al mismo puerto del sensor volumétrico. Un ejemplo sencillo sería un sensor de polución que permita controlar los niveles contaminantes en una ciudad.

Estos ejemplos denotan la potencia del desarrollo embebido y la cantidad casi infinita de aplicaciones posibles. Mismo producto, misma interfaz, distinto sensor, pero distinta aplicación: una en un entorno urbano y otra en un entorno rural.

En el caso de WoodSwallow contamos con un amplio equipo de desarrolladores de hardware y software de sistema embebido. Diseñamos, desarrollamos y testeamos cualquier tipo de sistema embebido, siendo nuestra especialidad los contadores de electricidad, gas o agua. Además, contamos con experiencia en el diseño y desarrollo de cargadores domésticos de vehículos eléctricos.

Tanto si estás buscando una solución completa llave en mano como si quieres ayuda en una fase especifica en el desarrollo de producto, nuestro equipo de ingenieros puede ayudarte. Ponte en contacto con nosotros.