¿Qué es un sistema integrado?

Los sistemas empotrados son pequeños sistemas informáticos integrados en dispositivos más grandes para realizar tareas específicas e incluyen tanto hardware como software y, en ocasiones, periféricos. Incluyen procesadores, memoria y, en su caso, sensores o actuadores. A diferencia de un PC de uso general, los sistemas empotrados están diseñados para realizar a la perfección una tarea concreta. Los sistemas embebidos están presentes en el día a día, entre bastidores, en aparatos de fitness, máquinas expendedoras y dispositivos médicos.

Los sistemas embebidos existen desde hace décadas, y los avances tecnológicos permiten crear sistemas más pequeños, baratos y eficientes. Se han utilizado en sistemas de automoción, equipos industriales, etc., pero siguen evolucionando con el crecimiento de la IA y la computación periférica. Los sistemas embebidos en tiempo real pueden encontrar trabajo en casi todos los sectores.

Un sistema integrado toma la información de su entorno, normalmente a través de un sensor, y la procesa mediante un software preprogramado. Toma la información, la procesa y, a continuación, activa una salida, como mover un motor o mostrar datos en una interfaz o pantalla. Muchos sistemas integrados funcionan en tiempo real, lo que significa que pueden responder instantáneamente a los datos recogidos. Los sistemas empotrados en tiempo real suelen funcionar automáticamente una vez programados y necesitan muy poca intervención del usuario.

La arquitectura de los sistemas integrados incluye hardware y software que desempeñan una función específica. Diseñados para ser eficientes, fiables y reactivos, estos sistemas incluyen muchos componentes vitales que tienen funciones operativas clave. Algunos de los componentes y características clave de los sistemas empotrados son:

Microcontroladores o microprocesadores

El procesador actúa como cerebro del sistema integrado. Los microcontroladores suelen incluir el procesador, la memoria y cualquier función de entrada/salida en un chip compacto y rentable. Los microprocesadores, en cambio, son más potentes y se utilizan en sistemas complejos que requieren componentes externos como la memoria RAM.

Memoria

Los sistemas integrados suelen incluir tanto ROM como RAM. La memoria de sólo lectura almacena el firmware, que suele escribirse una vez y rara vez se modifica, mientras que la memoria de acceso aleatorio permite el procesamiento temporal de datos. Estos tipos de memoria se adaptan a la tarea a realizar por el sistema embebido, lo que los hace más eficientes que los sistemas informáticos normales.

Interfaces de entrada/salida

Las interfaces de entrada/salida permiten al sistema recoger datos del mundo exterior y comunicarse con él. Pueden incluir sensores para medir la temperatura, el movimiento o la presión, o actuadores para realizar tareas como abrir válvulas o hacer girar motores. Las E/S también incluyen puertos de comunicación como USB o Ethernet, e interfaces de usuario como botones o pantallas táctiles.

Software

El procesador tiende a ejecutar un programa, indicando al sistema cómo responder a las entradas y cuándo producir la salida requerida. El software de los sistemas embebidos suele estar optimizado y escrito en lenguajes de programación como C o C++ para que funcione con eficacia en un hardware limitado.

Los sistemas integrados desempeñan un papel crucial en las aplicaciones industriales y se utilizan para alimentar máquinas, gestionar datos y tomar decisiones en tiempo real. Están diseñados para mejorar la eficacia, la seguridad y la coherencia en diversas aplicaciones, como la comunicación, los sistemas de control, la seguridad y la supervisión, ofreciendo:

Control en tiempo real

Cuando se utilizan en entornos como fábricas, los sistemas embebidos pueden controlar brazos robóticos, cintas transportadoras y sistemas de control de calidad. Estos sistemas responden instantáneamente a las señales de los sensores para garantizar que las máquinas funcionan a la velocidad correcta o están en la posición adecuada. Así se evitan retrasos y se reducen los residuos.

Diseño de hardware robusto

Los sistemas integrados suelen estar diseñados para soportar condiciones adversas como temperaturas extremas, vibraciones o incluso interferencias eléctricas. Su software y hardware están diseñados para ser duraderos, garantizando un tiempo de inactividad mínimo y un funcionamiento a largo plazo.

Integración en sistemas más grandes

Los sistemas industriales embebidos suelen funcionar dentro de una red más amplia de máquinas o sistemas de automatización. Pueden integrarse con PLC, o controladores lógicos programables, o incluso actuar como dispositivos de borde en aplicaciones basadas en IoT, permitiendo el procesamiento local de datos.

Los sistemas integrados controlan dispositivos, recopilan datos o gestionan procesos complejos en tiempo real. Están por todas partes, haciendo funcionar y alimentando silenciosamente productos que mantienen en funcionamiento industrias enteras. Hay varias industrias en las que estos sistemas se utilizan habitualmente. Algunos ejemplos de sistemas empotrados en distintos sectores son:

Automatización

Los sistemas integrados conectan brazos robóticos, cadenas de montaje y sistemas de seguridad, entre otros, en entornos industriales. Son fundamentales para los sistemas de automatización y gestión, ya que mejoran la eficacia y reducen los errores humanos.

Militar

En el sector militar y de defensa, estos sistemas suelen ser de misión crítica. El hardware y el software se someten a rigurosas pruebas y los dispositivos deben cumplir estrictas normas de seguridad y rendimiento. Se utilizan en equipos de comunicaciones, navegación y otros.

Medicina

En entornos médicos, los sistemas integrados en dispositivos médicos ayudan a garantizar lecturas precisas, monitorización continua y alertas automáticas. A menudo forman parte de interfaces más amplias que proporcionan información en tiempo real a los profesionales sanitarios y ayudan a que importantes equipos funcionen de forma segura y eficaz.

Los sistemas integrados son una pieza clave de la Internet de las Cosas (IoT) y la computación periférica, ya que pueden procesar datos cerca de la fuente en lugar de tener que enviarlos a la nube. Esto hace que los dispositivos integrados sean más rápidos y eficientes.

Los sistemas empotrados pueden utilizarse en inteligencia artificial, y esto se hace a menudo cuando se requiere una rápida computación de borde. Estos modelos de IA recopilan datos de sensores, los analizan y activan acciones, como el envío de una alerta. Los usos más comunes son los sistemas de automatización industrial que identifican defectos en las cadenas de montaje, o las cámaras inteligentes utilizadas para la detección de movimiento.

Los sistemas integrados están diseñados para funcionar en condiciones difíciles. Pueden soportar grandes fluctuaciones de temperatura, partículas como el polvo y vibraciones. Estos sistemas están diseñados para seguir funcionando incluso en los entornos más difíciles. Esta fiabilidad se traduce en menores costes de mantenimiento y menos tiempos de inactividad.

Los sistemas integrados pueden personalizarse para satisfacer las necesidades específicas de cada proyecto, lo que significa que el software y el hardware pueden ajustarse y los sistemas pueden integrarse con otros dispositivos. Los sistemas personalizados son habituales en la automatización industrial y los entornos médicos, donde las opciones estándar no son tan útiles. Esta flexibilidad de la tecnología embebida facilita la obtención del rendimiento necesario.

Los sistemas empotrados pueden utilizar diversos sistemas operativos, en función de la complejidad y los requisitos de la aplicación. Algunos sistemas más sencillos pueden funcionar con programación sin sistema operativo, mientras que las opciones más avanzadas probablemente utilicen sistemas operativos en tiempo real o, en ocasiones, versiones integradas de Linux.

Desde la automatización industrial hasta los equipos médicos, los sistemas empotrados permiten realizar tareas importantes y específicas de forma fiable y eficiente. Su diseño les permite funcionar con poca energía, y sin ellos muchas herramientas cotidianas de diversos sectores no funcionarían como nos tienen acostumbrados.

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