Los sistemas embebidos son cruciales en la revolución tecnológica moderna, ya que se encuentran en una gran variedad de dispositivos y sistemas que usamos diariamente. Desde electrodomésticos y equipos médicos hasta automóviles, el sistema embebido es el motor que otorga funcionalidad, inteligencia y control a estos dispositivos. Los sistemas militares incluye una serie de sistemas embebidos con funcionalidades críticas. Pero, ¿Qué son los sistemas embebidos, cómo funcionan y para qué aplicaciones se utilizan?.
¿Qué es un sistema embebido?
Un sistema embebido es un tipo de sistema informático que combina hardware y software, diseñado específicamente para llevar a cabo una función determinada. Generalmente, opera dentro de un sistema más grande, controlando una función específica dentro de un dispositivo multifuncional. Estos sistemas pueden ser programables o tener una funcionalidad predefinida.
Algunos sistemas embebidos no cuentan con una interfaz de usuario, como aquellos que realizan una tarea única dentro de un dispositivo. No obstante, otros sistemas, como los que se encuentran en dispositivos móviles, incluyen interfaces de usuario complejas conocidas como interfaces gráficas de usuario, que pueden incorporar botones, luces LED y tecnología de pantalla táctil.
Dado que los sistemas embebidos suelen realizar una única función, son muy compactos y eficientes, lo que facilita su integración con otros componentes dentro de dispositivos más grandes.
¿Cómo funcionan los sistemas embebidos?
En esencia, los sistemas embebidos son pequeñas computadoras de bajo consumo que operan como parte de un dispositivo o sistema mayor.
Estos sistemas incluyen un procesador, memoria, una fuente de alimentación y puertos de comunicación. A través de estos puertos, los sistemas embebidos interactúan con otros sistemas dentro del dispositivo. Los datos que se transmiten son procesados por un software especializado que cumple con la función específica del sistema, y luego se almacenan en la memoria.
El procesador de un sistema embebido puede ser un microcontrolador o un microprocesador. La diferencia principal entre ambos radica en que los microprocesadores requieren circuitos adicionales para operar, ya que la memoria y los periféricos no están integrados en el chip, utilizando circuitos integrados separados. En contraste, los microcontroladores incluyen todos estos elementos en el mismo chip.
Tipos de sistemas embebidos
Existen varios tipos de sistemas embebidos, clasificados según sus necesidades de rendimiento (escala pequeña, mediana o avanzada) o sus requisitos funcionales, tales como:
- Sistemas embebidos móviles: Diseñados para ser compactos y portátiles.
- Sistemas embebidos en red: Conectados a una red para interactuar con otros sistemas.
- Sistemas embebidos autónomos: No dependen de un sistema host.
- Sistemas embebidos en tiempo real: Capaces de proporcionar una salida en un tiempo definido, esenciales en dispositivos médicos, militares e industriales.
Aplicaciones de los sistemas embebidos
Los sistemas embebidos están presentes en la mayoría de las tecnologías modernas. Se utilizan en maquinaria industrial, equipos médicos, productos electrónicos de consumo, automóviles, cámaras, relojes digitales, dispositivos móviles, aviones y más.
Muchos dispositivos, como los teléfonos móviles, contienen varios sistemas embebidos para gestionar funciones como la interfaz gráfica, el sistema operativo, la cámara, el micrófono, los sensores y los módulos USB.
El futuro de los sistemas embebidos
Aunque los sistemas embebidos ya son ampliamente utilizados, su presencia se incrementará con la expansión de nuevas industrias. Estos sistemas trabajan en conjunto en tecnologías emergentes como drones, dispositivos IoT, wearables, impresoras 3D y tecnología inteligente en diferentes sectores.
- Misiles guiados: Los sistemas embebidos son fundamentales en los misiles guiados, donde controlan la navegación, la orientación y la detonación. Estos sistemas deben ser extremadamente precisos y confiables, capaces de operar bajo condiciones extremas y en entornos hostiles.
- Sistemas de defensa antimisiles: Incluyen radares avanzados y sistemas de procesamiento de señales que detectan y destruyen amenazas entrantes. Los sistemas embebidos procesan datos en tiempo real para activar contramedidas efectivas.
Vehículos militares autónomos
- Drones (UAVs): Utilizados para reconocimiento, vigilancia y ataque, los UAVs dependen de sistemas embebidos para la navegación autónoma, control de vuelo y procesamiento de imágenes en tiempo real.
- Vehículos terrestres autónomos: Empleados en misiones de reconocimiento, desactivación de explosivos y logística, estos vehículos cuentan con sistemas embebidos para operar en terrenos difíciles y entornos peligrosos sin intervención humana directa.
Comunicaciones y guerra electrónica
- Radios definidos por Software (SDR): Estos sistemas permiten la comunicación flexible y segura en múltiples bandas de frecuencia, adaptándose rápidamente a las condiciones del entorno. Los sistemas embebidos permiten la modulación, demodulación y procesamiento de señales.
- Sistemas de interferencia y contramedidas electrónicas: Utilizados para desactivar o engañar a los sistemas de comunicación y detección enemigos. Los sistemas embebidos en estos dispositivos deben procesar señales y actuar en milisegundos.
Sistemas de mando y control
- Centros de operaciones tácticas: Integran múltiples fuentes de información en tiempo real, permitiendo la toma de decisiones rápidas y efectivas. Los sistemas embebidos manejan la recopilación, fusión y análisis de datos críticos.
- Sistemas de gestión de batalla: Estos sistemas integran datos de sensores, radares y unidades de campo para proporcionar una visión completa del campo de batalla, ayudando a coordinar las fuerzas de manera eficiente.
Sistemas de navegación y posicionamiento
- GPS militar: Utiliza versiones mejoradas y encriptadas del GPS comercial para proporcionar navegación precisa. Los sistemas embebidos deben operar bajo condiciones de interferencia y garantizar la integridad de los datos.
- Sistemas inerciales de navegación (INS): Utilizados en aviones, misiles y submarinos, estos sistemas proporcionan datos de navegación cuando el GPS no está disponible. Los sistemas embebidos integran sensores como giroscopios y acelerómetros para calcular la posición.
Sistemas de monitoreo y mantenimiento predictivo
- Monitoreo de condición de equipos: Los sistemas embebidos recopilan datos sobre el estado de los equipos y utilizan algoritmos avanzados para predecir fallas, mejorando la disponibilidad y reduciendo los costos de mantenimiento.
- Mantenimiento en campo: Integrados en vehículos y equipos, estos sistemas proporcionan diagnósticos en tiempo real, permitiendo reparaciones rápidas y efectivas en condiciones de combate.
Ciberseguridad y protección de datos
- Encriptación de comunicaciones: Los sistemas embebidos aseguran que las comunicaciones militares estén protegidas contra interceptaciones y ciberataques.
- Protección de infraestructuras críticas: Sistemas embebidos especializados se utilizan para defender redes y sistemas esenciales contra ciberamenazas, asegurando la continuidad operativa en situaciones de ataque.
Estas aplicaciones destacan la importancia de los sistemas embebidos en la defensa y las operaciones militares, donde la precisión, la confiabilidad y la capacidad de operar bajo condiciones extremas son esenciales. Este es un campo en constante evolución, impulsado por avances en tecnología y la necesidad de mantenerse al tanto en el ámbito militar.
Se estima que el mercado de sistemas embebidos militares está valorado en 134,88 billones de dólares, de modo que los diseñadores de sistemas embebidos tendrán muchas oportunidades de ayudar a construir las últimas y más importantes aplicaciones militares. En adelante, los diseñadores de sistemas embebidos necesitarán reunir incluso más funcionalidades en sus placas. Las herramientas de diseño apropiadas ayudarán a los ingenieros y diseñadores a realizar un seguimiento de sus diseños, componentes y abastecimiento, para asegurarse de que sus placas cumplan con la normativa de fiabilidad y calidad.
MÁS FUNCIONALIDADES, MENOS ESPACIO
Ya que las necesidades para los campos de batalla y los vuelos de los sistemas embebidos se amplían y las capacidades necesarias se incrementan, los diseñadores de sistemas embebidos necesitarán todas las herramientas que puedan para ponerse al día. Reunir más funcionalidades en placas con menos espacio exige herramientas de enrutamiento y diseño construidas para diseños de interconexión de alta densidad (HDI). También necesitará herramientas de diseño de vías que le ayuden a acceder a capas internas de su placa en cumplimiento con la normativa de calidad y asegurando la integridad de la señal. Estas herramientas necesitan integrarse con sus reglas de diseño para asegurarle que su sistema embebido cumpla con la normativa de fabricación y de fiabilidad eléctrica.