Metodologías en el diseño de sistemas embebidos

Antecedentes

Los sistemas embebidos comenzaron a utilizarse antes de ser conceptualmente definidos y van evolucionando de manera tan rápida que provocan que las concepciones acerca de ellos cambien constantemente. Sin embargo, y a pesar de que aún se discurre por qué se les llama sistemas embebidos, podemos distinguir cuatro características fundamentales de todos los sistemas embebidos (INFOTEC 2013):
 

  • Hardware (Embedded hardware).
  • Software (Embedded software).
  • Inteligencia computacional.
  • Ejecuta una o varias tareas en tiempo real (el sistema es predecible y determinista).
     

En 2011, el Dr. Emilio Vargas definió el concepto de sistema embebido como: “un conjunto de dispositivos electromecánicos que interactúan bajo una estrategia de control, previamente programada e incrustada en dichos dispositivos, a fin de lograr una respuesta rápida, eficiente y local ante los cambios percibidos [1].

 En este sentido, la norma IPC-2221B-1.6.2 clasifica a los sistemas embebidos en tres clases:
 

  • Clase 1 - Productos electrónicos de uso general.
  • Clase 2 – Productos electrónicos de servicio ininterrumpido.
  • Clase 3 – Productos electrónicos con alto grado de confiabilidad.


Que reflejan el grado de sofisticación, desempeño  y el nivel de estrés al que pueden ser sometidos los sistemas. Por ejemplo, el peine para el cabello se puede clasificar como clase 1, ya que es de uso general y como usuarios tenemos claro que tiene una vida útil corta. Un cajero automático debe de poder trabajar 24 horas los 7 días de la semana, pero si falla no es vital, por lo que se clasifica como un sistema embebido de clase 2. Un equipo médico como un respirador artificial, debe poder trabajar 24 horas los 7 días de la semana y no fallar, a este tipo de sistemas embebidos se les coloca en la clase 3.

Problemática

A pesar de lo anterior, no todas las empresas que fabrican sistemas embebidos cuentan con una metodología para el desarrollo de dichos productos (INFOTEC 2013), lo que impacta directamente en calidad, costos de producción y por ende en el precio final. La complejidad radica en que el diseñador debe entender los requerimientos del producto para poder diseñar una plataforma de hardware adecuado (arquitectura), sobre la cual debe ejecutarse el software embebido que gobernará dicho producto.

Propuesta

En un estudio realizado por INFOTEC (2013) en las empresas desarrolladoras de sistemas embebidos de la ciudad de Guadalajara, se encontró que los procesos involucrados en el desarrollo de estos sistemas son: administración del ciclo de vida; análisis y diseño; desarrollo del hardware; desarrollo del software; integración y pruebas y finalmente administración del producto. 

 



Figura 1. Ciclo de procesos de desarrollo de sistemas embebidos, propiedad de INFOTEC (No. De registro 03-2013-080712294300-01).

 

  • Macroproceso I. Administración del ciclo de vida: administra el ciclo completo del sistema embebido desde su concepto hasta la producción en serie del producto.
  • Macroproceso II. Análisis y diseño: en este proceso se analiza la viabilidad del producto, se obtienen los requerimientos funcionales y no funcionales del sistema.
  • Macroproceso III. Desarrollo del hardware: se desarrolla la parte electrónica del sistema embebido.
  • Macroproceso IV. Desarrollo del software: se desarrolla la parte electrónica del sistema embebido.
  • Macroproceso V. Integración y pruebas: se realiza la integración del sistema, así como pruebas de conformidad y certificación del mismo.
  • Macroproceso VI. Administración del producto: administra la producción en serie del sistema embebido.


Experimento

Una manera de validar el ciclo propuesto por INFOTEC fue desarrollando un equipo médico llamado “Monitor de la variabilidad de la frecuencia cardiaca” (MVFC), el cual se encarga de monitorear de una manera no invasiva la actividad del sistema nervioso autónomo y puede servir para la detección de: infarto agudo del miocardio, neuropatía diabética, entre otras más.
El procedimiento fue el siguiente, se desarrolló el mismo equipo médico sin utilizar una metodología y utilizando el ciclo de procesos de INFOTEC.

Discusión

Aunque los dos prototipos cumplen con la función de monitorear el sistema nervioso autónomo, sólo el que fue diseñado bajo el ciclo desarrollado por INFOTEC es viable para realizarse en serie, esto gracias a la falta de análisis y diseño.

Conclusión

Sin duda el utilizar una metodología para construir productos basados en sistemas embebidos tiene grandes ventajas, como aumentar la calidad del producto, disminuir el time to market, tener documentado el proceso, disminuir los rediseños en fase de producción, entre otros factores que redundarán en beneficios para el usuario final.

[1] Gustavo Galeano, Programación de sistemas embebidos en C, Alfaomega, Primera Edición, México, 2009, p.3. ISBN: 978-958-682-770-6.

(Artículo publicado originalmente en la revista Develop Network No. 11 en su edición agosto 2015).

Por Francisco Rodríguez, Coordinador en INFOTEC del grupo de trabajo Embedded Thinking, del laboratorio y maestría en sistemas embebidos.


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