Introdução aos Sistemas Embarcados

Prévia do material em texto

Cassiana Fagundes da Silva
INTRODUÇÃO AOS 
SISTEMAS EMBARCADOS 
(SE)
Sumário
INTRODUÇÃO ������������������������������������������������� 3
INTRODUÇÃO, ASPECTOS HISTÓRICOS 
E EVOLUÇÃO DOS SE ������������������������������������� 4
CONCEITOS BÁSICOS ������������������������������������ 9
TIPOS, CLASSIFICAÇÕES E 
CARACTERÍSTICAS ������������������������������������� 11
ÁREAS DE APLICAÇÃO �������������������������������� 16
VISÃO GERAL DO DESENVOLVIMENTO 
DE UM SE ������������������������������������������������������ 20
TECNOLOGIAS APLICADAS EM SE ������������� 25
MICROCONTROLADORES E 
PROCESSADORES PARA SE ������������������������ 29
Processadores da arquitetura ARM ����������������������������������� 34
Processadores da arquitetura RISC-V ������������������������������� 36
CONSIDERAÇÕES FINAIS ���������������������������� 38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS & 
CONSULTADAS �������������������������������������������� 40
2
INTRODUÇÃO
Neste e-book abordaremos diferentes tópicos 
que nos permitirão entender sobre os conceitos 
dos Sistemas Embarcados (SE), seu histórico e 
evolução ao longo dos anos, principalmente com 
o desenvolvimento dos recursos tecnológicos da 
microeletrônica e miniaturização dos processadores�
Além disso, também faremos uma reflexão sobre 
os principais aspectos, tipos e classificações de 
sistemas embarcados de modo que possamos 
entender em quais situações esses diferentes 
tipos podem ser utilizados conforme aplicação a 
ser desenvolvida�
Diante dessas informações, torna-se possível discutir 
e ter uma visão geral sobre o desenvolvimento e 
arquitetura de um sistema embarcado apresentando 
as principais tecnologias de microcontroladores 
e processadores como, por exemplo, arquiteturas 
RISC, CISC e interfaces de comunicação (SPI, I2C), 
e como dispositivos de entrada e saída são usados 
e interpretados pelo SE�
3
INTRODUÇÃO, ASPECTOS 
HISTÓRICOS E EVOLUÇÃO 
DOS SE
Os sistemas embarcados (SE) têm sido utilizados 
desde o surgimento dos computadores a partir da 
década de 1940� Inicialmente, os computadores 
se caracterizavam pelo seu tamanho, custo e pela 
forma de execução de suas tarefas, ou seja, uma 
única tarefa era realizada por vez em um determi-
nado espaço de tempo� Porém, à medida que as 
décadas foram passando e os recursos tecnoló-
gicos avançando, a microeletrônica e o tamanho 
dos componentes foram sendo aprimorados na 
capacidade de armazenamento e tamanho (De-
nardin; Barriquelo, 2019)�
Nas décadas de 1960 e 1970, os primeiros micro-
processadores começaram a ser desenvolvidos, 
e o conceito de sistemas embarcados começou a 
ser aplicado� No entanto, a utilização desta nova 
tecnologia de microprocessadores era utilizada 
restritamente a sistemas militares e aeroespa-
ciais, devido à sua capacidade de realizar tarefas 
complexas com tamanho e consumo de energia 
reduzidos, mas pincipalmente ao seu alto custo 
(Hennessy, 2019)�
4
O primeiro sistema embarcado surgiu com o 
desenvolvimento do Projeto Apollo, que tinha o 
objetivo de projetar e simular um conjunto de 
missões espaciais da NASA para enviar o homem 
à Lua� Esse sistema embarcado, chamado de 
Apollo Guidance Computer (AGC), era usado para 
coletar e fornecer informações sobre voos, além 
de controlar automaticamente todas as funções 
de navegação�
Para conhecer mais sobre o projeto Apollo e o primeiro 
sistema embarcado AGC, desenvolvido por Charles 
Stark Draper, do MIT, você pode ler o texto em inglês 
de David Scott, disponível em: https://klabs.org/history/
history_docs/ech/agc_scott.pdf�
Em português, o site Museu Capixaba do Computador possui 
um texto que explica toda a complexidade desse aconte-
cimento, além dos avanços tecnológicos que esse evento 
causou. Disponível em: https://museucapixaba.com.br/
hoje/computador-apollo-guidance-computer-agc-de-1968/�
Na mesma década, foi desenvolvido pelos Estados 
Unidos, em 1961, o primeiro sistema embarcado de 
produção em massa e era conhecido como “LGM-
30 Míssil Minuteman”, o computador guia do míssil 
nuclear. O sistema apresentava como característica 
o uso de um disco rígido para armazenamento 
SAIBA MAIS
5
https://klabs.org/history/history_docs/ech/agc_scott.pdf
https://klabs.org/history/history_docs/ech/agc_scott.pdf
https://museucapixaba.com.br/hoje/computador-apollo-guidance-computer-agc-de-1968/
https://museucapixaba.com.br/hoje/computador-apollo-guidance-computer-agc-de-1968/
da memória principal e sua funcionalidade era 
controlar a orientação e estabilidade do foguete� 
Posteriormente, uma nova versão foi elaborada e 
o computador foi substituído por outro que utili-
zava um grande volume de circuitos integrados, 
reduzindo o preço deles�
No mesmo tipo de aplicação, isto é, outro sistema 
embarcado para voos, o SE do caça Tomcat F-14 
da marinha americana, desenvolvido e lançado nos 
anos 1970, possuía o primeiro microprocessador 
baseado em sistema embarcado Garret CADC� Ele 
era composto por oito processadores e 19 chips 
de memória e tinha a função de controlar boa 
parte das operações do caça Tomcat F-14. Nessa 
época, com o desenvolvimento de tecnologias de 
software, várias bibliotecas de códigos direciona-
dos para sistemas embarcados específicos, com 
processadores específicos, começaram a surgir.
Ainda na década de 1970, os sistemas embarcados 
só evoluíram em decorrência da indústria da defesa 
militar, apesar de que com o passar do tempo outras 
áreas, como jogos, medicina e aviação, também 
possibilitaram o estímulo tanto da criação como 
do uso de sistemas embarcados (Pichetti, 2022)�
Por outro lado, na década de 1980, vários compo-
nentes externos foram integrados no mesmo chip 
do processador, resultando em circuitos integrados 
6
chamados microcontroladores� Outro fator que 
ajudou na difusão dos sistemas embarcados foi 
a criação do Consórcio PC/104 pela Ampro, RTD 
e outros fabricantes� Esse grupo estabeleceu um 
modelo de microprocessadores Intel implantado 
em uma placa-mãe de aproximadamente quatro 
polegadas quadradas, e um pouco menos de uma 
polegada de altura (Vieira; Piosenava, 2021)�
Resumidamente, podemos dizer que os sistemas 
embarcados evoluíram significativamente em termos 
de desempenho, tamanho, eficiência energética e 
capacidade de processamento� Isso foi decorrente 
dos avanços na microeletrônica e na fabricação de 
chips cada vez menores e mais poderosos, tornan-
do possível a inclusão de sistemas embarcados 
em dispositivos portáteis e de tamanho reduzido 
(Neto; De Oliveira, 2019)�
Figura 1: Placa-mãe�
Fonte: Shutterstock�
7
Além disso, houve uma evolução nas tecnologias 
de comunicação e conectividade, o que permitiu a 
interconexão de sistemas embarcados em redes 
e a troca de informações em tempo real, impul-
sionando o desenvolvimento de dispositivos e 
sistemas inteligentes, como casas automatizadas, 
carros autônomos, wearables (definidos por todo e 
qualquer tipo de dispositivos vestíveis) e a Internet 
das Coisas (IoT), em que múltiplos sistemas embar-
cados podem interagir entre si e com o ambiente 
(Torres, 2019)� Outro ponto a ser considerado foi a 
evolução dos sistemas operacionais e ferramentas 
de desenvolvimento específicas para esse tipo de 
sistema, ou seja, o desenvolvimento de software 
embarcado possibilitou a programação e configu-
ração dos sistemas para atender as necessidades 
específicas de cada aplicação (Torres, 2019 apud 
Szwarcfiter, 2021).
8
CONCEITOS BÁSICOS
Os sistemas embarcados são sistemas computa-
cionais projetados para realizar funções específicas 
dentro de um dispositivo ou sistema maior� Eles 
são projetados para operar de forma autônoma e 
integrada ao dispositivo ou sistema em que estão 
incorporados� Esses sistemas são compostos por 
hardware e software projetados para atender os 
requisitos específicos da aplicação em que são 
utilizados (De Almeida, 2016)�
Ao contrário dos computadores pessoais conven-
cionais, os sistemas embarcados são projetados 
para desempenhar tarefas específicas de forma 
eficientee confiável, em vez de serem dispositi-
vos de propósito geral� Eles são encontrados em 
uma ampla gama de dispositivos eletrônicos que 
usamos em nosso cotidiano, como smartphones, 
eletrodomésticos, veículos, sistemas de controle 
industrial, dispositivos médicos, entre outros�
Cabe ressaltar que esses sistemas podem variar 
em complexidade, isto é, desde sistemas simples 
com poucos recursos até sistemas altamente so-
fisticados, como carros autônomos ou sistemas 
de controle de tráfego aéreo� Dependendo da 
complexidade de aplicação, os SE devem operar 
em tempo real ou com requisitos de tempo restrito, 
cuja resposta rápida e confiável é crucial.
9
Podemos dizer que um sistema embarcado é 
composto por um conjunto de componentes de 
hardware e software� Os componentes de har-
dware são, por exemplo, processadores, memória, 
interfaces de comunicação e sensores, que são 
integrados no dispositivo ou sistema em que es-
tão embarcados� Os softwares embarcados, que 
podem incluir sistemas operacionais em tempo 
real, são drivers de dispositivo de E/S, algoritmos 
de controle e aplicativos específicos.
10
TIPOS, CLASSIFICAÇÕES E 
CARACTERÍSTICAS
Vários são os tipos de sistemas embarcados, cada 
um com suas características e aplicações especí-
ficas. Em relação aos tipos existentes de sistemas 
embarcados destacamos os SE de tempo real, 
projetados para responder a eventos e estímulos 
do ambiente em tempo real; os SE de controle 
usados para controlar e monitorar dispositivos e 
processos; SE de redes que estão conectados a 
redes de comunicação e são capazes de trocar in-
formações e se comunicar com outros dispositivos.
Os sistemas embarcados são classificados, con-
forme determinadas propriedades e requisitos 
considerados por Denardin e Barriquelo (2019), 
da seguinte maneira�
Figura 2: Classificação dos sistemas embarcados.
Classificações 
dos Sistemas 
Embarcados
Complexidade
Arquitetura
Tempo de resposta
Conectividade
Aplicação
Fonte: Denardin; Barriquelo, 2019� Adaptado�
11
Os sistemas embarcados, conforme a sua com-
plexidade, podem ser classificados em:
 y Sistema embarcado de complexidade simples: 
requer funcionalidades e recursos limitados, geral-
mente projetados para realizar tarefas específicas 
e mais simples�
 y Sistemas complexos: caracterizam-se por 
serem mais robustos e sofisticados, capazes de 
executar múltiplas tarefas e oferecer uma ampla 
gama de funcionalidades�
Em relação à arquitetura, os sistemas embarcados 
estão baseados em:
 y Sistemas embarcados baseados em micro-
controladores: adotam microcontroladores como a 
unidade de processamento principal e são ampla-
mente utilizados em dispositivos de baixo custo e 
com requisitos de processamento relativamente 
simples�
 y Sistemas embarcados baseados em micro-
processadores: usam microprocessadores mais 
poderosos e geralmente possuem recursos adi-
cionais, como sistemas operacionais completos, 
capacidade de execução de aplicativos e interfaces 
de usuário mais sofisticadas.
12
 y SoC (System on a Chip): são sistemas que 
integram vários componentes em um único chip, 
incluindo processador, memória, controladores de 
periféricos, interfaces de comunicação e outros�
Por outro lado, considerando o tempo de resposta, 
os sistemas embarcados podem ser:
 y Sistemas de tempo real: são de sistemas 
que possuem requisitos de tempo rígidos, cujas 
tarefas devem ser executadas dentro de prazos 
determinísticos para garantir o funcionamento 
adequado do sistema�
 y Sistemas de tempo não real: adotam sistemas 
cujos requisitos de tempo não são tão rigorosos, 
permitindo alguma flexibilidade na resposta às 
tarefas�
Por que os sistemas embarcados de tempo real mere-
cem mais atenção no desenvolvimento de um projeto 
do que os sistemas embarcados que podemos chamar 
de “comuns”? Ou essa atenção deverá ser tomada para 
ambos os tipos de sistemas embarcados?
Por esta e outras situações, os sistemas embarcados 
de tempo real merecem mais atenção no desenvolvi-
mento de um projeto em comparação com os sistemas 
REFLITA
13
embarcados “comuns”: devido à natureza crítica das 
aplicações em que são utilizados. Dentre as razões po-
demos destacar os requisitos de tempo, confiabilidade 
e previsibilidade�
Assim, os sistemas embarcados “comuns” também 
exigem atenção no desenvolvimento, mas os sistemas 
embarcados de tempo real apresentam desafios adicio-
nais e críticos que precisam ser cuidadosamente abor-
dados. No entanto, isso não significa que os sistemas 
embarcados “comuns” devam ser negligenciados� Todos 
os sistemas embarcados, independentemente do tipo, 
devem ser projetados com consideração aos requisi-
tos e restrições específicas de sua aplicação, levando 
em conta a eficiência de recursos, a confiabilidade, a 
segurança e a escalabilidade�
Tratando-se de conectividade, os SE são definidos 
como:
 y Autônomos: são os sistemas que operam de 
forma independente e não possuem conectividade 
externa.
 y Conectados: possuem conectividade com ou-
tros dispositivos ou redes, permitindo a troca de 
informações e a comunicação com outros sistemas.
De acordo com a aplicação para qual os sistemas 
embarcados foram desenvolvidos, pode-se dividir 
em grandes áreas como automotiva, indústria, 
medicina, eletrônico de consumos, entre outros�
14
Nesse sentido, segundo Denardin e Barriquelo 
(2019), os sistemas embarcados se caracterizam 
por determinadas características:
 y Especificidade da aplicação (executar tarefas 
específicas conforme requisitos da aplicação);
 y Restrições de recurso (limite de capacidade de 
armazenamento e processamento para atender as 
restrições de custo, tamanho e consumo);
 y Tempo real (precisam responder e concluir 
tarefas dentro de prazos determinísticos);
 y Baixo consumo de energia (operar com baixo 
consumo de energia);
 y Conectividade (capacidade de conexão a redes 
ou outros dispositivos – isso permite a comunicação 
e a troca de informações com outros sistemas);
 y Confiabilidade e tolerância a falhas (projetados 
para serem confiáveis e capazes de lidar com falhas);
 y Tempo de vida longo (incorporados em produ-
tos que têm um ciclo de vida longo, como veículos, 
equipamentos industriais e dispositivos médicos);
 y Projeto customizado (desenvolvido de acordo 
com os requisitos específicos da aplicação e do 
ambiente em que será utilizado)�
Assim, podemos dizer que a maioria das caracte-
rísticas descritas são encontradas nos sistemas 
embarcados, embora a natureza exata e a ênfase 
em cada característica possam variar dependendo 
da aplicação e dos requisitos do sistema específico.
15
ÁREAS DE APLICAÇÃO
Os sistemas embarcados são amplamente utilizados 
em uma variedade de áreas e setores devido à sua 
capacidade de fornecer funcionalidades específi-
cas e desempenho otimizado� Para entendermos 
como essas áreas podem ser aplicadas, podemos 
categorizá-las em: eletrônicos, indústria, área da 
saúde, área espacial, telecomunicações, cidades 
inteligentes, eficiência energética, entre outras.
Os sistemas embarcados estão cada vez mais pre-
sentes no nosso dia a dia por meio dos eletrônicos 
como os smartphones, tablets, TVs inteligentes, 
entre outros� No caso dos smartphones, podemos 
dizer que eles dependem fortemente de sistemas 
embarcados, pois possuem processadores pode-
rosos, memória, sensores, câmeras e interfaces 
de comunicação (E/S) que são controlados pelos 
SE� Além disso, eles utilizam e são controlados por 
SO (sistemas operacionais) específicos para tais 
arquiteturas, que permitem uma ampla gama de 
recursos, como chamadas telefônicas, navegação 
na web, e-mail, redes sociais, jogos, reprodução de 
mídia, entre outros.
No caso dos eletrônicos como TVs inteligentes, os 
sistemas embarcados permitem a conexão com a 
internet e a execução de aplicativos, além de ofe-
recerem recursos de streaming de vídeo, acesso a 
16
serviços de vídeo sob demanda, navegação na web 
e interação com conteúdo digital� Nesse sentido, 
osSE, nessas TVs, controlam o processamento 
de vídeo, a interface do usuário e a conectividade 
com outros dispositivos�
Nos dispositivos de áudio, os sistemas embar-
cados são amplamente utilizados por meio de 
alto-falantes bluetooth, fones de ouvido sem fio e 
sistemas de som domésticos� Nesses dispositivos, 
os SE controlam a reprodução de áudio, ajustes 
de equalização, conectividade sem fio e outros 
recursos específicos do dispositivo.
O mesmo acontece com as câmeras digitais 
modernas, em que os sistemas embarcados con-
trolam o processamento de imagem, a captura de 
fotos e vídeos, a exposição, o foco automático, os 
ajustes de cor, a estabilização de imagem e outros 
recursos específicos da câmera. Além disso, os SE 
também oferecem interfaces de usuário intuitivas 
e opções de conectividade para transferência de 
mídia. A câmera Amaryllo, por exemplo, apresenta 
um sistema operacional GNU/Linux embarcado, 
em que é possível, pela vasta quantidade de re-
cursos, prover acesso à câmera via Skype e outros 
elementos (Bauermeister, 2023)�
17
Ainda na categoria de eletrônicos, podemos tam-
bém destacar os sistemas embarcados usados 
nos dispositivos de jogos como nos consoles de 
PlayStation, Xbox e Nintendo Switch. Os sistemas 
embarcados que existem nos consoles de jogos 
permitem o controle do processamento gráfico, 
o processamento de áudio, a conectividade on-
-line, a execução de jogos e a interação com os 
controladores, ou seja, a interação com o joystick�
No ambiente industrial os sistemas embarcados 
normalmente são usados em grande escala e es-
tão presentes em controle do motor, sistemas de 
segurança ativa (como freios ABS e controle de 
estabilidade), sistemas de navegação, controle de 
climatização, entre outros� Ainda na indústria, os SE 
desempenham um papel crucial nesses ambientes 
para automação e controle de processos quando 
usados em controladores lógicos programáveis 
(CLPs), sistemas de aquisição de dados, sistemas 
de controle de robôs, sistemas de monitoramento 
e controle de produção, entre outros�
Na indústria aeroespacial e de defesa, os sistemas 
embarcados são encontrados em aviões, satélites, 
veículos espaciais, sistemas de mísseis, sistemas 
de comunicação e controle de voo� Esses siste-
mas exigem alta confiabilidade, desempenho e 
tolerância a falhas.
18
Na área médica não seria diferente, pois os siste-
mas embarcados são usados em equipamentos 
de monitoramento de pacientes, aparelhos de 
imagem médica, dispositivos de administração 
de medicamentos, dispositivos de suporte à vida, 
próteses e implantes médicos�
Outra aplicação dos sistemas embarcados, na 
atualidade, é nas casas inteligentes para desenvol-
vimento de dispositivos e sistemas de automação 
residencial como, por exemplo, os sistemas de 
controle de iluminação, termostatos inteligentes, 
sistemas de segurança, sistemas de áudio/vídeo, 
eletrodomésticos conectados e sistemas de ge-
renciamento de energia�
Nas áreas de telecomunicações e redes de com-
putadores as aplicações envolvem sistemas 
embarcados em roteadores, switches, pontos de 
acesso sem fio, gateways, sistemas de telefonia, 
com o objetivo de fornecer conectividade e geren-
ciamento de rede�
Para saber mais sobre as diferentes aplicações dos 
sistemas embarcados e suas áreas de atuação, aces-
se o vídeo disponível em: https://www.youtube.com/
watch?v=FvX33N1JOXY. Esse vídeo aborda aplicações 
de sistemas embarcados na área de robótica�
SAIBA MAIS
19
https://www.youtube.com/watch?v=FvX33N1JOXY
https://www.youtube.com/watch?v=FvX33N1JOXY
VISÃO GERAL DO 
DESENVOLVIMENTO DE 
UM SE
Pensando em sistemas embarcados como uma 
visão geral, percebemos que eles são diferentes 
dos sistemas operacionais instalados em com-
putadores e determinadas máquinas� No caso 
dos sistemas embarcados, existem determinadas 
limitações, principalmente pelo fato de os siste-
mas embarcados apresentarem uma arquitetura 
de hardware SoC, ou seja, System on a Chip, que 
pode conter um ou mais processadores, memória, 
interfaces de comunicação com os periféricos e 
outros componentes�
Nesse sentido, entendemos que os sistemas em-
barcados são projetados para atender as necessi-
dades de um conjunto de aplicações ou executar 
funções específicas de determinada aplicação. Em 
outras palavras, significa dizer que os softwares 
nos sistemas embarcados são projetados para 
maximizar as funções específicas do hardware e 
da aplicação para o qual foi desenvolvido e será 
implantado�
Em relação à parte física de um projeto de siste-
mas embarcados, precisamos entender o papel 
dos sensores e atuadores e como esses são pro-
20
gramados para controlar a aplicação (Denardin; 
Barriquelo, 2019)�
Figura 3: Combinação de sensores e atuadores em um 
SoC�
Fonte: www�tecniar�com�br�
Os sensores são elementos físicos que possibilitam 
a captação de grandezas nos ambientes e fornecem 
um sinal elétrico que deve ser interpretado pelo 
hardware. Como exemplos de sensores destaca-
mos os sensores de umidade, de temperatura, de 
gás, entre outros�
Já os atuadores são elementos físicos que pro-
vocam mudança ao meio considerando o que foi 
programado. Como exemplos de atuadores des-
tacamos as lâmpadas, motores, braços robóticos, 
entre outros�
Os microcomputadores SoC apresentam os prin-
cipais componentes básicos de um computador� 
São exemplos de SoC os dispositivos conhecidos 
21
http://www.tecniar.com.br/wp-content/uploads/2018/05/TECNI-AR_Parker_Store_Brasil_CLP_PCLpng.png
por Arduino, Raspberry Pi, Esp32, entre outros 
(Denardin; Barriquelo, 2019)�
Vale destacar que a arquitetura de um sistema 
embarcado se refere à organização e estrutura 
dos componentes que compõem esse sistema 
eletrônico para realização de funções específicas 
e dedicadas� No entanto, o desenvolvimento dessa 
arquitetura depende das necessidades e requisitos 
do projeto específico, mesmo assim, independen-
temente do projeto, determinados componentes 
comuns são necessários, dentre os quais destaca-
mos: processador, memória, periféricos, sistema 
operacional, interfaces de entrada e saída (E/S), 
firmware e fontes de energia.
O processador é definido por muitos como sendo 
o “cérebro” do sistema embarcado e responsável 
por executar as instruções do programa. Pode 
ser um microcontrolador de baixa potência, um 
processador de propósito geral ou um processa-
dor especializado, dependendo dos requisitos do 
sistema� Além dos processadores, os sistemas 
embarcados incluem diferentes tipos de memória 
para armazenar dados e instruções. Podendo incluir 
memória RAM para armazenamento temporário 
de dados, memória flash para armazenamento 
permanente de programas e dados e memória de 
acesso direto ao hardware (DMA) para transferência 
eficiente de dados.
22
Os periféricos são componentes adicionais conec-
tados para fornecer funcionalidades específicas 
que incluem interfaces de comunicação, como 
UART, SPI ou I2C, portas GPIO para entrada/saída 
digital (E/S), conversores analógico-digitais (ADC) e 
digitais-analógicos (DAC), interfaces de rede, como 
Ethernet ou Wi-Fi, interfaces de armazenamento, 
como USB ou cartões SD, entre outros (Denardin; 
Barriquelo, 2019)�
Muitos sistemas embarcados executam um 
sistema operacional como, por exemplo, o Linux 
embarcado, FreeRTOS, Micrium UC/OS, para ge-
renciar os recursos do sistema, fornecendo uma 
interface de programação e facilitando a execução 
de múltiplas tarefas�
O firmware é o software de baixo nível que está 
armazenado na memória não volátil do sistema 
embarcado, fornecendo as instruções básicas 
para inicializar o hardware e executar as funções 
principais do sistema� Enquanto as interfaces 
permitem a interação com o sistema embarcado, 
como botões, teclados, telas, sensores, atuadores, 
entre outros dispositivos externos que fornecem 
entrada de dados ou saída de informações. Por 
fim, as fontes de energia têm requisitos de energia 
específicos e podem incluir fontes de energia inte-
gradas, como bateriasou adaptadores de energia�
23
Além desses componentes básicos, a arquitetura 
de um sistema embarcado também pode envol-
ver o desenvolvimento de drivers de dispositivo, 
algoritmos de controle, protocolos de comunica-
ção e outras camadas de software para fornecer 
funcionalidades específicas ao sistema. A escolha 
desses componentes depende dos requisitos do 
sistema embarcado em termos de aplicação, de-
sempenho, tamanho, consumo de energia, custo 
e outros fatores-chave�
24
TECNOLOGIAS APLICADAS 
EM SE
Os sistemas embarcados adotam diferentes tipos 
de tecnologias de acordo com a aplicação e a 
especificidade das tarefas que serão executadas. 
Dentre as tecnologias descritas podemos destacar 
os microcontroladores, que são dispositivos inte-
grados que combinam um processador, memória, 
periféricos de entrada/saída e outros componentes 
essenciais em um único chip�
Os sistemas embarcados muitas vezes dependem 
de sensores para coletar informações do ambiente 
e atuadores para interagir com o mundo físico. 
Existem diversos tipos de sensores, como sen-
sores de temperatura, pressão, luz, movimento, 
entre outros� Os atuadores podem incluir motores, 
relés, válvulas, entre outros dispositivos que exe-
cutam ações físicas em resposta aos comandos 
do sistema embarcado� Além dos sensores e 
atuadores, também são necessárias tecnologias 
de comunicação sem fio que permitam a comu-
nicação com outros dispositivos ou redes� Para 
isso, são utilizadas várias tecnologias, como Wi-Fi, 
Bluetooth, Zigbee, LoRa, Cellular (como 3G, 4G, 
5G) e muitas outras� Essas tecnologias permitem 
a conectividade e troca de dados entre sistemas 
25
embarcados e outros dispositivos ou servidores 
(De Almeida, 2021)�
A tecnologia ASIC (Application-Specific Integrated 
Circuit) adota um circuito integrado projetado espe-
cificamente para uma aplicação ou função especia-
lizada� Os ASICs são desenvolvidos para atender 
os requisitos exatos de um sistema embarcado 
específico, oferecendo desempenho otimizado, 
menor consumo de energia e menor tamanho em 
comparação com soluções genéricas.
A tecnologia CISC (Complex Instruction Set Compu-
ting) é uma arquitetura de processador que possui 
um conjunto de instruções complexas e variadas. 
Os processadores CISC são capazes de executar 
tarefas complexas em um único ciclo de clock, 
o que pode ser vantajoso para certas aplicações 
que exigem suporte a um conjunto amplo de ins-
truções. O FPGA (Field-Programmable Gate Array) 
é um dispositivo de hardware reconfigurável que 
pode ser programado para executar tarefas espe-
cíficas. Normalmente, grande parte dos sistemas 
embarcados utilizam dessas tecnologias devido 
à sua flexibilidade e capacidade de implementar 
lógica personalizada. Dentre as aplicações que 
mais utilizam esses sistemas embarcados são as 
que adotam prototipagem rápida, desenvolvimento 
de sistemas de controle e processamento de sinal�
26
Por outro lado, a arquitetura RISC (Reduced Instruction 
Set Computing) é uma arquitetura de processador 
que possui um conjunto reduzido e simplificado 
de instruções. Os processadores RISC tendem a 
executar instruções em ciclos de clock únicos, o 
que melhora a eficiência e o desempenho geral 
do processador�
A tecnologia denominada por Flash é um tipo de 
memória não volátil que permite o armazenamento 
de dados mesmo quando a energia é removida� A 
memória Flash é amplamente utilizada em sistemas 
embarcados para armazenamento de firmware, siste-
ma operacional, dados do usuário e outros arquivos 
necessários para o funcionamento do sistema�
Já a SRAM (Static Random Access Memory) é 
uma memória estática de acesso aleatório que 
retém os dados armazenados enquanto a energia 
é fornecida� A SRAM é mais rápida e mais cara, 
além de consumir mais energia e por conta disso 
é usada em sistemas embarcados para armazenar 
dados temporários, buffers e caches� Ao contrário 
da SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access 
Memory), que é uma memória dinâmica de acesso 
aleatório que requer uma atualização periódica 
dos dados armazenados� A SDRAM é mais lenta 
em comparação com a SRAM, mas oferece maior 
capacidade de armazenamento a um custo mais 
baixo, utilizada para armazenar dados do sistema 
27
e executar operações de leitura e gravação de 
forma eficiente.
Já a memória cache é uma memória de alta veloci-
dade e baixa capacidade que armazena temporaria-
mente os dados mais frequentemente acessados 
pelo processador� O cache é usado para reduzir o 
tempo de acesso à memória principal, melhorando 
o desempenho geral do sistema� É amplamente 
aplicado em sistemas embarcados para acelerar 
as operações de leitura e escrita, especialmente 
em processadores de alto desempenho�
A VRAM (Video Random Access Memory) é um tipo 
de memória especializada utilizada para armazenar 
dados de imagem e vídeo. A VRAM é projetada para 
suportar a taxa de transferência necessária para 
exibir gráficos em tempo real em dispositivos, como 
monitores, painéis de exibição, telas sensíveis ao 
toque e outros dispositivos de saída visual.
Para programar e desenvolver software para siste-
mas embarcados, são utilizadas várias linguagens 
de programação, como C, C++, Python e Assembly� 
Também são empregadas ferramentas de desen-
volvimento, como compiladores, depuradores e 
ambientes de desenvolvimento integrado (IDEs), bem 
como protocolos de comunicação, como SPI (Serial 
Peripheral Interface), I2C (Inter-Integrated Circuit) e 
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)�
28
MICROCONTROLADORES E 
PROCESSADORES PARA SE
Os sistemas embarcados em sua arquitetura utili-
zam de microcontroladores e processadores para 
que possam funcionar e desenvolver suas tarefas 
conforme a aplicação para qual os sistemas foram 
desenvolvidos�
Figura 4: Diferentes tipos de microcontroladores�
Fonte: blog�eletrogate�com�
Os microcontroladores ARM Cortex-M são uma 
família de processadores projetados especifica-
mente para aplicações de sistemas embarcados 
de baixa potência e baixo custo. Eles são ampla-
mente utilizados em uma variedade de dispositivos, 
29
https://blog.eletrogate.com/introducao-aos-microcontroladores-pic-parte-1/
desde eletrodomésticos inteligentes até sistemas 
de segurança e automação industrial� Dentre suas 
principais características chaves estão:
 y Eficiência energética: Cortex-M são projetados 
para oferecer uma excelente eficiência energética, 
permitindo um menor consumo de energia em 
aplicações alimentadas por baterias ou energia 
limitada�
 y Desempenho otimizado: microcontroladores 
fornecem um bom equilíbrio entre desempenho e 
consumo de energia� Eles podem lidar com tarefas 
em tempo real e executar instruções de maneira 
eficiente, garantindo um processamento rápido e 
responsivo�
 y Conjunto de instruções: a arquitetura do conjunto 
de instruções Cortex-M é baseada na arquitetura 
RISC (Reduced Instruction Set Computing), que 
oferece instruções simples e eficientes, permitindo 
uma execução rápida e otimizada de tarefas.
 y Periféricos integrados: microcontroladores 
Cortex-M possuem uma variedade de periféricos 
integrados, como UART (Universal Asynchronous 
Receiver-Transmitter), SPI (Serial Peripheral Inter-
face), I2C (Inter-Integrated Circuit), PWM (Pulse 
Width Modulation) e GPIO (General Purpose Input/
Output), facilitando a comunicação com outros 
dispositivos e a interação com o ambiente�
30
 y Tamanhos de memória variados: os microcon-
troladores Cortex-M estão disponíveis em diferen-
tes versões, com opções de memória variadas, 
incluindo memória flash para armazenamento 
de código, memória SRAM para armazenamento 
de dados temporários e memória EEPROM para 
armazenamento não volátil�
 y Ferramentas de desenvolvimento: diversas 
ferramentas de desenvolvimento disponíveis para 
os microcontroladores Cortex-M, incluindo compi-
ladores, depuradores e ambientes de desenvolvi-
mento integrado (IDEs), facilitam a programação 
e o desenvolvimento de aplicativos para esses 
dispositivos�Os microcontroladores PIC (Programmable Interface 
Controller) são uma família de microcontroladores 
amplamente utilizados em sistemas embarcados� 
Eles são desenvolvidos pela empresa Microchip 
Technology e são conhecidos por sua facilidade de 
uso, eficiência energética e ampla disponibilidade no 
mercado� A linha de microcontroladores PIC abrange 
uma ampla gama de modelos, desde dispositivos 
simples e de baixo custo até microcontroladores 
mais avançados com recursos adicionais� Alguns 
aspectos-chave dos microcontroladores PIC incluem: 
Arquitetura RISC, Consumo de energia, Periféricos 
integrados, Tamanhos de memória, Ferramentas 
de desenvolvimento amplamente suportados�
31
Além disso, eles são comumente utilizados em 
uma variedade de aplicações, como automação 
residencial, eletrônicos de consumo, sistemas de 
controle industrial, dispositivos médicos e muitos 
outros sistemas embarcados�
Para saber mais sobre os microcontroladores PIC e seu 
uso em sistemas embarcados, acesse este link: https://
embarcados.com.br/pic/�
Os microcontroladores AVR são uma família de 
microcontroladores amplamente utilizados em 
sistemas embarcados� Eles são desenvolvidos 
pela Microchip Technology (anteriormente Atmel 
Corporation) e são conhecidos por sua arquitetura 
RISC (Reduced Instruction Set Computing), possuindo 
facilidade de uso e ampla disponibilidade� Esses 
mesmos microcontroladores são amplamente uti-
lizados em uma variedade de aplicações, incluindo 
automação residencial, eletrônicos de consumo, 
sistemas de controle industrial, dispositivos mé-
dicos e muitos outros sistemas embarcados� Sua 
arquitetura eficiente, facilidade de uso e ampla 
disponibilidade tornam os microcontroladores AVR 
uma escolha popular entre os desenvolvedores de 
sistemas embarcados�
SAIBA MAIS
32
https://embarcados.com.br/pic/
https://embarcados.com.br/pic/
Os microcontroladores MSP430 são uma família 
de microcontroladores de baixa potência desenvol-
vidos pela Texas Instruments. Eles são projetados 
especificamente para aplicações com requisitos 
rigorosos de consumo de energia e são amplamente 
utilizados em sistemas embarcados alimentados 
por bateria�
Em relação aos processadores, podemos destacar 
o Intel x86, AMR Cortex-A, RISC-V. Os processado-
res Intel x86 são uma família de processadores 
baseados na arquitetura x86, desenvolvida pela 
Intel Corporation� Normalmente são utilizados 
em computadores pessoais, laptops, servidores 
e muitos outros dispositivos eletrônicos� Como 
características desse processador destacamos 
a arquitetura de conjunto de instruções (ISA), 
Desempenho e poder de processamento, suporte 
a tecnologias avançadas, diferentes linhas de 
produtos e evolução contínua (De Almeida, 2016).
A Intel continua a desenvolver e aprimorar os 
processadores x86, lançando regularmente novas 
gerações com melhorias significativas. Essas 
melhorias incluem aumento da velocidade de 
clock, aumento do número de núcleos, redução 
do consumo de energia, melhorias em instruções 
SIMD (Single Instruction, Multiple Data) para pro-
cessamento paralelo e muito mais�
33
Os processadores Intel x86 têm sido amplamente 
adotados na indústria de tecnologia devido à sua 
compatibilidade, desempenho e suporte a uma 
ampla gama de aplicativos e tecnologias� Eles 
desempenham um papel crucial em dispositivos 
eletrônicos modernos e são uma escolha popular 
para sistemas que exigem poder de processamento 
significativo e suporte a software amplo.
Já os processadores ARM Cortex-A são uma fa-
mília de processadores desenvolvidos pela ARM 
Holdings. Eles são projetados para oferecer um alto 
desempenho e eficiência energética em disposi-
tivos como smartphones, tablets, dispositivos de 
Internet das Coisas (IoT), sistemas embarcados e 
outros dispositivos móveis. Como características 
principais desses processadores destacamos os 
processadores da arquitetura ARM e da arquitetura 
RISC-V (De Almeida, 2016)�
PROCESSADORES DA 
ARQUITETURA ARM
Os processadores ARM Cortex-A são baseados na 
arquitetura ARM, que é um conjunto de instruções 
(ISA – Instruction Set Architecture) amplamente 
utilizada em dispositivos móveis e sistemas em-
barcados� Essa arquitetura é conhecida por sua 
eficiência energética e desempenho otimizado.
34
Os processadores Cortex-A são projetados para 
oferecer um equilíbrio entre desempenho e efi-
ciência energética� Eles são capazes de fornecer 
poder de processamento substancial para lidar 
com tarefas intensivas em computação, como 
jogos e streaming de vídeo, ao mesmo tempo em 
que consomem menos energia para prolongar a 
vida útil da bateria�
Multicore e SMP são projetados com suporte a 
múltiplos núcleos (multicore) e Symmetric Multipro-
cessing (SMP) – Como os próprios nomes indicam 
–, permitindo a execução simultânea de várias 
tarefas em paralelo� Isso melhora a capacidade de 
resposta do sistema e permite que os dispositivos 
executem várias tarefas simultaneamente.
A família de processadores Cortex-A também 
oferece uma ampla variedade de opções, desde 
modelos de baixo consumo de energia para dispo-
sitivos móveis até processadores de alto desem-
penho para servidores e sistemas embarcados� 
Essa escalabilidade permite que os fabricantes 
personalizem os processadores de acordo com 
as necessidades específicas de seus dispositivos.
Por fim, os processadores Cortex-A são projetados 
para suportar uma variedade de tecnologias avan-
çadas, como aceleração de hardware para gráficos 
35
3D, criptografia e decodificação de vídeo, suporte 
a tecnologias de virtualização e muito mais�
PROCESSADORES DA 
ARQUITETURA RISC-V
Os processadores RISC-V são baseados na ar-
quitetura RISC-V, uma arquitetura de conjunto de 
instruções (ISA – Instruction Set Architecture) de 
código aberto desenvolvida pela Universidade 
da Califórnia, Berkeley� Diferentemente de outras 
arquiteturas como x86 e ARM, a RISC-V é livre de 
royalties e permite que qualquer pessoa desen-
volva e implemente processadores RISC-V sem 
restrições de propriedade intelectual.
Algumas características e pontos-chave dos pro-
cessadores RISC-V são arquitetura de conjunto de 
instruções aberta; modularidade e flexibilidade; 
escalabilidade; eficiência energética e comunidade 
ativa e suporte (De Almeida, 2016)�
Outro aspecto importante dos processadores RISC-V 
é que eles são projetados para serem escaláveis, 
atendendo a uma ampla variedade de aplicações, 
desde sistemas embarcados de baixa potência 
até servidores de alto desempenho� A arquitetura 
suporta a adição de extensões especializadas para 
acelerar tarefas específicas, como criptografia, 
36
processamento de sinais digitais (DSP) e apren-
dizado de máquina�
Os projetos de processadores RISC-V geralmente 
enfatizam a eficiência energética. Isso é particu-
larmente importante em dispositivos móveis e 
sistemas alimentados por bateria, haja vista que 
a vida útil da bateria é um fator crítico, porque per-
mite a implementação de técnicas avançadas de 
economia de energia para maximizar a eficiência.
A abordagem aberta, flexível e modular da ar-
quitetura RISC-V permite que ela seja adaptada 
para atender uma ampla variedade de requisitos 
de aplicação, oferecendo benefícios como custo 
reduzido, inovação acelerada e independência de 
fornecedores específicos de arquitetura.
Por conta de tudo isso, os processadores RISC-V 
estão ganhando popularidade em diversas áreas, 
desde sistemas embarcados e IoT, até centros de 
dados e computação de alto desempenho�
37
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os sistemas embarcados desempenham um papel 
fundamental em nossa vida cotidiana, estando 
presentes em uma ampla variedade de dispositivos 
e aplicações. Eles são projetados para executar 
tarefas específicas, controlar sistemas e fornecer 
funcionalidades especializadas�
Ao longo do tempo, os sistemas embarcados 
evoluíram significativamente, tornando-se cada 
vez mais poderosos, eficientes e versáteis. Eles se 
tornaram menores em tamanho, mais eficientesem termos de consumo de energia e capazes de 
lidar com tarefas complexas em tempo real. Isso 
possibilitou a criação de dispositivos portáteis, 
dispositivos inteligentes, sistemas de automação 
residencial, sistemas de segurança, dispositivos 
médicos, veículos autônomos e muitos outros.
Os sistemas embarcados oferecem diversas vanta-
gens, como tamanho compacto, eficiência energé-
tica, baixo custo, alto desempenho e confiabilidade. 
Além disso, eles são projetados para operar em 
ambientes específicos e lidar com requisitos que 
surgem em tempo real, garantindo que as tarefas 
sejam executadas dentro de prazos determinados. 
Essa capacidade é crucial em aplicações críticas, 
como sistemas de controle industrial, sistemas de 
segurança, sistemas médicos e transporte�
38
No entanto, o desenvolvimento de sistemas em-
barcados apresenta desafios únicos. É necessário 
considerar restrições de recursos, como memória 
limitada e capacidade de processamento, bem 
como requisitos rigorosos de tempo real� Além 
disso, a segurança e a confiabilidade são aspectos 
cruciais a serem considerados, pois muitos siste-
mas embarcados lidam com dados sensíveis ou 
controlam sistemas críticos.
Em resumo, os sistemas embarcados são compo-
nentes essenciais em uma ampla gama de dispo-
sitivos e aplicações, fornecendo funcionalidades 
especializadas, controle e automação� Eles são 
projetados para atender requisitos específicos, operar 
em tempo real e fornecer desempenho otimizado� 
Com o contínuo avanço da tecnologia, os sistemas 
embarcados continuarão a desempenhar um papel 
vital em nossa sociedade, impulsionando a inovação 
e melhorando a eficiência em diversas áreas.
39
Referências Bibliográficas 
& Consultadas
BAUERMEISTER, G. Utilizando câmeras em 
Sistemas Linux Embarcados. Embarcados� 
15/07/2015. Disponível em: https://embarcados.
com.br/utilizando-cameras-em-sistemas-linux-
embarcado/. Acesso em: 25 de julho de 2023.
DE ALMEIDA, R� Programação de sistemas 
embarcados: desenvolvendo software para 
microcontroladores em linguagem C� 1� ed� 
São Paulo: Editora GEN LTC. 2016. [Minha 
Biblioteca]�
DE ALMEIDA SÁ, Y� Desenvolvimento de 
aplicações IA: robótica, imagem e visão 
computacional. 1. ed. São Paulo: Editora Saraiva. 
2021. [Minha Biblioteca].
DENARDIN, W� G�; BARRIQUELO, C� H� Sistemas 
operacionais de tempo real e sua aplicação em 
sistemas embarcados. 1. ed. São Paulo: Editora 
Blucher. 2019. [Biblioteca Virtual].
HENNESSY, J� Arquitetura de computadores: 
uma abordagem quantitativa. 6. ed. São Paulo: 
Editora Grupo GEN. 2019. [Minha Biblioteca].
https://embarcados.com.br/utilizando-cameras-em-sistemas-linux-embarcado/
https://embarcados.com.br/utilizando-cameras-em-sistemas-linux-embarcado/
https://embarcados.com.br/utilizando-cameras-em-sistemas-linux-embarcado/
NETO, A�; DE OLIVEIRA, Y� Eletrônica analógica 
e digital aplicada à IOT. 1. ed. Rio de Janeiro: 
Editora Alta Books. 2019. [Minha Biblioteca].
PICHETTI, R� F� et al� Computação gráfica e 
processamento de imagens. 1. ed. Porto Alegre: 
Editora Grupo A. 2022. [Minha Biblioteca].
SZWARCFITER, J� Teoria computacional de 
grafos: os algoritmos. 1. ed. Porto Alegre: 
Editora Grupo GEN. 2021. [Minha Biblioteca].
TORRES, F�; DA SILVA, P�; GOULART, C� et al� 
Pensamento computacional. 1. ed. Porto Alegre: 
Editora Grupo A. 2019. [Minha Biblioteca].
VIEIRA, P� O�; PIOSENAVA, H� Z� MicroPython: 
aprenda a programar microcontroladores� 1� 
ed. São Paulo: Editora Saraiva. 2021. [Minha 
Biblioteca]�
	_GoBack
	Introdução
	Introdução, aspectos históricos e evolução dos SE
	Conceitos Básicos
	Tipos, Classificações e Características
	Áreas de Aplicação
	Visão geral do desenvolvimento de um SE
	Tecnologias aplicadas em SE
	Microcontroladores e Processadores para SE
	Processadores da arquitetura ARM
	Processadores da arquitetura RISC-V
	Considerações finais
	Referências Bibliográficas & Consultadas