SISTEMAS EMBARCADOS DE TEMPO REAL

INTRODUÇÃO

O uso de sistemas embarcados tem sido cada vez mais frequente à medida que é necessário incorporar ecerta inteligência em máquinas, equipamentos e dispositivos. Neste contexto destacam-se os Sistemas Embarcados de Tempo Real (RTOS) que têm premissa a execução de tarefas com a previsibilidade do tempo para execução.

Este documento tem como objetivo trazer uma breve análise sobre a importância de um do RTOS, suas vantagens e desvantagens, o funcionamento da pilha do processador, o bloco de controle de tarefas e as interrupções de um processador.

O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não tem a pretensão de esgotar o assunto, mas sim trazer elementos relevantes para compreensão e análise de um sistema embarcado de tempo real.

OBJETIVO

Trazer uma breve análise sobre a importância de um do RTOS, suas vantagens e desvantagens, o funcionamento da pilha do processador, o bloco de controle de tarefas e as interrupções de um processador.

DESENVOLVIMENTO

A primeira etapa do estudo foi realizar uma análise do princípio de funcionamento de um sistema embarcado de tempo real, onde são identificados os componentes principais do sistema. A partir desta análise o estudo foi direcionado para responder algumas questões que visam facilitar a abordagem do assunto, mas sem ter a pretenção de esgotar os estudos relacionados.

1. Qual a importância de uso de um RTOS em uma aplicação embarcada?

Um sistema operacional é um programa que funciona como interface entre o sistema computacional e usuário. Um sistema operacional é considerado embarcado quando é desenvolvido para funcionar em sistemas computacionais com poucos recursos de hardware (pro-cessamento, memória, periféricos de I/O e energia).

Os sistemas operacionais de tempo real - RTOS são desenvolvidos para aplicações embarcadas onde o tempo é essencial, ou seja, não precisa ter alta velocidade de processamento, mas o tempo de resposta deve ser conhecido ou previsível em qualquer situação durante a execução das rotinas. Um RTOS pode ser considerado:

• Crítico: quando a execução de uma tarefa fora do tempo previsto vier causar graves consequências afetando pessoas, economia ou ambiente.
• Não-crítico: quando a execução de uma tarefa fora do tempo previsto vier causar a degradação de uma informação ou processo sem grandes consequências e que seja aceitável.

2. Devemos sempre usar um RTOS?

Os sistemas operacionais de tempo real podem ser utilizados nos mais variados tipos de aplicações, desde os mais simples aos mais complexos, mas é preciso considerar os fatores relacionados ao grau de confiabilidade de acordo com a necessidade de cada aplicação. Sua utilização requer avaliação para que haja equilíbrio entre disponibilidade de hardware, desempenho de execução, flexibilização na configuração, ferramentas de desenvolvimento e apoio técnico.

3. Quais as vantagens e desvantagens de uso de um RTOS?

Entre as vantagens destacam-se a implementação simplificada, baixo custo adicional e comportamento previsível. Em relação às desvantagens podemos citar a operação sequencial, maior dificuldade para tratar eventos imprevisíveis e a implementação de código com escalonamento manual.

4. O que é a pilha de um processador e qual sua utilidade para a concepção de um sistema que possui múltiplos fluxos de execução?

A pilha de um processador é uma estrutura utilizada como elo entre as sub-rotinas de chamada e a rotina principal do programa, isto é, um bloco de posições da memória principal utilizado para repassar os dados necessários para execução da sub-rotina, durante a troca de contexto. A pilha utiliza basicamente 3 endereços da memória: endereço da base da pilha, endereço de limite da pilha e o endereço de topo, um registrador especial denominado Stack Pointer (SP), que tem a finalidade de apontar para o último elemento inserido na pilha.

5. Considerando que duas tarefas utilizam uma mesma função, a qual é não reentrante, sugira, pelo menos, uma solução para evitar a corrupção dos dados quando utilizando um:

    a) Núcleo não preemptivo;

    b) Núcleo preemptivo.

Em um núcleo não-preemptivo nenhum evento externo deve causar a perda de uso do processador. Uma solução alternativa para evitar a corrupção de dados é desligar as interrupções, internas e externas, e utilizar um registrador para armazenar a condição de chamada de sub-rotinas, ou seja, se a sub-rotina pode ou não ser executada.

Em um núcleo preemptivo um processo em execução pode ser interrompido e ser substituído por outro. Uma alternativa para evitar a corrupção de dados é criar uma seção crítica e não compartilhável. Assim os dados que estavam em uso pelo processo interrompido não poderão ser acessados pelo processo substituído.

6. Qual é a finalidade do Bloco de Controle de Tarefa - TCB em um RTOS?

O Task Control Block (TCB) é uma estrutura padronizada pela qual os sistemas embarcados de tempo real onde ficam armazenadas as informações de controle das tarefas. A implementação do TCB nos diferentes RTOSs podem variar conforme o desenvolvedor.

7. Quais informações são contidas no TCB?

As informações contidas no TCB são: nome da tarefa, estado da tarefa, prioridade da tarefa, ponteiro da pilha e parâmetros de memória.

8. Qual é a diferença entre o bloco de controle de tarefa e o contexto de uma tarefa?

As tarefas são processos que são executados pelo sistema, conforme suas solicitações. O contexto de uma tarefa inclui o valor dos registrados de CPU, o estado da tarefa e as informações relacionadas à memória. Para uma troca de contexto é necessário salvar o contexto da tarefa antiga e carregar o contexto do novo processo. O contexto de uma tarefa é armazenado no TCB.

9. O que ocorre em um processador quando uma interrupção ocorre?

As interrupções têm a função de interromper o fluxo que está sendo executado pela CPU e desviar o fluxo de processamento para uma sub-rotina em atendimento à solicitação da interrupção. 

10. Qual o papel da pilha nesse processo?

A pilha é utilizada para fazer a troca de contexto entre a rotina principal e a sub-rotina a ser executada. Após a execução da sub-rotina, a CPU recarrega as informações da tarefa anterior, ou a própria rotina principal, armazenadas na pilha e continua a execução do programa do mesmo ponto onde ocorreu a interrupção.

11. Por que o alinhamento de interrupções deve ser controlado por um núcleo preemptivo?

O gerenciamento das interrupções é realizado por um núcleo preemptivo fazendo que sejam respeitadas a ordem de prioridade de cada interrupção. Também controla as interrupções que estão ativas ou inativas, conforme determinado pelo desenvolvedor do sistema operacional.

CONCLUSÃO

Um sistema embarcado é sem dúvida algo que está cada vez mais presente nos equipamentos e dispositivos eletrônicos. O avanço da tecnologia permite que os sistemas embarcados possam ser desenvolvidos para serem executados em dispositivos o mínimo de recursos de hardware, podendo ser executado desde um simples microcontrolador até um micro-processador mais robusto. O estudo foi realizado com base em estudos bibliográficos e não pretende esgotar o assunto, mas sim apresenta elementos relevantes para compreensão e análise de um sistema embarcado de tempo real.

REFERÊNCIAS

GIMENEZ, Salvador Pinillos. Microcontroladores 8051: Teoria do hardware e do software. Pearson Education: São Paulo, 2002.

NICOLOSI, Denys Emílio Campion. Microcontroladores 8051 com linguagem C: prático e didático. 2ª Ed. Érica: São Paulo, 2008.

OLIVEIRA, Rômulo Silva de. Sistemas operacionais. 2ª Ed. Sagra Luzzatto: Porto Alegre, 2001.

PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: Programação em C. Érica: São Paulo, 2003.

SILBERSCHATZ, Abraham. Sistemas Operacionais: conceitos e aplicações. 8ª Ed. Campus: São Paulo, 2000.

TANENBAUM, Andrew S. Sistemas operacionais modernos. 4ª Ed. Peason Education: São Paulo, 2016.

ATENDIMENTO INTERNO OU EXTERNO?

Para saber qual é a melhor opção de atendimento para cada tipo de demanda é importante entender como funciona o atendimento interno e o atendimento externo.

O que é um atendimento? É um conjunto de serviços disponíveis ao consumidor que tem o objetivo de auxiliá-lo na resolução de problemas técnicos relacionados à equipamentos e/ou máquinas de uso industrial, buscando otimizar o desempenho, eficiência e eficácia.

Atendimento interno (manutenção no laboratório)

Todo serviço de manutenção elétrica ou eletrônica realizado no laboratório de manutenção da Romatec para restabelecer o pleno funcionamento de máquinas e equipamentos eletroeletrônicos de uso industrial. É um serviço realizado com o auxílio de equipamentos e instrumentos de medição de alta tecnologia para proporcionar uma maior confiabilidade na análise dos circuitos e para execução dos consertos. Depois de reparado o equipamento é submetidos à gigas de testes para verificar e comprovar o bom funcionamento de todos os circuitos eletrônicos que compõem o equipamento.

Atendimento externo (in-loco)

Todo serviço de manutenção elétrica ou eletrônica realizado nas instalações do cliente, podendo ser executada por um ou mais técnicos, de acordo com a necessidade e complexidade do reparo a ser realizado. Ao chegar no cliente é realizada uma verificação para identificar o problema e avaliar a possibilidade de realizar o reparo no local. Em caso de impossibilidade de realizar o reparo do equipamento no local, ou sejas partes, o técnico que está realizando o atendimento retira a parte danificada, leva para manutenção no laboratório da Romatec e posteriormente retorna ao cliente para reinstalar as partes reparadas no equipamento. Em seguida são realizados novos testes para verificar e comprovar o bom funcionamento de todo o equipamento.

Agora que já temos as definições dos atendimentos, qual é o melhor tipo de atendimento para sua necessidade?

Para responder esta questão é importante responder algumas perguntas que podem lhe auxiliar nesta decisão. Veja alguns exemplos:

- O problema é algo isolado ou está ocorrendo em mais de um equipamento e/ou máquina?

- Alguém da área técnica já examinou a situação para um primeiro diagnóstico?

- É possível remeter a parte danificada para empresa de manutenção?

- O cliente dispõem de equipamento reserva onu o equipamento é o único disponível?

- Qual é o impacto geral pela parada inesperada que a máquina e/ou equipamento irá causar?

Estas e outras questões que podem auxiliar na decisão do tipo de atendimento a ser solicitado. Naturalmente qualquer situação inesperada causa transtornos e esperamos que o atendimento seja realizado visando uma solução no menor tempo possível.

Para organizar os atendimentos a Romatec utiliza um sistema de gestão que auxilia a equipe de atendimento na execução dos serviços. Tudo é registrado em ordens de serviço, que mantém todo histórico que envolve determinada máquina ou equipamento. As ordens de serviços são registradas conforme a ordem de atendimento, que aguardam em uma fila de espera que determina qual será a próxima ordem de serviço à ser atendida.

Se você ou a sua empresa estiver precisando de atendimento, entre em contato com a Romatec que nossa equipe irá lhe auxiliar para uma ótima experiência. Trabalhamos de forma transparente, realizando um serviço de qualidade e buscando sempre o melhor custo benefício para nossos clientes. Teremos prazer em lhe atender.

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QUANTO TEMPO É NECESSÁRIO PARA FAZER UM ORÇAMENTO?

Figura 1 - CLP que apresentava defeito e falhas intermitentes.

Quanto tempo é necessário para fazer um orçamento?

Esta é uma pergunta frequente entre os clientes que procuram pela Romatec a primeira vez. Obviamente que é natural querer ter uma ideia de quanto vai custar o conserto para decidir se autoriza o conserto ou se compra um equipamento novo.

Observe as figuras 1 e 2 para uma breve análise. Em sua opinião, como você considera a situação do CLP da figura 1 e o comando elétrico da figura 2?

Utilize o espaço de comentários no final desta publicação, caso queira compartilhar sua resposta.

Figura 2 - Equipamento que seguidamente apresentava defeito nos mesmos componentes.

O tempo para fazer um orçamento depende de pelo menos cinco fatores:

DEFEITO - Qual é o defeito?

Informar o defeito adequadamente auxilia muito na hora de iniciar um orçamento. Alguns defeitos apresentam sintomas que não permitem um dimensionamento adequado do que precisa ser reparado, ou seja, a solução do defeito pode ser simples ou complexa.

PEÇAS - Utiliza peças de fácil aquisição?

A origem da causa, na grande maioria das vezes, deve-se à degradação natural do componentes eletrônicos. No entanto, a reposição desses componentes pode ser dificultada conforme a origem do equipamento ou até mesmo do fabricante das peças ou do equipamento. Em alguns casos os componentes são de fornecimento exclusivo do fabricante.

INTACTO - Alguém já tentou reparar antes? 

Frequentemente a Romatec recebe placas e/ou equipamentos que já foram "trabalhados" por pessoas não capacitadas, sem conhecimento e habilidade, que causam mais problemas além dos quais o equipamento já apresentava inicialmente. Outro fator crítico são os consertos paliativos, que visam um custo baixo, cua qualidade e durabilidade são questionáveis.

TESTES - Quais são as condições disponíveis para realizar testes em bancada?

Normalmente as placas são apenas uma parte da máquina e precisam de sinais e acionamentos externos ou oriundos de outras placas. Isso dificulta muito o trabalho e aumenta o tempo para diagnóstico do defeito.

LIMPEZA - O equipamento está em condições de ser trabalhado?

As condições gerais de limpeza do equipamento são tão importantes quanto o seu próprio funcionamento. Um fator agravante para redução da vida útil de um equipamento é o estado de limpeza. É comum haver poeira no interior dos equipamento, mas as vezes o nível é elevadíssimo. Outra situação bastante comum é o derramamento acidental de liquidos sobre o equipamento. Alguns equipamentos chegam para conserto em condições precárias e nestes casos é indispensável que seja feito, antes de qualquer coisa, um trabalho de limpeza para poder iniciar o trabalho de análise técnica para elaboração do orçamento.

Apesar dos fatores apresentados, ainda há outras situações que podem interferir no diagnóstico ou que pode causar uma demora para definição do orçamento. Por estas razões a Romatec adotou um sistema de orçamento que visa diagnosticar o defeito por completo e descrever exatamente o que precisa ser reparado, bem como as peças que serão substituídas.

Para elaborar o orçamento a primeira ação é submeter o equipamento à testes que buscam identificar o defeito descrito pelo cliente. O segundo passo é identificar as peças que precisam ser substituídas, substituí-las e novamente submeter à testes. O tempo para realizar a segunda etapa depende-rá das condições gerais, principalmente dos fatores relacionados acima.

Uma vez identificada as causas do defeito e as peças que serão substituídas para reparar o equipamento, então os serviços são descritos e as peças relacionadas na ordem de serviço, base para emissão do orçamento.

Após a aprovação do conserto os consertos são finalizados em até 02 (dois) dias úteis, salvo os casos que precisam aguardar a chegada de peças importadas ou que precisam atender à situações específicas descritas no orçamento.

Todo trabalho técnico especializado inicialmente pode parecer caro aos olhos do tomador do serviço, no entanto, o que é realmente caro é o custo de uma máquina parada. Neste sentido, reforçamos a importância de descrever de forma clara e objetiva o defeito que o equipamento está apresentando. Quando buscar serviços de manutenção, certifique-se que o prestador de serviço possui condições para lhe atender.

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AMPLIFICADORES OPERACIONAIS - PARTE 2

 CIRCUITO SEM REALIMENTAÇÃO

Comparador de Tensão

Em um circuito onde o amplificador operacional opera em malha aberta, ou sem realimentação, o ganho é determinado pelo próprio fabricante e não é possível ser controlado. Na maioria das vezes estes circuitos são utilizados em circuitos comparadores.

Fonte: Autor, 2022.

Observe o cirtuito a seguir:

Fonte: Autor, 2022.

A tensão se saída é dada por: Vo = (Vr - Vi) . Av

O ponto de comutação de um comparador também pode ser chamado de limiar de comutação ponto de referência, ou seja, é o valor de tensão que determina o estado da saída do amplificador operacioanl. Com base no circuito acima, observe que o ponto de comutação é determinado pela tensão na entrada Vr = 6V. Assim, quando a tensão de entrada está abaixo da tensão de referência, a saída permanece desativada e quando a tensão de entrada supera a tensão de refência, a saída muda de estado. 

A tensão de saída do amplificador operacional depende da tensão de alimentação, ou seja, O nível mínimo e máximo serão aproximadamente iguais a tensão de alimentação. Exemplo:

• Se a tensão de alimentação for +5V e 0V.
  Vi > Vr, Vout = 5V.
  Vi < Vr, Vout = 0V.
• Se a tensão de alimentação for +12V e -12V.
  Vi > Vr, Vout = +12V.
  Vi < Vr, Vout = -12V.
  

Continua...

AMPLIFICADORES OPERACIONAIS - PARTE 1

A cada dia que passa, estamos mais envolvidos com a tecnologia que avança cada vez mais. No entatnto, muitos circuitos eletrônicos ainda precisam fazer uso da eletrônica analógica. No âmbito industrial, os circuitos analógicos estão muito presentes.

Muitos técnicos nos perguntam como funcionam alguns circuitos, em especial aqueles que utilizam amplificadores operacionais. Com a intensão de esclarecer algumas dúvidas, será publicada uma série acerca dos amplificadores operacionais, iniciando pela história, características e simbologia, modo de operação, aplicações e circuitos práticos que podem ser auxiliar muito a compreensão do assunto. 

Então vamos lá...

UM POUCO DA HISTÓRIA

Em 1941, Karl Dale Swartzel Jr. (1907 a 1998), inventa e registra a patente do 'amplificador somador', quando trabalhava na Bell Labs. Sua criação foi influenciada pelo desenvolvimento dos computadores analógicos nos anos de 1940, quando se viu a necessidade de criar um dispositivo capaz de realizar operações matemáticas. Os primeiros modelos foram desenvolvidos com base nas válvulas termiônicas, muito utilizadas na época e consideradas como a grande invenção daquele período.

Fonte: Patente US2401779 de Karl D. Swartzel Jr.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Definição

Um amplificador operacional é um amplificador CC multiestágio com entrada diferencial cujas características se aproximam de um amplificador ideal (PERTENCE, 2003).

Características

• Alta impedância de entrada;
• Baixa impedância de saída;
• Ganho muito alto (AV);
• Resposta de frequência infinita;
• Insensibilidade à temperatura.

Simbologia

Fonte: Adaptado de Wendling, 2010.

Aplicações

Entre as aplicações mais comuns dos amplificadores operacionais são: sistemas eletrônicos de controle industrial, em equipamentos médicos e hospitalares, em sistemas de instrumentação e de aquisição de dados, em telecomunicações, sistemas de áudio, circuitos analógicos para realizar operações matemáticas, entre outras.

Suas principais aplicações são realizar operações matemáticas de integração, diferenciação, soma e multiplicação, quando estão operando na região linear (região ativa). Na região de saturação, pode ser utilizado como comparador, gerador de onda quadrada, dente de serra, filtros ativos, osciladores, etc.

Modo de operação

Os amplificadores operacionais podem ser utilizados de três modos: sem realimentação (malha aberta), com realimentação positiva ou negativa (malha fechada) e modo diferencial.

Continua...

PEÇAS ORIGINAIS HO HSING

Na última semana a Romatec recebeu mais uma remessa de peças orginais Ho Hsing. Para manter a qualidade dos serviçoes prestados é indispensável utilizar peças originais com procedência garantida.

Figura 1: Disco do encoder de motores.

Figura 2: Motor para control box HVP-70 e I70M.

Figura 3: Carenagens de proteção.

Figura 4: Tampa para motores, modelos HVP-20, MD-4 e MH e ME.

Figura 5: Placas do motor série G60 e painéis programadores C-200.

Figura 6: Encoders para motores e módulos de fonte.

CONTROLADORA PARA APLICADOR DE FITA GOMADA

Algumas máquinas dispensadoras de fita gomada estão sendo substituídas por mais novos por falta de peças de reposição, especialmente quando é necessário substituir a placa de controle que possui um alto custo. 

Pensando em uma solução mais adequada e acessível aos clientes, a Romatec desenvolveu uma placa de controle para máquinas dispensadoras de fita gomada.

Conheça a placa RM-06 desenvolvida para dar uma sobre vida àquelas máquinas que precisam de substituição de placas. Confira as vantagens e funcionalidades da controladora através da folha de dados clicando aqui.

Entre em contato conosco e solicite um orçamento sem compromisso, teremos o prazer de lhe atender. Trabalhamos de maneira transparente, focados sempre na satisfação dos nossos clientes.

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