Diseño, implementación y validación de una placa y un sistema operativo para sistemas empotrados distribuidos de tiempo real basados en tareas concurrentes

Abstract

[spa] Un Sistema Empotrado (SE) es un sistema de computación que controla un sistema físico o planta del que, además, forma parte. Los SEs juegan un papel crucial en numerosos campos, desde la automatización industrial hasta la electrónica de consumo. Debido a su naturaleza y la del sistema que controla, un SE está sujeto a restricciones no funcionales; como pueden ser limitaciones en términos de peso, consumo, capacidad de almacenamiento y de cómputo. En particular, muchos SEs (especialmente aquellos que controlan un sistema crítico) son sistemas de tiempo real; es decir, son sistemas que tienen que ejecutar sus funciones dentro de plazos temporales (deadlines en inglés). Para poder ejecutar sus funciones cumpliendo los deadlines, el software de un SE se puede construir como una aplicación formada por un conjunto de tareas concurrentes que se ejecutan sobre un Sistema Operativo (SO) de tiempo real. El SO debe proveer los mecanismos necesarios para que las tareas puedan compartir los recursos en general, y la Central Processing Unit (CPU) en particular, de forma que cada tarea se ejecute a tiempo para atender a un evento concreto de la planta. Los SEs de tiempo real son el objeto de la asignatura 22449-Sistemas Empotrados del Grau d’Enginyeria Electrònica Industrial i Automàtica (GEEI) y del Grau d’Enginyeria Informàtica (GEIN). Por un lado, la parte teórica de la asignatura se centra en estudiar los aspectos fundamentales del análisis de planificabilidad de tareas concurrentes de tiempo real sobre monoprocesador. Por otro lado, en la parte práctica de la asignatura los alumnos deben programar un SE distribuido de tiempo real sobre dos omás placas de desarrollo. Cada una de estas placas consta de un microcontrolador y una serie de dispositivos de entrada y salida. El programa que se ejecuta en cada placa debe estar constituido por un conjunto de tareas concurrentes que se ejecutan sobre un SO (implementado en forma de una librería) de tiempo real. Sin embargo, tanto la placa como el SO utilizados presentan una serie de limitaciones que restringen y dificultan el aprendizaje de la parte práctica de la asignatura. Dadas estas limitaciones, el presente TFG tiene como objetivo diseñar, implementar y validar tanto una placa de desarrollo basada en microcontrolador para la asignatura de Sistemas Empotradas, como las partes fundamentales de un SO para dicha placa que permita ejecutar tareas concurrentes de tiempo real.