Atividade Prática - Sistemas Embarcados

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE SISTEMAS EMBARCADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMAS OPERACIONAIS DE TEMPO REAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARIANO ANDRÉ ANDERSON 
PROF. RAFAEL VILAS BOAS WIECHETECK 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TAQUARA – RS 
2020 - B FASE I
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1 INTRODUÇÃO 
O uso de sistemas embarcados tem sido cada vez mais frequente à medida que é neces-
sário incorporar certa 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 sis-
tema embarcado de tempo real. 
 
1.1 OBJETIVOS 
Trazer uma breve análise sobre a importância de um do RTOS; suas vantagens e des-
vantagens; o funcionamento da pilha do processador; o bloco de controle de tarefas e as inter-
rupções de um processador. 
2 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 a responder as questões estabelecidas no 
roteiro da atividade prática elaborada para disciplina de Sistemas Embarcados. As questões são 
apresentadas nos subitens seguintes e as respostas são apresentadas na sequência. 
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2.1 EXERCÍCIO 1 
Explique com suas palavras a importância de uso de um RTOS em uma aplicação em-
barcada. Devemos sempre usar um RTOS? Quais as vantagens e desvantagens de uso de um 
RTOS? 
Um sistema operacional é um programa que funciona como interface entre o sistema 
computacional e usuário. Um sistema operacional é considerado embarcado quando é desen-
volvido para funcionar em sistemas computacionais com poucos recursos de hardware (proces-
samento, memória, periféricos de I/O e energia). 
Os sistemas operacionais de tempo real - RTOS são desenvolvidos para aplicações em-
barcadas ondem 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 exe-
cução 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 de-
gradação de uma informação ou processo sem grandes consequências e que seja aceitá-
vel. 
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, desem-
penho de execução, flexibilização na configuração, ferramentas de desenvolvimento e apoio 
técnico. 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 escalo-
namento manual. 
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2.2 EXERCÍCIO 2 
Descreva o que é a pilha de um processador e qual sua utilidade para a concepção de 
um sistema que possui múltiplos fluxos de execução. Note que em um sistema tradicional, ba-
seado em superlaço, existem múltiplos fluxos de execução concorrentes devido às rotinas de 
tratamento de interrupções. 
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, en-
dereço de limite da pilha e o endereço de topo, um registrador especial denominado Stack Po-
inter (SP), que tem a finalidade de apontar para o último elemento inserido na pilha. 
2.3 EXERCÍCIO 3 
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 interrup-
ções, 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 subs-
tituído 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 po-
derão ser acessados pelo processo substituído. 
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2.4 EXERCÍCIO 4 
Descreva com suas palavras a finalidade do bloco de controle de tarefa (TCB) no 
RTOS. Tipicamente, que informações são contidas no TCB? Qual a diferença de TCB e con-
texto de uma tarefa? 
O Task Control Block (TCB) é uma estrutura padronizada pela qual os sistemas embar-
cados de tempo real onde ficam armazenadas as informações de controle das tarefas. A imple-
mentação do TCB nos diferentes RTOSs podem variar conforme o desenvolvedor. Tipicamente 
as informações contidas no TCB são: nome da tarefa; estado da tarefa; prioridade da tarefa; 
ponteiro da pilha; e parâmetros de memória. 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 con-
texto de uma tarefa é armazenado no TCB. 
2.5 EXERCÍCIO 5 
Explique o que ocorre em um processador quando uma interrupção ocorre. Qual o pa-
pel da pilha nesse processo? Por que o alinhamento de interrupções deve ser controlado por 
um núcleo preemptivo? 
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 inter-
rupção. 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 an-
terior, ou a própria rotina principal, armazenadas na pilha e continua a execução do programa 
do mesmo ponto onde ocorreu a interrupção. 
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. 
 
 
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3 CONCLUSÕES 
Um sistema embarcado é sem dúvida algo que está cada vez mais presente nos equipa-
mentos 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 microprocessador 
mais robusto. 
O estudo foi realizado com base emestudos bibliográficos e não pretende esgotar o 
assunto, mas sim apresenta elementos relevantes para compreensão e análise de um sistema 
embarcado de tempo real. 
 
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4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
GIMENEZ, Salvador Pinillos. Microcontroladores 8051: Teoria do hardware e do sof-
tware. Pearson Education: São Paulo, 2002. 
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. 
PEREIRA, Fábio. Microcontroladores PIC: Programação em C. Érica: São Paulo, 2003. 
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. 
SOUZA, Daniel Rodrigues de. Microcontroladores ARM7: o poder dos 32 bits. Érica: São 
Paulo, 2006. 
OLIVEIRA, André Schneider de. Sistemas embarcados: hardware e o firmware na prá-
tica. Érica: São Paulo, 2006.