Ao contrário de um PC, que pode executar os mais diversos programas e alternar entre eles, desempenhando as mais diversas funções, os sistemas embarcados são dispositivos “invisíveis”, que se fundem no nosso cotidiano, de forma que muitas vezes sequer percebemos que eles estão lá. Eles são formados, fundamentalmente, pelos mesmos componentes de um PC: processador, memória, algum dispositivo de armazenamento, interfaces e assim por diante, que podem tanto seguir o design tradicional (um chip para cada função) quanto serem todos agrupados em um único chip, agrupando todos os circuitos.
A principal diferença é que, diferente de um PC ou de um smartphone, os sistemas embarcados são especializados em executar uma única tarefa, seja ela monitorar sensores no motor para decidir a melhor taxa de queima de combustível, ou tocar arquivos de música colocados em um cartão de memória.
O fato de ser um sistema embarcado, não diz muito sobre o tamanho ou a importância do sistema, pode ser desde um brinquedo como o furby, até uma máquina com centenas de processadores, destinada a criar previsões sobre mercados de capitais ou controlar o tráfego aéreo. Basicamente, qualquer equipamento autônomo que não é um PC, um Mac ou outro tipo de computador pessoal, acaba se enquadrando nessa categoria.
Um bom exemplo são os modems ADSL e pontos de acesso Wi-Fi, que incluem processadores relativamente poderosos (geralmente um chip ARM), com chips de memória RAM, memória Flash para o firmware, processador de sinais e outros componentes. Apesar disso, poucas vezes percebemos a complexidade envolvida, já que eles funcionam praticamente sozinhos depois de configurados com os parâmetros básicos:
É graças aos sistemas embarcados que o Z80 de 8 bits (em suas inúmeras variações) é até hoje um dos processadores mais produzidos e que os processadores ARM continuam a vender dezenas de vezes mais unidades que chips x86 como o Core i7 ou o Phenom II, mesmo sendo muito menos conhecidos.
Não seria possível incluir um Core Duo ou um Athlon X2 em um controle remoto, por exemplo, mas um Z80 cumpre bem a função, já que é um processador muito barato e que possui um baixíssimo consumo elétrico. Dependendo do clock, eles podem até mesmo desempenhar funções relativamente avançadas. Lembra do GameBoy? Ele era justamente baseado num Z80, acompanhado de um controlador de áudio externo e outros circuitos. Outro exemplo são os S1 Mp3 players, aqueles Mp3 players genéricos em formato de pendrive, fabricados em massa pelos mais diversos fabricantes.
Outro processador muito usado é o Motorola 68000, o mesmo chip de 32 bits utilizado nos primeiros Macintoshs. Naturalmente, não estamos falando exatamente do mesmo chip introduzido em 1979, mas sim de versões modernizadas dele, que conservam o mesmo design básico, mas são produzidos usando tecnologia atual e operam a frequências mais altas. Um exemplo é o chip DragonBall (usado nos primeiros Palms), que incluía um processador 68000, controlador de vídeo e outros componentes, tudo no mesmo wafer de silício:
Para dispositivos que precisam de mais processamento, temos as diversas famílias de processadores ARM, chips RISC de 32 bits, produzidos por diversos fabricantes, que vão da Samsung à nVidia.
Embora operem a frequências relativamente baixas se comparados aos processadores x86, os chips ARM são baratos e possuem um baixo consumo elétrico, por isso são extremamente populares em smartphones, pontos de acesso, modems ADSL, centrais telefônicas, sistemas de automatização em geral, videogames (como o GameBoy Advance) e assim por diante. Cerca de 75% de todos os processadores de 32 bits usados em sistemas embarcados são processadores ARM, contra menos de 1% para os chips x86.
Além da família ARM e Z80, existem inúmeras outras famílias de chips e controladores. Cada uma conta com um conjunto próprio de ferramentas de desenvolvimento (SDK), que incluem compiladores, debuggers, documentação e ferramentas úteis. Em alguns casos o SDK é distribuído gratuitamente, mas em outros precisa ser comprado ou licenciado, o que encarece o projeto.
Normalmente, o desenvolvedor roda as ferramentas de desenvolvimento em um PC e transfere o software para o sistema embarcado que está projetando apenas nos estágios finais do desenvolvimento. Em alguns casos isso é feito através da porta USB (ou de uma porta serial), mas em outros é necessário gravar um chip de EPROM ou memória Flash com a ajuda do gravador apropriado e transferir o chip para o sistema embarcado para poder testar o software.
Um bom exemplo é este MP4 da foto a seguir. Ele utiliza apenas três chips, sendo um o controlador principal, outro um chip de memória Flash (usado para armazenamento) e o terceiro um sintonizador de rádio AM/FM, que poderia muito bem ser retirado do projeto sem prejuízo para as demais funções do aparelho:
Isso é possível porque o chip principal (um Sigmatel STMP3510) é um microcontrolador que desempenha sozinho todas as funções do aparelho, incluindo controladores para as diversas funções disponíveis e até mesmo uma pequena quantidade de memória RAM:
É esse tipo de microcontrolador que permite que modems ADSL, MP3 players, celulares e outros aparelhos que usamos no dia a dia sejam tão baratos em relação ao que custavam há alguns anos. Com menos chips, o custo cai proporcionalmente.
