UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Faculdade de Engenharia Elétrica

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Timbre

Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

Componente Curricular:

Sistemas Embarcados II

Unidade Ofertante:

Faculdade de Engenharia Elétrica

Código:

FEELT39015

Período/Série:

Turma:

U

Carga Horária:

Natureza:

Teórica:

30

Prática:

30

Total:

60

Obrigatória:

(X)

Optativa:

( )

Professor(A):

Éder Alves de Moura

Ano/Semestre:

2020/3

Observações:

O número máximo de vagas adequado para a realização do presente plano de ensino é de 10 vagas.

 

EMENTA

Desenvolvimento de sistemas embarcados microprocessados, integração com serviços em rede ou nuvem, interfaces homem/máquina (HMI).

JUSTIFICATIVA

Essa disciplina aplica os conceitos teóricos do desenvolvimento de software, de sistemas computacionais conectados e tecnologias eletrônicas para o desenvolvimento de sistemas embarcados. Esses são sistemas computacionais completos e independentes, desenvolvidos para uma tarefa específica e que estão presentes em diversas áreas e aplicações de engenharia.

OBJETIVO

Objetivo Geral:

Desenvolvimento de sistemas embarcados com hardware de complexidade média ou alta, com foco em comunicação e interatividade com o usuário, em geral executando sistemas operacionais de alto nível.

Objetivos Específicos:

1. Uso de Linux embarcado ou de sistema operacional equivalente. Construção e aplicação de imagens;
2. Criação de interfaces homem máquina através de toolkits gráficos;
3. Integração e uso de stacks diversos de comunicação;
4. Programação com linguagem de script ou de desenvolvimento rápido;
5. Utilização de serviços em nuvem para automação e controle;
6. Interfaceamento com periféricos de comunicação e informação (GPS, modems, Bluetooth, WiFi, entre outros);
7. Utilização de redes com e sem fio no processo de integração;
8. Atualização de firmware no campo (OTA - Over the Air);
9. Segurança em sistemas embarcados.

PROGRAMA

1. Linux Embarcado
1.1. Breve histórico sobre UNIX
1.2. Linux
1.3. Por que u lizar Linux em sistemas embarcados?
1.4. Anatomia de um sistema embarcado
1.5. Considerações sobre armazenamento
1.6. Distribuições Linux para sistemas embarcados
2. Processadores
2.1. Processadores Stand-Alone
2.2. Processadores Integrados (Systems on Chip)
2.3. Outras Arquiteturas
2.4. Plataformas de hardware
3. O Kernel Linux
3.1. Background
3.2. Kernel
3.3. Construção
3.4. Sistemas construtores de Kernel
3.5. Kernel customizados e documentação
3.6. Inicialização
3.7. Fluxo de controle
3.8. Inicializando subsistemas
4. Inicialização do espaço do usuário
4.1. Sistemas de arquivos Root
4.2. O processo de inicialização
4.3. Disco RAM inicial
4.4. Utilizando initramfs
4.5. Shutdown
5. Bootloaders
6. Device Driver
7. Subsistemas MTD
7.1. Introdução
7.2. Partições
7.3. Utilitários
7.4. Conceitos sobre Device Driver
7.5. Módulos
7.6. Métodos
7.7. Device Driver e GPL
8. Ambiente de Desenvolvimento Embarcado
10. Ferramentas de Desenvolvimento
10.1. GNU Debugger
10.2. Ferramentas de Tracing e Profiling
10.3. Utilitários Binários
10.4. Técnicas de Depuração de Kernel
11. Ferramentas de depuração para aplicações em Linux embarcado
12. Linux e Sistemas em Tempo Real
12.1. O que é um sistema de Tempo Real
12.2. Preempção do Kernel
12.3. Real-Time Kernel Patch
12.4. Análise de desempenho do Real-Time Kernel
13. Ferramentas de desenvolvimento para IHM
13.1. Compilação cruzada
13.2. Desenvolvimento de interfaces gráficas
14. Sistemas GSM e GPS
14.1. Definição de sistemas GSM
14.2. Definição de sistemas GPS
14.3. Tipos de aplicação
15. Aplicações para Sistemas Embarcados
15.1. Comunicação Serial
15.2. IHM de dados com interface serial
15.3. Interação com redes GSM, comandos AT
15.4. Geração de informações de posicionamento
15.5. Interação com sistemas em nuvem (AWS)
15.6. Construção de Gateway MQTT com interface para sistemas em nuvem (AWS)
15.7. Reconhecimento facial em nuvem

METODOLOGIA

A disciplina é composta de atividades teóricas e práticas. Entretanto, o foco está no desenvolvimento voltado à prática, utilizando os conceitos com vistas ao desenvolvimento de aplicações para sistemas embarcados.

 

Para a presente componente curricular, a ser ministrada em formato remoto, no âmbito do período de Atividades Acadêmicas Remotas Emergenciais, serão adotadas atividades em duas modalidades distintas de comunicação: síncrona (todos os alunos conectados simultaneamente em uma sala de aula virtual, sob a regência do professor) e assíncrona (contemplando atividades remotas off-line).

- Atividade síncrona: Aulas expositivas e de interação entre o professor e os alunos para sanar dúvidas por meio das plataformas Google Meet ou Microsoft Teams.

- Atividade assíncrona: A disciplina será organizada no portal Moodle (www.moodle.ufu.br), onde serão disponibilizados os materiais, tais como os slides das aulas, listas de exercícios, apostilas, vídeos, códigos de programas, ou links para acessá-los, quando disponível em fontes externas.

As aulas serão temáticas por semana, contendo atividades de estudo e implementação, descritas na Tabela 1.

Cronograma

As atividades síncronas acontecerão nas terças-feiras das 09h50 às 11h30, no link disponibilizado na plataforma Moodle da disciplina, ficando o professor disponível on-line para apresentação expositiva e o saneamento de dúvidas.

Tabela 1 – Atividades síncronas com 18 ha (2 ha/semana)

Semana

Data

Conteúdo

Tópicos do Programa

01

11/08/2020

Linux: Configuração e Uso

1; 2; 8.

02

18/08/2020

Linguagens de Programação: C++ e Python

9; 10; 11.

03

25/08/2020

Kernel, funcionalidades de configuração

3; 6; 7; 12.

04

01/09/2020

Customização de distribuições Linux

4; 5.

05

08/09/2020

Ferramentas de programação aplicações concorrentes e comunicação entre processos

10; 11.

06

15/09/2020

Desenvolvimento de aplicações com interfaces gráficas

2; 6; 13.

07

22/09/2020

Linux como servidor de recursos

14; 15.

08

29/09/2020

Gerenciamento de Rede e segurança

1.

09

06/10/2020

Apresentação do trabalho final

~

As atividades assíncronas serão divididas em duas partes: atividades semanais e um projeto final. As atividades semanais terão o prazo de uma semana para serem entregues, indo do dia da aula até o dia anterior da aula da próxima semana, com exceção da última semana.

Tabela 2 – Atividades assíncronas com 54 ha (6 ha/semana)

Semana

Data

Data

Conteúdo

01

11/08/2020

17/08/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

02

18/08/2020

24/08/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

03

25/08/2020

31/08/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

04

01/09/2020

07/09/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

05

08/09/2020

14/09/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

06

15/09/2020

21/09/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

07

22/09/2020

28/09/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

08

29/09/2020

05/10/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

09

06/10/2020

09/10/2020

Vídeo; Material de leitura; perguntas; programação.

 

Para o desenvolvimento das atividades propostas, será necessária a instalação, na própria máquina, de um ambiente virtualizado para o desenvolvimento de software. Serão adotadas ferramentas open source ou sem custos.

AVALIAÇÃO

A avaliação consistirá de três grupos de atividades:

 

- Atividade semanal – Lista de perguntas: Após cada aula, o aluno terá o prazo de uma semana para responder um questionário online disponível na plataforma Moodle da disciplina, com questões relativas aos temas abordados em sala e estudo dos recursos didáticos indicados. Esta atividade valerá 3,0 pontos cada.

- Atividade semanal – Implementação:  Após cada aula, o aluno deverá executar em ambiente virtualizado ou de programação devidamente indicado, um conjunto de atividades práticas, com questões relativas aos temas abordados em sala e estudo dos recursos didáticos indicados. Esta atividade valerá 5,0 pontos cada.

- Projeto final: Consistirá do desenvolvimento de uma atividade em grupo, ao longo do semestre, de uma aplicação de controle ou de Internet das Coisas, de sistemas reais ou virtuais, por meio da configuração e programação de um sistema Linux embarcado (real ou virtual). A entrega do trabalho consistirá de vídeo demonstrativo, produzido pelos alunos e relatório descritivo. Esta atividade valerá 28,0 pontos.

Tabela 3 – Distribuição de pontos.

Avaliação

Pontuação Individual

Número

Pontuação

Atividade semanal: Perguntas

3,0

9

27,0

Atividade semanal: Implementação

5,0

9

45,0

Projeto final

28,0

1

28,0

Total

 

 

100,0

 

BIBLIOGRAFIA

BIBLIOGRAFIA BÁSICA:

1. ALMEIDA, R.; MORAES, C.; SERAPHIM, T. Programação de sistemas embarcados: desenvolvendo software para microcontroladores em linguagem C. Rio de Janeiro: Elsivier, 2016.
2. MATTHEW, Neil.; STONES, Richard. Beginning Linux programming. [s.l.]: Wiley, 2007.
3. MOLLOY, Derek. Exploring Raspberry Pi: Interfacing to the Real World with Embedded Linux. New York: John Wiley & Sons, 2016.
4. SALVADOR, Otavio; ANGOLINI, Daiane. Embedded Linux development with Yocto. Project. Birmingham: Packt Publishing, 2014.
5. YIU, J. The Defini ve Guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 Processors. 3a ed. [s.l.]: Newnes/Elsevier, 2014.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR:

6. BACKES, André. Linguagem C: completa e descomplicada. Rio de Janeiro: Elsevier, 2013.
7. BARR, Michael; MASSA, Anthony. Programming embedded systems: with C and GNU development tools. O'Reilly Media, 2006.
8. GRENNING, James W. Test Driven Development for Embedded C. [S. l.]: Pragma c Bookshelf, 2011.
9. KLEMENS, Ben. 21st Century C: C ps from the New School. [S. l.]: O'Reilly Media, 2015.
10. HOOK, Brian. Write portable code: An Introduytion to Developing Software for Multiple Platforms. [S. l.]: No Starch Press, 2005.
11. HYDE, Randall. Write great code: understanding the machine. v. 1. [S. l.]: No Starch Press, 2012.
12. MONTGOMERY, Stephen L. MISRA C: Guidelines for the Use of the C Language in Cri cal Systems 2012. [S. l.]: Misra, 2013.
13. PRESSMAN, Roger S. Engenharia de software: uma abordagem profissional. 8. ed. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2016.
14. SINK, E. Version Control by Example. [S. l.]: Pyrenean Gold Press, 2011.
15. TANENBAUM, Andrew S. Organização estruturada de computadores. São Paulo: Pearson, 2013.
16. WHITE, E. Making Embedded Systems: Design Patterns for Great Software. [S. l.]: O'Reilly Media, 2014.
 

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

 


logotipo

Documento assinado eletronicamente por Eder Alves de Moura, Professor(a) do Magistério Superior, em 15/07/2020, às 17:27, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.


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Referência: Processo nº 23117.039929/2020-79 SEI nº 2139806