Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

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

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 componentes teóricas e práticas. Entretanto, será enfatizado os aspectos práticos da mesma, com fim na implementação de aplicações e configuração do ambiente Linux para o desenvolvimento de aplicações embarcadas. Ao final, é esperado que o discente tenha capacidade de configurar e desenvolver aplicações para sistemas embarcados que tenham o Linux como Sistema Operacional de base. Também, destaca-se a necessidade de programar aplicações concorrentes e com capacidade de comunicação via troca de pacotes TCP e UDP, bem como a configuração do Linux para a disponibilidade de serviços, como: SSH, FTP e servidores Web.

Para a presente componente curricular, a ser ministrada em formato remoto, no âmbito do período de Atividades Acadêmicas Remotas Emergenciais (AARE), serão adotadas aulas 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 Microsoft Teams, 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 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 primeira e última semanas. O projeto final deverá ser desenvolvido pelo aluno/grupo, com a apresentação de um relatório final em formato de artigo.

Cronograma

As atividades síncronas acontecerão nas terças-feiras das 09h50 às 11h30, no link disponibilizado na sala virtual da disciplina, ficando o professor disponível on-line para apresentação expositiva e o saneamento de dúvidas. A Tabela 1 apresenta o cronograma com as atividades propostas.

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

A Tabela 2 apresenta o cronograma das atividades assíncronas programas.

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

Em resumo, a carga horária será dividida em:

• Síncrona: 2 ha/semana (total: 18 ha)
• Assíncrona: 6 ha/semana (total: 54 ha)
• Somando: 18 ha/semana (total 72 ha)

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.

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.

Complementar

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

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Documento assinado eletronicamente por Eder Alves de Moura, Professor(a) do Magistério Superior, em 29/09/2020, às 17:17, 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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A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 2290314 e o código CRC 215A279B.

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