Modelagem de Sistema Embebido usando Diagrama de Implantação e Estereótipos UML

O que é um Sistema Embebido?

Um sistema embebido é um sistema computacional especializado projetado para realizar funções ou tarefas específicas dentro de um sistema ou produto maior. Diferentemente dos computadores de propósito geral, que são versáteis e podem executar uma ampla gama de aplicações, os sistemas embebidos são adaptados para funções específicas e geralmente são otimizados para desempenho, eficiência energética e confiabilidade dentro de seu domínio de aplicação designado.

Características principais dos sistemas embebidos incluem:

1. Funcionalidade Especializada: Sistemas embebidos são projetados especificamente para realizar uma ou poucas tarefas específicas, como controlar um forno de micro-ondas, gerenciar o motor de um carro, processar dados de um dispositivo médico ou regular a temperatura em um termostato.
2. Integração: Esses sistemas são integrados a um produto ou sistema maior, onde atuam como um componente ou sub-sistema. Eles geralmente operam “nas entrelinhas” e não são diretamente visíveis ao usuário final.
3. Hardware e Software: Sistemas embebidos combinam componentes de hardware e software. O hardware inclui microcontroladores, microprocessadores, sensores, atuadores e outros componentes especializados. O software, frequentemente chamado de firmware, é responsável por executar as funções do sistema embebido.
4. Operação em Tempo Real: Muitos sistemas embebidos operam em tempo real, o que significa que devem responder a entradas ou eventos dentro de um intervalo de tempo específico para garantir o funcionamento adequado do sistema. Sistemas embebidos em tempo real são usados em aplicações como controle automotivo, automação industrial e robótica.
5. Restrições de Recursos: Sistemas embebidos frequentemente têm recursos computacionais limitados, incluindo poder de processamento, memória e armazenamento. Essas restrições impulsionam a necessidade de programação eficiente e otimização.
6. Confiabilidade: Sistemas embebidos são projetados para alta confiabilidade e estabilidade, pois são usados em aplicações críticas onde falhas podem ter consequências graves, como em dispositivos médicos ou sistemas aeroespaciais.
7. Longa Vida Útil: Sistemas embebidos geralmente são esperados para ter uma longa vida útil, podendo precisar operar por muitos anos sem mudanças ou atualizações significativas.

Exemplos de sistemas embebidos podem ser encontrados em diversos domínios, incluindo eletrônicos de consumo (smartphones, câmeras digitais), automotivo (unidades de controle de motor, sistemas de entretenimento), automação industrial (CLPs – Controladores Lógicos Programáveis), saúde (dispositivos médicos, sistemas de monitoramento de pacientes) e muitos outros campos.

Em resumo, um sistema embebido é um sistema computacional especializado projetado para realizar funções específicas dentro de um contexto maior, enfatizando confiabilidade, operação em tempo real e otimização de recursos.

Quando utilizar diagramas de implantação:

1. Requisitos de Integração: Determine quais sistemas existentes o sistema recém-introduzido precisa interagir ou se integrar. Diagramas de implantação ajudam a visualizar essas interações.
2. Robustez do Sistema: Avalie os requisitos de robustez, incluindo se a redundância em hardware é necessária para garantir a disponibilidade do sistema em caso de falha.
3. Interessados do Sistema: Identifique quem e quais entidades se conectarão ou interagirão com o sistema, e defina os métodos de interação.
4. Middleware e Protocolos: Especifique o middleware, sistema operacional e protocolos de comunicação que o sistema utilizará para comunicação e transferência de dados.
5. Interação do Usuário: Esclareça quais componentes de hardware e software os usuários irão interagir diretamente, como PCs, computadores de rede ou navegadores web.
6. Monitoramento do Sistema: Determine como o sistema será monitorado após a implantação para garantir sua saúde e desempenho.
7. Medidas de Segurança: Defina o nível de segurança necessário para o sistema, incluindo a necessidade de firewalls, hardware fisicamente seguro ou outras mecanismos de segurança.

Propósito dos Diagramas de Implantação:

1. Representação Estrutural: Diagramas de implantação fornecem uma representação visual da estrutura em tempo de execução de um sistema, ilustrando os elementos de hardware usados e suas interconexões.
2. Modelagem de Hardware e Comunicação: Eles modelam componentes físicos de hardware e os caminhos de comunicação existentes entre eles, auxiliando na compreensão da arquitetura do sistema.
3. Ferramenta de Planejamento: Diagramas de implantação auxiliam no planejamento da arquitetura de um sistema, ajudando os interessados a tomarem decisões informadas sobre a alocação de hardware e software.
4. Documentação: São valiosos para documentar a implantação de componentes de software ou nós dentro de um sistema, auxiliando na documentação e comunicação do sistema.

Como modelar um sistema embarcado com diagrama de implantação UML

Criar um sistema embarcado apresenta desafios que vão além do simples desenvolvimento de software. Envolve a gestão intricada do mundo físico, repleto de partes móveis suscetíveis a desgaste e desgaste, comportamento de sinal errático e características não lineares. Ao elaborar um modelo para tal sistema, é necessário considerar sua interação com o mundo tangível, exigindo reflexão sobre dispositivos e nós incomuns.

Diagramas de implantação servem como ferramentas inestimáveis para promover uma comunicação eficaz entre engenheiros de hardware e desenvolvedores de software envolvidos no seu projeto. Ao utilizar nós que possuem semelhanças estereotipadas com dispositivos familiares, você pode construir diagramas que ressoam com ambos os grupos. Esses diagramas de implantação também desempenham um papel fundamental na discussão sobre a interação entre hardware e software. Eles servem como meio para visualizar, articular, construir e documentar as inúmeras decisões de engenharia que sustentam seu sistema.

Para modelar um sistema embarcado de forma eficaz, siga estas etapas:

1. Identifique os dispositivos e nós únicos específicos do seu sistema.
2. Utilize os recursos de extensibilidade do UML para criar estereótipos específicos do sistema com ícones correspondentes, especialmente para dispositivos incomuns. Em um nível mínimo, diferencie entre processadores (que abrigam componentes de software) e dispositivos (que, a este nível de abstração, não possuem integração direta com software).
3. Construa um diagrama de implantação para delinear as relações entre esses processadores e dispositivos. Da mesma forma, especifique a conexão entre os componentes na perspectiva de implementação do seu sistema e os nós na perspectiva de implantação do seu sistema.
4. Conforme necessário, aprofunde-se em quaisquer dispositivos inteligentes ao desenvolver um diagrama de implantação mais detalhado.

Por exemplo, considere a configuração de hardware ilustrada na figura abaixo, que mostra um robô autônomo básico. Nesta ilustração, você encontrará um único nó, estereotipado como um processador, denominado placa-mãe Pentium. Ao redor desse nó estão oito dispositivos, cada um rotulado como um “dispositivo” e representado com um ícone que fornece uma representação visual distinta que reflete seu correspondente no mundo real.