Curso de Sistemas Embarcados

Aula 1 • Visão Geral da Cadeia de Ferramentas de Desenvolvimento

Apresenta cross-compiladores, linkeditores, depuradores e programadores flash. Os alunos configuram uma cadeia de ferramentas básica para compilar e executar seu primeiro programa.

Aula 2 • Componentes Essenciais de Hardware

Analisa microcontroladores, processadores, tipos de memória e periféricos. Fornece o vocabulário de hardware necessário para todos os capítulos subsequentes.

Aula 3 • Restrições e Compensações em Sistemas Embarcados

Analisa as restrições de energia, memória, latência e custo que moldam as decisões de projeto. Enquadra as compensações de engenharia revisitadas ao longo do curso.

Aula 4 • Definição de Sistemas Embarcados

Contrasta sistemas embarcados com computação desktop usando exemplos do mundo real. Ancora o capítulo estabelecendo o escopo e a filosofia de projeto.

Aula 1 • Máquinas de Estado e Controle de Fluxo

Implementa máquinas de estado finito usando enums e comandos switch para firmware orientado a eventos. Fornece uma alternativa escalável a condicionais aninhados.

Aula 2 • Qualificadores Volatile, Const e Restrict

Explica as interações da otimização do compilador com variáveis mapeadas em hardware. Os alunos aplicam os qualificadores corretamente para prevenir erros sutis de concorrência e otimização.

Aula 3 • Ponteiros e Gerenciamento de Memória

Aborda aritmética de ponteiros, ponteiros para funções e estratégias de alocação estática de memória. Evita as armadilhas da alocação dinâmica em firmware crítico para a segurança.

Aula 4 • Tipos de Largura Fixa e Manipulação de Bits

Usa tipos stdint.h e operadores bitwise para escrever código portável a nível de registrador. Elimina a ambiguidade de tamanho de tipos comum em erros de sistemas embarcados.

Aula 1 • Interrupções e Tratamento de Exceções

Aborda vetores de interrupção, níveis de prioridade e regras de projeto de ISR. Os alunos substituem laços de polling por E/S orientada a interrupções para ganhar eficiência.

Aula 2 • Fundamentos de Arquitetura de CPU

Aborda estágios de pipeline, conjuntos de instruções e bancos de registradores de núcleos embarcados comuns. Conecta o conhecimento de arquitetura à escrita de código eficiente de baixo nível.

Aula 3 • Arquitetura e Mapeamento de Memória

Explica E/S mapeada em memória, espaços de endereço e alocação de pilha vs. heap. Prepara os alunos para ler datasheets e escrever código correto de acesso a periféricos.

Aula 4 • Interfaces Analógicas: ADC e DAC

Explica amostragem do ADC, resolução, tensões de referência e saída do DAC. Os alunos leem tensões de sensores e geram sinais analógicos sob controle de software.

Aula 5 • Controle de GPIO e E/S Digital

Ensina a configuração de GPIO a nível de registrador para funções de entrada, saída e alternativas. Os alunos implementam exercícios de controle de LED e debounce de botões.

Aula 1 • Comunicação Serial UART

Configura taxa de transmissão, framing e controle de fluxo para links UART. Os alunos implementam uma interface de linha de comando em um terminal serial.

Aula 2 • Seleção e Depuração de Protocolos

Orienta a escolha do protocolo com base em velocidade, distância, número de nós e custo. Os alunos usam analisadores lógicos e osciloscópios para decodificar e depurar o tráfego do barramento.

Aula 3 • Fundamentos do Barramento CAN

Apresenta a estrutura do quadro CAN, arbitragem, detecção de erros e topologia de barramento. Prepara os alunos para o trabalho com protocolos automotivos e industriais.

Aula 4 • Protocolo de Barramento I2C

Explica endereçamento I2C, ACK/NACK, clock stretching e arbitragem multi-mestre. Os alunos leem dados de sensores de dispositivos I2C usando mapas de registradores.

Aula 1 • Criação e Gerenciamento de Tarefas

Cria, suspende, retoma e exclui tarefas usando APIs de RTOS. Os alunos constroem uma aplicação multitarefa com tarefas independentes de sensor e exibição.

Aula 2 • Conceitos de RTOS e Escalonamento

Define tarefas, escalonadores, preempção e troca de contexto. Contrasta o projeto baseado em RTOS com a abordagem super-loop bare-metal.

Aula 3 • Temporizadores de RTOS e Gerenciamento de Energia

Configura temporizadores de software e modos ociosos tickless para reduzir o consumo de energia. Integra o temporizador do RTOS com estados de baixo consumo de hardware.

Aula 4 • Comunicação entre Tarefas

Usa filas, mailboxes e flags de evento para passar dados entre tarefas com segurança. Elimina o compartilhamento de variáveis globais que causa condições de corrida.

Aula 1 • Otimização de Energia de Periféricos

Habilita e desabilita periféricos sob demanda para eliminar corrente ociosa. Aplica duty-cycling a sensores, rádios e displays.

Aula 2 • Modos de Sleep e Baixo Consumo

Configura modos sleep, deep sleep e standby com fontes de wake-up apropriadas. Os alunos medem a economia de energia em cada transição de modo.

Aula 3 • Escalonamento de Clock e Tensão

Reduz a energia ativa diminuindo dinamicamente a frequência da CPU e a tensão de alimentação. Os alunos implementam políticas de DVFS vinculadas à demanda de carga de trabalho.

Aula 4 • Fundamentos do Consumo de Energia

Decompõe os componentes dinâmico, estático e de periféricos da energia. Estabelece uma linha de base de medição antes do início da otimização.

Aula 1 • Cenário de Ameaças em Sistemas Embarcados

Catalogua vetores de ataque físico, de firmware e de rede direcionados a dispositivos embarcados. Motiva o investimento em segurança com estudos de caso de violações do mundo real.

Aula 2 • Canais de Comunicação Seguros

Configura TLS e DTLS em pilhas embarcadas para links autenticados e criptografados. Gerencia certificados e chaves de sessão dentro das restrições de memória.

Aula 3 • Boot Seguro e Integridade do Firmware

Implementa uma cadeia de confiança do bootloader ROM até o firmware da aplicação. Os alunos assinam imagens de firmware e verificam as assinaturas no momento do boot.

Aula 4 • Atualização Segura de Firmware (OTA)

Projeta um pipeline de atualização over-the-air à prova de falhas com proteção contra rollback. Os alunos implementam um esquema de atualização flash de banco duplo com verificações de assinatura.

Aula 1 • Técnicas e Ferramentas de Depuração

Usa depuradores JTAG/SWD, buffers de trace e logging estilo printf para isolar falhas. Constrói habilidades sistemáticas de localização de falhas aplicáveis a qualquer plataforma embarcada.

Aula 2 • Estratégias de Implantação e Atualização em Campo

Planeja a gravação em produção, diagnósticos de campo e implantação de atualizações OTA para dispositivos em campo. Aborda o gerenciamento de frota e o rastreamento de versões em escala.

Aula 3 • Análise Estática e Qualidade de Código

Executa analisadores estáticos e aplica padrões de codificação para prevenir defeitos antes da execução. Integra portões de qualidade no pipeline de build.

Aula 4 • Teste Hardware-in-the-Loop

Conecta hardware real a scripts de teste automatizados para validar o comportamento temporal e de periféricos. Captura erros de integração que os testes de unidade não conseguem detectar.