Sistemas empotrados

En esta materia se introducen los conceptos básicos de los sistemas empotrados orientados a aplicaciones IoT. Se analizan tanto desde el punto hardware, utilizando como ejemplo la arquitectura ESP32 de Espressif, como desde el software mediante el estudio de un entorno concreto de trabajo.
La materia tiene un carácter eminentemente práctico

Tema:
Introducción a los sistemas empotrados:
- Arquitecturas de sistemas empotrados para IoT.
- Microcontrolador ESP32.
- Sistema operativo FreeRTOS.
- Entornos de desarrollo de aplicaciones.

Arquitectura del microcontrolador ESP32:
- Estructura interna.
- Gestión de memoria.
- Periféricos básicos.
- Sistema de interrupciones.
- Comunicación y conexión con circuitos externos, sensores y actuadores.

Sistemas RTOS:
- Aspectos básicos: tareas, manejo de memoria, colas, semáforos.
- Uso del ESP32 con FreeRTOS.

Modos de bajo consumo:
- Modos de bajo consumo del ESP32.
- Evaluación del rendimiento y del consumo total.

Prácticas de laboratorio:
- Introducción al uso del ESP32 y del entorno de diseño y depuración.
- Diseño de un sistema empotrado para aplicaciones IoT.

Bibliografía básica:
Espressif Systems, ESP32-S3 Technical Reference Manual, Version 1.5, 2024

Resultados de Formación y Aprendizaje:
- B5 CNC5: Reconocer la estructura de sistemas IoT empotrados.
- C5 HBL5: Desarrollar sistemas empotrados para aplicaciones IoT.
- C12 HBL12: Aplicar los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y mulitidisciplinares, siendo capaces de integrar conocimientos.
- D4 CMP4: Evaluar el funcionamiento de sistemas electrónicos embebidos IoT.

Resultados previstos para la materia:
- Conocer las arquitecturas básicas de los sistemas empotrados utilizados en aplicaciones IoT: B5.
- Saber conectar sensores y actuadores al núcleo de un sistema empotrado: B5, C5, C12, D4.
- Conocer conceptos asociados al almacenamiento de datos en sistema IoT: B5, C5.
- Saber diseñar sistemas empotrados basados en microcontrolador (familia ESP32): B5, C5, C12.
- Saber analizar el rendimiento y consumo global de un sistema empotrado: D4.
- Conocer el concepto de sistema operativo en tiempo real: B5, C5, C12.
- Saber diseñar un sistema empotrado que realice tareas en tiempo real: B5, C5, C12, D4.

- Lección magistral: El profesorado expone los contenidos teóricos de la materia favoreciendo la discusión crítica y la participación del estudiantado. Como tarea previa, la documentación de cada sesión estará disponible en la página web de la materia y se espera que el estudiantado asista a clase habiéndola leído previamente. En estas sesiones se trabajan las competencias B5 y C12.

- Prácticas de laboratorio: En las sesiones de laboratorio el estudiantado aplica los métodos de diseño descritos en las sesiones magistrales. Todas las sesiones son guiadas y supervisadas por el profesorado. En las sesiones de laboratorio se trabajan las competencias B5, C5 y C12.

- Trabajo tutelado: Esta actividad se centra en aplicar las técnicas descritas en las sesiones de teoría y habilidades desarrolladas en el laboratorio a la realización de un proyecto. El estudiantado debe llegar a soluciones bien fundamentadas, escogiendo los métodos de diseño más adecuados. Mediante los proyectos se trabajan las competencias B5, C5, C12 y D4.

- Prácticas de laboratorio: Estas pruebas se realizan durante las sesiones de prácticas de laboratorio. La evaluación de las tareas indicadas en el guión de cada práctica representan el 30% de la calificación final. Se evalúan las competencias: B5, C5, C12, D4.

- Trabajo tutelado: El estudiantado realizará un proyecto en el que desarrollará las habilidades adquiridas durante las sesiones magistrales y las prácticas de laboratorio. El proyecto se centra en el diseño e implementación de un sistema empotrado para una aplicación específica y representa el 40 % de la nota final de la materia. Se evalúan las competencias: B5, C5, C12, D4.

- Informe de prácticas, prácticum y prácticas externas: El alumnado debe realizar un informe por cada sesión práctica en el que se
describan las soluciones realizadas, las metodologías empleadas y se analicen los resultados obtenidos. Esta actividad representa el 30% de la calificación final. Se evalúan las competencias: B5, C5, D4.

HA: horas en clase, HFA: horas fuera de clase, HT: horas totales.

- Lección magistral: 18 HA + 18 HFA = 36 HT.
- Prácticas de laboratorio: 12 HA + 30 HFA = 42 HT.
- Trabajo tutelado: 6 HA + 18.5 HFA = 24.5 HT.
- Informe de prácticas, prácticum y prácticas externas: 0 HA + 10 HFA = 10 HT.

Se recomienda cursar simultáneamente la materia: Dispositivos IoT (V05M200V01101)

Observaciones sobre la evaluación.

La materia puede ser superada con la nota máxima mediante evaluación continua (EC) o evaluación global (EG). Ambos métodos de evaluación son excluyentes. El/la estudiante que asista a más de 2 sesiones de laboratorio se considera que opta por la evaluación continua. No obstante, aquellos/as que deseen renunciar a la evaluación continua, podrán hacerlo en un plazo máximo de un mes antes de la finalización del cuatrimestre.

1. Evaluación continua
El alumnado que opte por la modalidad de EC tendrá dos oportunidades de evaluación, la oportunidad ordinaria al finalizar el bimestre y la extraordinaria al finalizar el curso.

1.1 Oportunidad ordinaria de EC:
La oportunidad ordinaria consta de un conjunto de pruebas que se realizarán a lo largo del bimestre. Las fechas de todas las pruebas se publicarán en un calendario compartido y estarán disponible al inicio del cuatrimestre. El peso y el contenido
de las pruebas es el siguiente:

Prácticas de laboratorio (NPrac):
- El estudiantado debe implementar de forma correcta los sistemas descritos en los guiones de las prácticas. La calificación depende de estos resultados.
- Puede ser realizado de forma individual o en grupos de 2 o más estudiantes. En este último caso, todos los estudiantes que asistan a la práctica tendrán la misma nota NPrac.
- Las prácticas tienen carácter obligatorio. El estudiantado debe asistir, al menos, al 80% de las sesiones de prácticas.
- La nota NPrac se calcula como la media de las notas obtenidas en cada práctica.

Informe de prácticas (NInf):
- El estudiantado debe entregar el informe de resultados correspondiente a cada práctica de laboratorio.
- Este informe sólo se puede entregar si el/la alumno/a ha asistido y ha realizado la práctica.
- En caso de que la práctica haya sido realizada en grupo de 2 o más estudiantes, la nota NInf del informe será la misma para todos los integrantes del grupo que asistieron a la práctica y la realizaron.
- La nota NInf se calcula como la media de las notas obtenidas en cada informe.

Proyecto (trabajo tutelado) (NPro):
- El alumnado realizará un proyecto en el que diseñará un sistema empotrado orientado a una aplicación IoT.
- Este proyecto se realizará de forma autónoma por el estudiantado con tutorización del profesorado responsable.
- Puede ser realizado de forma individual o en grupos de 2 o más estudiantes.

Calificación final de evaluación continua (Final_EC): La calificación final de la EC ordinaria se obtiene de la siguiente forma.
- Final_EC = (NPrac*0.3 + NInf*0.3 + NPro*0.4) si NPrac, NInf y NPro son mayores o iguales a 4 y Final_EC es mayor o igual a
5.
- Final_EC = min [(NPrac*0.3 + NInf*0.3 + NPro*0.4), 4.9], en cualquier otro caso.


1.2 Oportunidad extraordinaria de evaluación continua:
El estudiantado que no supere una o más de las pruebas de la evaluación continua en la oportunidad ordinaria puede recuperar las siguientes partes en la oportunidad extraordinaria:

- Puede completar su proyecto y esta nota reemplaza a la anterior (NPro).
- Puede realizar un examen práctico (NExam) y esta nota reemplaza a las anteriores (NPrac y NInf).

La calificación final de la EC extraordinaria se obtiene de la siguiente forma:
- Final_EC = (NExam*0.6 + NPro*0.4) si NExam y NPro son mayores o iguales a 4 y Final_EC es mayor o igual a 5.
- Final_EC = min [(NExam*0.6 + NPro*0.4), 4.9], en cualquier otro caso.


2. Evaluación global (EG)
Al igual que la evaluación continua, el alumnado que opte por evaluación global tendrá dos oportunidades de evaluación, ordinaria y extraordinaria. En ambos casos constará de las siguientes pruebas:

- Un examen práctico con un grado de complejidad similar al de las prácticas de laboratorio realizadas durante el curso. Mediante este examen se evalúan los contenidos teóricos y prácticos de la asignatura. El peso de esta evaluación representa el 60% de la nota final (NExam).
- Un proyecto individual con los mismos objetivos y complejidad que el proyecto realizado en la evaluación continua.
Este proyecto representa el 40% de la nota final (NPro).

Calificación final de evaluación global (Final_EG): La nota final (Final_EG) se obtiene de la siguiente manera.
- Final_EG = (NExam*0.6 + NPro*0.4) si NExam y NPro son mayores o iguales a 4 y Final_EG es mayor o igual a 5.
- Final_EG = min [(NExam*0.6 + NPro*0.4), 4.9], en cualquier otro caso.


3. Otros comentarios
- El estudiantado podrá redactar sus informes, trabajos, exámenes o presentaciones en castellano, gallego o inglés.
- Las notas obtenidas en la evaluación continua o global solo son válidas para el curso académico actual.
- En caso de detección de plagio en cualquiera de las pruebas/trabajos, la calificación final de la asignatura será de SUSPENSO (0) y el hecho será comunicado a la dirección del Centro para los efectos oportunos.