Sistemas embebidos sin respaldo educativo FINAL

 Estado de la formación en sistemas embebidos
¿Se pueden crear sin respaldo educativo y sin
vinculación empresarial?
Dr. Juan Carlos Téllez Mosqueda1
[email protected]
Número 01
Julio de 2012
1
Para la elaboración de este documento se contó con la colaboración de: M. en C. Raymundo R. García Ruiz,
Ing. Víctor Méndez Becerril y Mtra. Patricia Ávila Muñoz; y de los valiosos comentarios de: Dr. Ramón
Reyes Carrión, Mtro. Mario A. Alvarado Padilla, Lic. Jorge Eduardo Pi Orozco, Físico Juan Manuel González
Portes y Dr. Jorge Luis Rojas Arce.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 1 Los cuadernos de trabajo presentan resultados de investigaciones preliminares, que ofrecen
algún tipo de información o interpretación relevante dentro de una problemática específica
y permiten que los autores reciban comentarios sobre el texto. Su propósito es contribuir al
debate informando sobre diversos temas relacionados con las tecnologías de información y
comunicación, campo de atención del INFOTEC.
Las opiniones vertidas en el documento, el estilo y la redacción son de exclusiva
responsabilidad de sus autores. Los comentarios sobre el contenido deberán hacerse llegar
directamente a los mismos.
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2 Contenido
Resumen
5
Introducción
5
1. Recordatorio técnico de sistemas embebidos
6
2. Importancia de los sistemas embebidos y la formación de recursos
humanos
3. Empresas de componentes de sistemas embebidos
11
4. Principales tecnologías y áreas de aplicación
14
5. Nuevos requerimientos del proceso de formación en sistemas embebidos
16
6. Revisión preliminar de algunos programas curriculares
19
7. Oferta educativa inicial
29
8. Demanda potencial del posgrado en sistemas embebidos
32
9. Desarrollo y diseño curricular de sistemas embebidos
35
10. Reflexiones finales.
13
38
Anexos:
1. Circuitos integrados y semiconductores
43
2. Producción de circuitos integrados (chips)
39
3. Mapa conceptual de un sistema embebido
49
4. Características técnicas y componentes de un sistema embebido
51
5. Áreas de aplicación
53
6. Conocimientos de física en carreras afines
59
7. Catálogo de codificación de carreras, según el Instituto Nacional
de Estadística, Geografía e Informática.
8. Categorías, criterios y sub-criterios alineados al PNPC.
61
63
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 3 4 Estado de la formación en sistemas embebidos
¿Se pueden crear sin respaldo educativo y sin vinculación
empresarial?
Resumen
Los sistemas embebidos desempeñan un papel cada vez más relevante en nuestro quehacer
cotidiano, pues contribuyen a elevar la productividad y competitividad, en un mundo cada vez
más globalizado. La complejidad de su diseño, desarrollo e implementación, tanto en
hardware como en software, hace que el sector productivo demande mayores recursos
humanos con un perfil altamente especializado. Por ello, diversas instituciones educativas se
han dado a la tarea de atender esa demanda, que sin duda requiere la participación activa de la
industria. El objetivo del presente trabajo es identificar el estado del arte de la formación en
sistemas embebidos para conformar un posgrado, con un alto contenido teórico-práctico.
Palabras clave: Formación en sistemas embebidos, software embebido, hardware embebido.
Introducción
Ante el interés de la industria de Jalisco para seguir contando con recursos humanos en
materia de sistemas embebidos, y dada la creciente importancia que desempeñan los
dispositivos electrónicos en la modernización de procesos y en la fabricación de productos
innovadores, el Fondo de Información y Documentación para la Industria (Infotec) y el
Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología de Jalisco (Coecytjal) se han dado a la tarea de
iniciar los trabajos para la construcción de un posgrado en sistemas embebidos.
El objetivo es identificar el estado del arte de la formación en sistemas embebidos que
permita delinear el mejor curso de acción para desarrollar y diseñar el currículo para este
posgrado. El documento busca proporcionar elementos iniciales para facilitar este proceso y
perfilar los requerimientos logísticos necesarios para operar el posgrado en la materia. Las
preguntas claves a resolver son: ¿qué tipo de formación en sistemas embebidos se requiere
y a quién se deben proporcionar los estudios para aumentar la oferta de especialistas? Un
reto del proceso curricular es identificar las necesidades de formación que se requieren a lo
largo del encadenamiento productivo que no se están satisfaciendo en forma suficiente,
junto con el apoyo del sector productivo.
Un buen currículo es un elemento clave para la formación con calidad y pertinencia, así
como para obtener el registro ante la Secretaria de Educación Pública del posgrado en
sistemas embebidos, y aspirar a la acreditación como programa de calidad del Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).
Esta iniciativa considera que en la formación tecnológica es fundamental la vinculación
entre la industria y las instituciones educativas. Entre otras razones, para mantener
actualizados los contenidos de manera pertinente, sobretodo en un sector tan dinámico de
avances técnicos; para contar con la experiencia de especialistas para el proceso de
enseñanza, y para poder realizar las prácticas profesionales en equipos y laboratorios
similares a la industria de alta tecnología. También reconoce los avances desarrollados por
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 5 el Centro de Investigación y Estudios Avanzados Unidad Guadalajara (Cinvestav
Guadalajara) y el Coecytjal en los cursos del Programa Avanzado de Diseño de Tecnología
de Semiconductores (PADT), los cuales tienen que revisarse para conocer el tipo de
formación, sus costos y las áreas de oportunidad para incrementar la oferta de egresados.
Entre los principales aspectos que se identificaron en este esfuerzo de recopilación de
información se encuentran la importancia que diferentes países están otorgando a este tipo
de formación; la necesidad de modificar los programas curriculares para responder a los
retos que demanda la industria; la dotación de suficientes competencias técnicas a los
ingenieros vinculados en la materia; y el requerimiento de desarrollar sus capacidades tanto
de actualización a lo largo de la vida, por el alto grado de obsolescencia técnica; y el
descuido de la formación básica y la necesidad de fortalecer sus habilidades denominadas
suaves (soft skill).
El documento está integrado por diez apartados: en el primero, se desarrolla un breve
recordatorio técnico de los sistemas embebidos y sus distintas fases; el segundo, explica la
importancia de los sistemas embebidos y la formación de recursos humanos; el tercero
describe, a grandes rasgos, cuales son las empresas que fabrican los principales
componentes para los sistemas embebidos; en el cuarto, se señalan las principales
tecnologías y áreas de aplicación; el quinto, muestra los nuevos requerimientos del proceso
de formación en sistemas embebidos; en el sexto, se realiza una revisión preliminar de
algunos programas curriculares; el séptimo, identifica la oferta educativa inicial,
principalmente nacional; en el octavo se expone brevemente información sobre la demanda
potencial de un posgrado en sistemas embebidos; en el noveno se explica el proceso de
desarrollo y diseño curricular que se tendrá que elaborar; en el décimo se proponen los
pasos a seguir para concretar el desarrollo y diseño; y finalmente, en el décimo primero se
plantean algunos cuestionamientos iniciales para desarrollar el proceso de desarrollo y
diseño.
1. Recordatorio técnico de sistemas embebidos2
Este apartado de sistemas embebidos se elabora a manera de recordatorio para las personas
no técnicas en la materia, junto con el anexo 1 Circuitos integrados y semiconductores;
anexo 2 Producción de los circuitos integrados; anexo 3 Mapa conceptual de un sistema
embebido; y anexo 4 Características técnicas y componentes de un sistema embebido. Por
lo cual, las personas expertas pueden obviar su lectura.
1.1 ¿Qué son los sistemas embebidos?
Los sistemas embebidos están diseñados para realizar una o pocas funciones específicas
dedicadas a operar en tiempo real. También están optimizados para resolver un problema
concreto interactuando continuamente con el entorno, a fin de ayudar a controlar algún
proceso mediante sensores. Se encuentran en todo tipo de artefactos donde el usuario
percibe cierta “inteligencia”. Integran electrónica y programación con independencia del
2
Este apartado está elaborado con base en Lira, Raymundo. Perfil emergente Ingeniería de sistemas
embebidos,
Documento
de
trabajo,
Impulsa-TI,
México,
http://www.nobelprize.org,
http://www.intel.com/p/en_US/embedded y http://www.intel.com/education/highered/embedded/Lectures.htm
6 usuario, el cual no debe tener interacción con el sistema, ya que funciona de manera
automática.
Aunque estos sistemas se asemejan a una computadora sin teclado ni pantalla, su
programación electrónica se diseña para ser utilizados en soluciones de usos muy diferentes
y especializados. Son pequeños sistemas. En la memoria reside el programa destinado a
gobernar una aplicación determinada, sus entradas y salidas son la conexión con los
sensores o activadores del dispositivo a controlar.
Se puede decir que es un ordenador especializado que se construye de forma singular
con las siguientes características: da respuesta a una solución óptima de tareas a resolver;
realiza tareas relativamente más sencillas; está instalado dentro de un sistema anfitrión
como una “pieza” adicional; está dotado de los módulos estrictamente indispensables para
desarrollar la función encomendada a fin de reducir su costo; y logra generar un valor
agregado en los productos donde se incorpora.
En general, los sistemas embebidos comprenden la fabricación del hardware y software
de manera específica para desarrollar el producto y su aplicación. Bajo un diseño general se
pueden conformar en paralelo ambos aspectos. El diseño del hardware se realiza en los
circuitos integrados o con una interconexión con una placa de circuito impreso (PCB por
sus siglas en ingles printed circuit board)3, buscando la menor circuitería y el menor
tamaño. Los sistemas embebidos trabajan en una gama de hardware que va desde los 8
hasta los 64 bits. En cuanto al software para el desarrollo, se utilizan normalmente
lenguajes de programación optimizados para sistemas embebidos, lenguaje ensamblador o
compiladores. Con ellos se crean los distintos componentes en diversas capas, como el
firmware del sistema embebido.4
3Una placa de circuito impreso o placa de cableado grabado se utiliza para soportar mecánicamente y
conectar eléctricamente componentes electrónicos usando vías o pistas de señales grabadas en hojas
laminadas de cobre.
4
El firmware se refiere al código contenido en una memoria de lectura que establece la lógica que controla los
circuitos electrónicos de un dispositivo. El concepto representa el límite de la frontera entre hardware y
software, y se ha ampliado para explicar cualquier instrucción incluida en ROM o contenido programable de
un dispositivo de hardware (cargadores de arranque, código máquina para un procesador, instrucciones de
máquina del procesador para el BIOS, configuraciones y datos para los circuitos).
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 7 Capas de desarrollo de sistemas embebidos
Para desarrollar los sistemas embebidos en general existe una amplia gama de
plataformas de hardware y herramientas de software. Predominan las tecnologías
propietarias de software de desarrollo, pero ya existen código abierto y herramientas libres
que corren en plataformas Unix/Linux. No todos los sistemas embebidos requieren de
sistemas operativos.
Un microprocesador, junto con otros componentes puede conformar un sistema
embebido mayor. Cabe aclarar que existe una línea difusa entre microprocesador,
microcontrolador y microcomputadora.
La programación de los sistemas embebidos se realiza directamente en lenguaje
ensamblador. Se utilizan compiladores de lenguaje C, C++, C#, Ada, Forth, y
recientemente Java, si el factor crítico no es el tiempo de respuesta.5
Actualmente existe una tendencia que los sistemas embebidos vayan ocupando una
funcionalidad que anteriormente era exclusiva del software, un ejemplo se ha visto en las
telecomunicaciones, con los "switches" de red, donde el IOS (sistema operativo) se ha ido
liberando de funciones, tales como compresión, encriptado, respuesta a fallas, y algunos
aspectos de seguridad, las cuales se realizan ahora con mayor velocidad en micro circuitos
y no puramente en software.
1.2 Fases en el desarrollo de un sistema embebido.
De manera simplificada las fases en el desarrollo de un sistema embebido considera el
diseño inicial; el diseño del hardware y software; los prototipos de cada uno; pruebas y
depuración; la integración de prototipos; y el producto final.
5
La opinión sobre Java se basa en Robert Dewar. Pueden existir opiniones contrarias sobre el avance del uso
de Java ver http://icpc.informatik.uni-erlangen.de/swerc2008/Java_vs_Cpp.pdf
8 Fases de un sistema embebido
§
§
Diseño inicial del sistema. Incluye toda una serie de tareas para la elaboración de
un esquema eléctrico del sistema y en un diseño de necesidades de software. El
diseño se realiza mediante unos diagramas llamados esquemas, los cuales a su vez
pueden realizarse con herramientas de software de diseño asistido por computadora
(CAD por sus siglas en inglés computer aided design), tales como Orcad, Altium o
VeriBest de Intergraph.
A partir del esquema y de la forma física de cada uno de los componentes que
intervienen, se elabora un diseño hardware. Esta tarea incluye el posicionamiento
de cada uno de los componentes y el ruteado de las pistas de cobre que realizarán
las necesarias interconexiones entre los pines de los componentes, generando un
prototipo de placa de circuito impreso, sobre el que se realiza el montaje o
ensamblado de todos y cada uno de los dispositivos mediante el procedimiento más
adecuado. Termina en un prototipo hardware.
El núcleo se puede conformar con componentes diversos: microprocesadores,
microcontroladores, procesador digital de señales (DSP, digital signal processor);
diseño a medida “custom”, tales como dispositivos FPGA (field programmable gate
array) o arreglo de compuertas programables en campo, circuitos integrados de
aplicación específica (ASIC).6
6
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales
de una computadora: microprocesador (CPU), memoria y unidades de E/S (entrada/salida), es decir, se trata
de una computadora completa en un solo circuito.
Un DSP es un sistema para operaciones numéricas a muy alta velocidad, especialmente útil para el
procesado y representación de señales analógicas en tiempo real, que puede trabajar con datos en paralelo y
un diseño e instrucciones específicas. Como todo sistema basado en procesador programable necesita una
memoria donde almacenar los datos con los que trabajará y el programa que ejecuta, característica peculiar
que lo distingue de otro tipo de procesadores.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 9 §
§
§
El desarrollo del prototipo de software es mediante la programación inicial del
micro o de los micros que formen parte del sistema. El software puede ser probado
sobre el prototipo hardware o bien mediante un emulador hardware o software. En
este caso la calidad del software (a diferencia de la calidad de hardware), muestra
una fuerte dependencia de los programadores.
No se dispone de recursos ilimitados, la cantidad de memoria será escasa, la
capacidad de cálculo y dispositivos externos serán limitados. En muchos casos el
tiempo será un factor crucial, por lo que se requerirá de un sistema operativo en
tiempo real.
En otros casos el empleo de un sistema operativo determinado dependerá del
sistema a desarrollar y es una de las principales decisiones que se habrá que tomar
en la fase de diseño del sistema. Así, en el caso de decidirse por el empleo de
microcontroladores y DSP, por lo general no se usará sistema operativo mientras
que si se emplea algún micro del tipo ARM, PowerPC, Intel X86, etc. si llevará.
Integración hardware/software. Es mediante el volcado o programación en el
circuito de los micros. Se dispondrá así del primer prototipo listo para proceder a su
prueba y depuración.
Pruebas y depuración del software y hardware. Con el empleo de prototipos, si
se detectan posibles errores en el hardware será necesario proceder a rediseñar la
placa y volver a comenzar el proceso (proceso recursivo). Si los errores son de
software, el proceso es similar, solo que menos costoso en cuanto a materiales que
no en cuanto a horas de ingeniería.
Un FPGA es un dispositivo semiconductor que puede ser programado después de su fabricación. En
lugar de limitarse a una función de hardware predeterminada, un FPGA permite a las características del
programa de productos y funciones, adaptarse a las nuevas normas, y reconfigurar el hardware para
aplicaciones específicas, incluso después de que el producto ha sido instalado en el campo, de ahí el nombre
de "programable en campo". La programación de circuitos en campo facilita los procesos de fabricación y
actualización del producto. La ventaja de ésta tecnología es que su flexibilidad va más allá de la
reprogramación del software de control ofrecida por los microprocesadores: permite la reconfiguración total
del hardware y software contenido en el dispositivo, lo que en el caso extremo puede incluir también el tipo y
arquitectura del procesador.
Contrario a los microprocesadores donde la arquitectura es cerrada, los recursos están previamente
definidos, solo se puede hacer uso de las instrucciones desarrolladas por el fabricante y están sujetos a las
leyes de la obsolescencia electrónica; en contraste la tecnología FPGA da libertad al diseñador sobre la
arquitectura, si se necesitan más recursos se puede migrar directamente a dispositivos más grandes sin
modificar el diseño. Lo más importante es que los diseños realizados alrededor de los FPGA se pueden migrar
(portabilidad absoluta) a otros dispositivos FPGA, ya sean de la misma familia, de otra familia, e inclusive de
otros fabricantes, pues la tecnología permite conservar la propiedad intelectual del desarrollo, donde se
encuentra el valor agregado.
De las características más atractivas de estos circuitos es el paralelismo, que es la capacidad de ejecutar
varios procesos de manera concurrente, similar al multiprocesamiento. Así mismo, las estructuras
implementadas en FPGA y dedicadas a un proceso específico pueden realizar más operaciones por unidad de
tiempo que el mismo proceso implementado en un DSP. La conectividad es también una ventaja de los
FPGA, ya que el usuario dispone de un número considerable de terminales entradas y salidas. Debido a la
configurabilidad del FPGA, el diseño de la placa de circuito impreso puede hacerse a la par de la descripción
de la aplicación.
Muchos de los procesadores se engloban dentro de la filosofía CISC (Complex Instruction Set
Computers). También se pueden encontrar en el mercado algunos que operen bajo la filosofía RISC (Reduced
Instruction Set Computers); estos últimos dedicados para aplicaciones concretas como la telefonía móvil.
10 §
Producto final. Tras el resultado satisfactorio en todas las pruebas se conseguirá el
producto final para su producción en serie.
2. Importancia de los sistemas embebidos y la formación de recursos
humanos
La demanda de dispositivos y equipos con sistemas embebidos es creciente porque facilitan
la vida cotidiana y ayudan a realizar procesos en forma automática. Estos sistemas se
encuentran ubicados en casi todos los aparatos electrónicos y eléctricos modernos;
contribuyendo de esta manera a un mayor confort y reducción de tiempo de procesos.
Dichos sistemas requieren estar diseñados para atender estrictos controles de seguridad
y confiabilidad, entre otros factores, por la creciente dependencia que significaría un
apagón digital por múltiples razones, por ejemplo las explosiones electromagnéticas
solares.
La utilización de estos sistemas propicia una mayor productividad y competitividad de
las economías. En ese sentido, su uso ha contribuido notablemente a dar un mayor valor
agregado a los productos o servicios donde se incorporan. Por ejemplo, en el 2008, 20% del
valor de un automóvil producido en Europa era atribuible a la electrónica embebida y se
esperaba que esa proporción oscilara entre 35% y 40% para el 2015. Algunas fuentes
señalan que del total de software que se desarrolla en el mundo, aproximadamente 90%
corresponde a sistemas embebidos.7
Se estima que el mercado global de tecnología embebida tenga un crecimiento anual
compuesto de 7% para los próximos cinco años, y un valor global de 158.6 billones de
dólares en 2015 (en 2010 se estimó en 113 billones de dólares), de los cuales se calcula que
152.4 billones corresponderían al valor del segmento de hardware embebido y 6.1 al
software embebido. 8
7 Ver
Fernando Marín, Diego. Enseñanza de sistemas embebidos. Ingenium, revista de la Facultad de
Ingeniería. Universidad de San Buenaventura-Bogotá, D.C. Año 9, Num. 1, p. 74
8A BBC Research Information Technology Report. Embedded systems: Technology and markets. Jan 2012.
IFT016D Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 11 Perspectivas de ventas 2015 de hardware y software embebidos
Millones de $US
200,000
150,000
100,000
50,000
0
2009
Embedded hardware
2010
2015
Embedded software
Fuente: BBC Research
Existe una clara tendencia de beneficio mutuo entre el desarrollo de las tecnologías de
información y comunicación, y el avance de las diferentes ciencias o disciplinas que las
utilizan. Una sinergia de avances tecnológicos que se apoyan y retroalimentan a una
velocidad pasmosa, generando múltiples beneficios en aplicaciones innovadoras. En este
sentido, los sistemas embebidos desempeñan un papel fundamental para los procesos de
automatización en múltiples áreas de aplicación.
No obstante lo anterior, el uso de sistemas embebidos propicia también la exclusión
social cuando su acceso y desarrollo es limitado, y pone en entre dicho a la nueva economía
de la información, y ni que decir del objetivo de alcanzar una sociedad de la información.
Según algunos autores mientras no se desarrolle una cultura de información esta nueva
arquitectura social estará aún lejos. 9 Peor aún, si no se cuenta con los mecanismos
educativos que puedan acompañar y generalizar el avance tecnológico.
Dadas las exigencias de desempeño de los sistemas embebidos (bajo consumo de
energía, peso, dimensiones, ambientes adversos de operación, situaciones críticas de
seguridad, extrema sensibilidad al costo y dificultad de actualización del software), su
desarrollo requiere de profesionales con un perfil de especialización amplio por la
necesidad de combinar, por un lado conocimiento de software, hardware, redes,
procesamiento de señales y teoría de control y por otro lado habilidades para el diseño de
sistemas de propósito general, optimización de recursos y modelos de negocio. De este
modo vemos que el desarrollo de sistemas embebidos es una actividad multidisciplinaria,
de varias fases y varios objetivos.
Cualquier esfuerzo aislado en el proceso de formación de sistemas embebidos entre la
industria y las instituciones educativas irá en detrimento de la calidad y pertinencia
educativa de los egresados.
9Ver
Cornella, Alfons, ¿Economía de la información o Sociedad de la información?, Esade Barcelona,
España, 1998, p. 9
12 3. Empresas de componentes de sistemas embebidos
Como ya se señaló, el núcleo de un sistema embebido se puede conformar con
componentes diversos como: microprocesadores, microcontroladores, procesador digital de
señales; diseño a medida “custom”, tales como dispositivos FPGA o arreglo de compuertas
programables en campo, circuitos integrados de aplicación específica. Las principales
empresas proveedoras de esos componentes son empresas trasnacionales.
Como productores y proveedores de microprocesadores destacan Intel y AMD, las
cuales poseen más de 90% del mercado mundial, que tiene un valor estimado de 40 billones
de dólares.
Participación en el mercado de microprocesadores
Participación de mercado
2010
2009
Proveedor
Intel
AMD
Otros
81.0%
11.4%
7.5%
80.6%
12.2%
7.1%
Variación
2010 vs 2009
0.4%
-0.8%
0.4%
Fuente: Tomado de http://www.eetimes.com/electronics-news/4214480/MPU-rankings--No-share-changeseen-in-2010
En el mercado de microcontroladores tienen fuerte presencia empresas como Renesas,
Freescale, NEC, Infineon, Fujitsu y Microchip, con una participación conjunta de alrededor
de 60% de los ingresos por ventas mundiales de esos productos (12 billones de dólares).10
En la producción del procesador digital de señales (DSP), Texas Instruments, Inc. en
2009 retuvo su liderazgo en el mercado (con valor aproximado de 4.39 billones de dólares)
con una participación de 48%, seguida por Lucent Technologies con 25.1%, Motorola
11.4% y Analog Devices 10.3%.11
El mercado de los FPGA para 2010 se estimó en 2.75 billones de dólares, teniendo
como principales proveedores a Xilinx y Altera. 12 En una encuesta a diseñadores de
sistemas embebidos realizada por UBM Electronics, en el caso de los FPGA, los
encuestados expresaron que el ecosistema que rodea a un chip (software, herramientas y
soporte) es dos veces más importante que el mismo chip. También señalaron que los
factores más importantes en la elección de un procesador son las herramientas de desarrollo
de software disponibles y el rendimiento del chip.
10
http://www.eetimes.com/electronics-new s/4088197/Report-has-microntrollers-grow-to-12-billion-this-year
http://www.eetimes.com/electronics-news/4107501/TI-Analog-Devices-gain-DSP-market-share
12
http://www.eetimes.com/electronics-news/4060747/FPGA-market-to-pass-2-7-billion-by-10-In-Stat-says
11
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 13 Fuente: http://www.eetimes.com/electronics-news/4370253/What-s-your-embedded-strategy-semiconductors
4. Principales tecnologías y áreas de aplicación
Con el objetivo de desarrollar una visión de futuro de los sistemas embebidos, el
Observatorio de Prospectiva Tecnológica de España elaboró un estudio que muestra las
tendencias tecnológicas en el uso de estos sistemas.13 Un panel de expertos identificó tanto
las principales tendencias como las distintas posibilidades de áreas de aplicación.
Los expertos agruparon las principales tendencias en tres áreas de carácter transversal, a
partir de una síntesis documental de información: el diseño de arquitectura y referencias
estándar; la conectividad y capa intermedia (middleware) entre los servicios de red y las
aplicaciones; y los métodos, herramientas y procesos para el diseño de sistemas. En cada
una de las tendencias se seleccionaron diferentes temáticas cuyas características se pueden
resumir de la siguiente forma:
Diseño de arquitectura y referencias estándar
§
§
Incrementar la confiabilidad (tolerancia a fallas) con arquitectura de sistemas
inteligentes para trabajar en condiciones degradadas para alargar su vida útil.
Generalizar el despliegue de los sistemas operativos y software abiertos que
funcionen en tiempo real.
13Arilla,
Cristina y Arribas, Laura. Tendencias y aplicaciones de los Sistemas Embebidos en España,
estudio de Prospectiva, Fundación OPTI y Fundación ASCAMM, España, 2009.
14 §
§
§
§
§
§
§
Diseñar una gama completa de hardware abierto, con diseño e interfaces abierto y
modificable por el usuario.
Generalizar el uso de arquitectura interoperable.
Implantación del sistema Galileo (desarrollado por la Unión Europea) para ir
supliendo el sistema de posicionamiento global (GPS, global positioning system)
estadounidense.
Desarrollo de interfaces de comunicación humano-máquina para interactuar entre
equipos con sistemas embebidos y su entorno.
Reconocimiento de voz, tanto para traducción como síntesis de voz.
Desarrollo de miniprocesadores (chip) con métodos de autoconfiguración y
autodiagnósticos para su optimización a situaciones diferentes y degradadas.
Instrumentar con el avance de la microelectrónica de los componentes con System
on Chip (SOC) y capacidades de comunicación con Network on Chip, para generar
mayor fiabilidad, mayor rendimiento, menor tamaño, menor consumo y menor
costo.
Conectividad y capa intermedia
§
§
§
§
§
§
§
§
§
Generalización de sistemas de identificación para mantener relaciones biunívocas
con certeza absoluta y privacidad.
Desarrollo de redes ad hoc (Mesh) de integración automática de redes locales,
metropolitanas y banda ancha, que permita generalizar la comunicación en zonas de
baja infraestructura.
Integración automática de redes inalámbricas de corto alcance.
Desarrollar sistemas embebidos con capacidad de plug and play (enchufar y usar)
distribuido, dinámico y adaptación a la capacidad del dispositivo.
Capacidad de autoconfiguración, autodiagnóstico, autorreparación, autopruebas
distribuidas y a gran escala.
Capacidad de selección en cada momento de la tecnología de comunicación más
adecuada para la trasmisión con calidad, rapidez y seguridad.
Capacidad de establecer redes entre dispositivos de manera automática y
optimizada, bajo esquemas de seguridad y cuidando la calidad de la información.
Los dispositivos móviles (PDA, personal digital assistant) se enlazarán
dinámicamente con la infraestructura para no perder la comunicación.
Nuevas formas de alimentación de energía para garantizar la autonomía y el
autoabastecimiento, incluso sin necesidad de recarga.
Métodos, herramientas y procesos para el diseño de sistemas
§
Reducir el costo de desarrollo mediante técnicas de modelado y simulación para
gestionar la complejidad creciente de los sistemas.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 15 §
§
§
§
§
Generalizar el uso de métodos de verificación para validar los sistemas embebidos
en la fase de diseño.
Fomentar la certificación de calidad del software embebido, sobretodo de sistemas
embebidos críticos.
Desarrollar nuevos estándares de modelado de sistemas en tiempo real para los ya
existentes (SySML y UML-Marte) soportados por herramientas industriales
abiertas.
Desarrollo de herramientas de diseño para cubrir todas las etapas del ciclo de vida
del desarrollo del sistema en software y hardware.
Desarrollo de nuevos métodos y herramientas de diseño, síntesis, compilación,
debugging y despliegue de servicios colaborativos, para el impacto y despliegue de
las nuevas arquitecturas Many-Core de sistemas complejos y Multi Processor
System on Chip (MPSOC).
Al mismo tiempo se realizó una encuesta a personas preseleccionadas por los expertos con
diferentes conocimientos técnicos para determinar los principales temas con base en cuatro
criterios: Índice del grado de importancia, Índice de grado de aplicación, temporalidad de
aplicación y posición de España. Se identificaron ochos grandes áreas de aplicación, y en
cada una de ellas se precisaron las principales temáticas en proceso y por desarrollar (ver
anexo 5):
§ Medios
de
transporte
(General,
aeroespacial, ferroviario, automoción).
§ Salud
§ Automatización industrial
§ Infraestructura pública y servicios
§ Energía
§ Bienes de consumo
§ Medioambiente
§ Fuerzas de seguridad
El uso y las potencialidades que generan los sistemas embebidos en la sociedad de
información y conocimiento es esencial y un prerrequisito para participar como país en el
proceso de diseño, desarrollo y fabricación de nuevos productos.
5. Nuevos requerimientos del proceso de formación en sistemas
embebidos
En las diferentes referencias del diseño curricular y del proceso de formación en sistemas
embebidos resalta la constante de la necesidad de mejorar el proceso de educación de los
ingenieros en esta materia.
Robert Dewar, de la Universidad de Nueva York, sostiene que la programación de
sistemas embebidos es difícil.14 Que la esencia de un sistema embebido es la arquitectura
del diseño de todas sus capas. La gran cantidad de interfaces genera la problemática de la
14El
Dr. Robert Dewar es co-fundador, Presidente y CEO de AdaCore y Profesor Emérito de Ciencias de la
Computación en la Universidad de Nueva York. El Dr. Dewar es el principal arquitecto de GNAT AdaCore la
tecnología de Ada. Él ha sido coautor de compiladores para SPITBOL (SNOBOL), Realia COBOL para el PC
(ahora comercializado por Computer Associates), y Ada Alsys, y también ha escrito varios sistemas en tiempo
real de funcionamiento, para Honeywell Inc. 16 fusión o confusión de los niveles. Los sistemas embebidos generalmente controlan
dispositivos externos, cuya fiabilidad es esencial para evitar que los equipos puedan estar
en riesgo. Su mal funcionamiento podría poner en peligro la vida humana o los bienes
materiales.
El desarrollo de software embebido es más complicado que el de los sistemas nativos,
porque involucran la compilación cruzada de entornos, emuladores, herramientas
especializadas y costosas, y hardware. Los sistemas embebidos críticos contienen tal vez
millones de líneas de código, y son desarrollados por equipos distribuidos geográficamente,
que deben evolucionar con el tiempo para dar respuesta a los cambios de requisitos. La
solución ha sido integrar sistemas modulares, extensibles y adaptables. Los desarrolladores
deben seguir procesos muy rigurosos para el control de versiones, gestión de
configuraciones y control de calidad.
Se cuestiona ¿qué tan bien se ofrece la educación de Ciencias de la Computación en las
universidades para hacer frente a estos problemas del mundo real? Su respuesta es que
desafortunadamente es poco, por lo menos en los Estados Unidos, por varias razones:
§
§
§
§
§
§
§
Con frecuencia los cursos introductorios caen en uno de dos extremos: centrarse en
los detalles sintácticos del lenguaje de programación o en el tratamiento de la
programación como una cuestión de elección de componentes y conexión a una
interfaz gráfica de usuario.
Se tratan brevemente los fundamentos de cómo diseñar y analizar algoritmos, y
estructuras de datos.
Las metodologías de software orientada a objetos en el contexto del ciclo de vida de
desarrollo de aplicaciones de gran tamaño, se introducen a través de ejemplos
triviales (el cañón que se utiliza para disparar a una mosca), antes de que sus
beneficios se pueden apreciar.
Las cuestiones importantes de la comprensión del lenguaje, relacionados con las
vulnerabilidades y saber cómo evitarlos, no se exploran.
La fiebre de Java a finales de 1990, precipitó algunos de estos problemas. Java es un
lenguaje muy adecuado para aplicaciones que necesitan la flexibilidad dinámica. Sin
embargo, su sesgo de orientación a objetos, hace que sea torpe para los sistemas
más tradicionales. Existen problemas de gestión de memoria que los programadores
de sistemas embebidos tienen que entender y manejar. Su modelo es una fuente de
trampas sutiles.
Con la adopción de Java se sustituyeron en los cursos introductorios lenguajes de
programación, como Pascal, Ada, C o C++, que representó un paso atrás
pedagógicamente. Se formó una generación de programadores para atender la
demanda laboral inmediata, pero irónicamente se produjeron programadores
superficiales con determinados conocimientos específicos. Los puestos de trabajo se
han ido al extranjero en donde existen talentos más amplios y profundos.
La base de gran parte de ciencias de la computación son las matemáticas. Se
requiere entre otros aspectos el análisis numérico para el cálculo de punto flotante,
la teoría de colas para los algoritmos de programación de sistemas operativos, y la
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 17 §
§
§
§
§
§
lógica formal para demostrar propiedades de programas. No existen mecanismos
para cubrir y asegurar los requisitos del conocimiento matemático en la formación.
Se convierten los egresados en analfabetas con conocimientos de temas más
populares.
No se atienden los problemas reales de ingeniería de software que implican sistemas
cada vez más grandes. Las escalas de problemas son atendidas con un enfoque
incompleto y engañoso, ya que se cubren con el desarrollo de pequeños programas,
olvidando la enseñanza de los retos de gran visión (the big picture) que se da en la
arquitectura para atender retos de grandes estructuras (edificios, puentes, etc.), sin
necesidad de resolver todos los detalles. Con el advenimiento del software libre, los
alumnos pueden estudiar los detalles de estos programas, analizando sus fortalezas y
debilidades, y rescatando aprendizajes de los principios subyacentes del diseño, y la
interacción entre el mundo real y los requisitos del software.
El trabajo del desarrollo del software complejo requiere de grandes equipos de
colaboradores. Parte de las revisiones han sido cubiertas con los reportes de los
usuarios de las versiones betas. Pero es necesario identificar exactamente el origen
del problema en el código, sin introducir nuevos errores en las correcciones. Sin
embargo, no se da prioridad en los programas educativos el cumplimiento riguroso
del control de las versiones de código fuente, la gestión de configuraciones y el
control de calidad.
El esfuerzo del desarrollo del software en equipo de trabajos debe ser tan importante
en la formación como en el mundo real. Se debe proporcionar a los estudiantes una
amplia práctica en el trabajo en equipo de grandes proyectos. Sin embargo, no se ha
podido cumplir por que el grado de progreso del estudiante se mide individualmente
y los grandes proyectos requieren una gran cantidad de trabajo, y los maestros no
destinan tiempo porque sus energías están más dedicadas a la investigación.
Existe un dilema de la reutilización de código. En el mundo real los programadores
inventan menos y utilizan código existente, apoyándose en las librerías existentes.
Sin embargo, en la formación no se proporcionan elementos para investigar y
evaluar el uso de componentes con una habilidad crítica. En cambio se inculca a los
estudiantes que el código no escrito es plagio y engaño, se les predispone a la
realización de más trabajo con un mayor costo. La reutilización sin pensar también
propicia resultados rápidos con un mínimo de código, pero sin entender los
principios técnicos que hay detrás de los efectos gráficos bonitos (cuestiones de
roscado, tecnología de gráficos, eficiencia de algoritmos, etc.).
Se piensa que el software intrínsecamente contiene errores, pero en los sistemas
críticos (transporte, reactores nucleares, dispositivos médicos, etc.), los errores son
bombas de tiempo destinados a catástrofes. Esta situación se ha solucionado en la
industria de la aviación que utiliza sistemas críticos con el uso normas certificables
de seguridad (DO-178B). Los planes de estudio de la Universidad de Newcastle en
el Reino Unido han incorporado estas referencias.
La construcción de software requiere también poner atención a las nuevas técnicas
de seguridad en las primeras etapas de desarrollo, que eviten desde ataques
maliciosos hasta ciber-terrorismo. No se puede aumentar la seguridad en el último
momento. El uso de métodos formales basados en el análisis matemático desempeña
18 §
§
un papel fundamental en la evaluación de los niveles de seguridad. Se requiere tanto
en la formación profesional como de posgrado.
Robert Dewar sostiene que las preocupaciones de la educación de los ingenieros de
software embebido no son teóricas. Y nos recuerda que en una encuesta de la
industria, el 80% de los desarrolladores de software embebido que utiliza como
lenguaje principal el lenguaje C o C++, obtuvieron una calificación reprobatoria en
los exámenes de opción múltiple de la pruebas del firmware que requieren
conocimientos de programación en C.
Sugiere finalmente que se requiere un replanteamiento serio de las metas y tácticas
de la educación para mantener en sintonía la evolución tecnológica del campo de la
computación con la academia, como los esfuerzos realizados por la ACM/IEEE
Computer Science en la conformación de los nuevos planes de estudio de 2013. La
vinculación entre la industria y la academia (método tradicional de la escuelaempresa), permitirá generar lecciones aprendidas con la práctica de producción de
materiales de estudio de caso.
Aunque es creciente el reconocimiento de la importancia de los sistemas embebidos, en
varios países, las estrategias seguidas para desarrollar un proceso de formación formal, aún
es insuficiente. Por ejemplo, en España se reconoce que no existe una formación específica
sobre sistemas embebidos universitarios y la baja investigación que se realiza por parte de
las empresas.15
6. Revisión preliminar de algunos programas curriculares
Con el propósito de identificar las diferentes áreas de conocimientos relacionadas con los
planes de estudio que se contemplan en los sistemas embebidos, se analizaron en principio
dos tipos de conocimientos: matemáticas, y física. Del mismo modo se incluye una síntesis
de la revisión curricular que realiza Rudolph Sevoria al currículo de los ingenieros en
sistemas embebidos de Estados Unidos; el programa de la Maestría en Software Embebido
de la Universidad de Querétaro, y los avances logrados de Impulsa-TI en la definición del
perfil y competencias del ingeniero en sistemas embebidos.
Se puede decir en términos generales que los sistemas embebidos se basan en
conocimiento principalmente en computación, electrónica y control (seguridad).
a. Sistemas embebidos y las matemáticas
A grandes rasgos se están identificando para el desarrollo de sistemas embebidos varias
necesidades en matemáticas: prerrequisitos, áreas de reforzamiento y algunas tendencias.
15Arilla, Cristina, op. cit., p. 75. Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 19 Identificación de necesidades de matemáticas en sistemas embebidos
Prerrequisitos
Aritmética,
álgebra,
geometría,
cálculo,
probabilidad y estadística.
Áreas de reforzamiento
Tendencias
Teoría de control, sistemas
Simulación y modelos
dinámicos,
Series
de
matemáticos.
Fourier.
Una de las preguntas que se requiere contestar en el diseño curricular es qué tipo de
matemáticas se requieren proporcionar, tanto de manera remedial, de apoyo y
profundización para el desarrollo de sistemas embebidos; por ejemplo ¿se requiere de
elementos de álgebra booleana?
También se ha identificado la posibilidad de utilizar algunas herramientas de
investigación de operaciones como lo son programación matemática, teoría de colas, teoría
de redes. En el desarrollo de estos sistemas considerados como inteligentes, la investigación
de operaciones puede ser un pilar fundamental de su desarrollo, por ejemplo los equipos de
vehículos de búsqueda y rescate, robots, y todo aquel sistema auto-adaptativo. La
investigación de operaciones se ve inmersa en este rubro mediante el proceso de toma de
decisiones.
Los sistemas embebidos inteligentes requieren diseñar software que reúna métodos de
cómputo de inteligencia artificial, ingeniería de software, investigación de operaciones y
teoría del control. Este software deberá basarse en algoritmos con un alto nivel de
deducción y adaptación.
b. La física en los sistemas embebidos
En los posgrados de las diferentes instituciones de las ciencias de la computación no se
identificó de manera explícita ningún área específica relacionada con la Física, más bien
aparecen en las licenciaturas. En general las áreas de conocimiento en física son: mecánica,
electrónica, electricidad, magnetismo, óptica, termodinámica y fluidos. En el anexo 6, se
identifican los conocimientos de Física de algunas carreras relacionadas con las ciencias de
computación y que pueden enfocarse a aspectos de sistemas embebidos.
c. Síntesis del currículo de los ingenieros en sistemas embebidos
Para proponer las áreas de conocimiento que reflejen las necesidades de la ingeniería en
sistemas embebidos, Rudolph E. Sevoria usa como referencia el currículo computacional de
la ingeniería en computación del CCCE (A curriculum for embedded system engineering).
En la educación de ciencias de la computación existe una larga experiencia en Estados
Unidos que puede revisarse a mayor detalle.16
16En
Estados Unidos se ha desarrollado desde 1968 y actualizado cada década aproximadamente el currículo
de las ciencias de la computación, gracias al esfuerzo del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (el
IEEE por sus siglas en inglés Institute of Electrical and Electronics Engineers). Actualmente está en proceso
de revisión para comentarios el ACM/IEEE-CS Computer Science Curricula 2013 (CS2013 Computing
Curricula Strawman Draft), elaborado conjuntamente con la Asociación de Maquinaria de Computo (la ACM
por sus siglas en inglés Association for Computing Machinery) y el IEEE-Computer Society. Ambas
organizaciones han auspiciado diversas actividades educativas, por ejemplo el ACM tiene el reporte del The
20 Tomando como base las áreas de conocimiento, se definen los cursos específicos. Se
complementa como una parte importante el uso de los laboratorios y desarrollo de
proyectos, a los cuales se suman cursos optativos, integrando así el programa curricular de
la ingeniería en sistemas embebidos.
Áreas de conocimiento y cursos para la ingeniería en sistemas embebidos
Áre as de conocimie nto
Ingeniería en sistemas computacionales
Diseño de sistemas embebidos
Redes de computadoras
Sistemas operativos
Procesamiento digital de señales
Algoritmos y complejidad
Fundamentos de programación
Arquitectura y organización de computadoras
Lógica digital
Circuitos y señales
Electrónica
Ingeniería de software
Rendimiento de sistemas
Lenguajes y traductores
Sistemas de control
Comunicaciones
Matemáticas
Ciencias básicas
Cursos
Introducción a la ingeniería de software embebido
Ingeniería de software
Diseño de sistemas embebidos
Ingeniería de sistemas digitales
Redes de computadoras
Sistemas operativos en tiempo real
Señales y procesamiento
Algoritmos y estructura de datos
Fundamentos de programación
Algoritmos y estructura de datos
Organización de computadoras
Sistemas de computadoras e Interface
Lógica digital
Ingeniería de sistemas digitales
Circuitos eléctricos
Señales y procesamiento
Electrónica
Ingeniería de software
Rendimiento de sistemas computacionales
Ingeniería de software
Ingeniería de sistemas digitales
Lenguajes y traductores
Sistemas de control
Comunicaciones
Cálculo (1 y 2 )
Matemáticas discretas
Algebra lineal y Análisis numérico
Probabilidad y estadística
Estática
Electricidad y magnetismo
Dinámica
Fuente: De: Rudolph E. Seviora. A curriculum for embedded system engineering.
Traducción libre
Future of Computing Education Summit realizado en 2009, http://www.acm.org/education/future-ofcomputing-education-summit/FoCES_web.pdf
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 21 d. Maestría en ingeniería de software embebido de la Escuela de Software en la
Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing.
En China, algunos de los programas de ingeniería, ofrecen uno o más cursos en desarrollo
de sistemas embebidos en ARM, DSP, en WinCE o Linux. Estos programas sólo proveen a
los estudiantes el desarrollo limitado de habilidades en estos sistemas. En contraste, la
maestría se orienta al entrenamiento de ingenieros en sistemas embebidos con un
conocimiento interdisciplinario integral; combinando el pensamiento científico
(especialmente nivel de pensamiento sistemático) con la habilidad para el desarrollo y
administración de proyectos complejos que conjunta equipos en diferentes áreas, así como
la aptitud para aprender nuevas tecnologías constantemente.
Estructura del programa de maestría de la Universidad de Aeronáutica y
Astronáutica de Beijing
Cursos
Tipo de cursos
Práctica
Especialidades optativas
Especialidades obligatorias
Ingeniería de software obligatorios
Fundamentales obligatorios
Práctica industrial y tesis de grado
Práctica de Ingeniería I
Práctica de Ingeniería II
Curso de proyectos
Base de datos embebida
Tecnología de telecomunicaciones móviles y
aplicaciones embebidas
Desarrollo de software embebido basado en J2ME
WinCE y desarrollo de software embebido
VxWorks y desarrollo de software embebido
Dispositivo lógico programable y aplicación
Redes industriales y bus de campo
DSP Desarrollo de software embebido
Algoritmos y aplicaciones en sistemas embebidos
Panorama de sistemas embebidos
Sistemas operativos embebidos
Análisis y diseño de software embebido
Pruebas de software embebido
Ingeniería de software I (Métodos)
Ingeniería de software II (Procesos)
Ingeniería de software III (Gestión)
Conferencia de nuevas tecnologías
Inglés
Matemáticas
Técnicas de escritura y habilidades de comunicación
Ética de oficio y planeación de carreras (Profession
ethics and career planning)
Fuente: De "A Graduate Program on Embeddded Software Enginnering in China"
Traducción libre
22 El programa muestra los cinco niveles de la maestría. Se requiere que los estudiantes
tomen los cursos básicos, los cursos en sistemas embebidos y la práctica de Ingeniería antes
de matricularse en los cursos de la especialidad. El resto de los cursos deben completarse
antes de la práctica industrial.
d. Maestría en software embebido en Querétaro, México.
En tanto que la Facultad de Informática de la Universidad de Querétaro ofrece el siguiente
planteamiento curricular para la Maestría en software embebido, que a diferencia del plan
curricular anterior éste básicamente se orienta al software embebido y no contempla cursos
de matemáticas o ciencias básicas (física).
Áreas de conocimiento y cursos para la maestría en sistemas embebidos
Áreas de conocimiento
Área básica
Área de dominio técnico
Área especializada aplicativa
Seminario de Investigación
Proyecto
Cursos
Introducción a los sistemas de información
Introducción a los sistemas computacionales
Programación orientada a objetos
Diseño de interfaces
Algoritmo y estructura de datos
Programación de bajo nivel
Sistemas de base de datos
Programación distribuida
Mantenimiento, pruebas y especificaciones de software
Administración y planeación de proyectos de software
Sistemas embebidos y sistemas operativos de tiempo real
Pruebas de software en sistemas embebidos
Sistemas digitales, microcontroladores y DSPs
Dependencia entre hardware y software
Seminario de Investigación
Proyecto
Fuente: http://www.uaq.mx/ofertaeducativa/informatica/software_enbebido.html
e. Especialidades en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav).
El Cinvestav del Instituto Politécnico Nacional, cuenta con nueve planteles distribuidos a lo
largo de la República Mexicana. La Unidad Guadalajara17 está dedicada a la Tecnología y
Ciencias de la Ingeniería, inició sus actividades en el año de 1988 como un Centro de
Tecnología de Semiconductores (CTS), especializado en el diseño de componentes
electrónicos. El centro fue inicialmente auspiciado por IBM de México y la Comisión de
Inversiones Extranjeras de la SECOFI. Desde entonces y hasta la fecha, el CTS ha
17http://www.cinvestav.mx/
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 23 trabajado como casa de diseño para empresas del ramo electrónico. En el año de 1995
inició las actividades académicas con el Departamento de ingeniería eléctrica y ciencias de
la computación. Se incorporaron los programas de maestría y doctorado en ciencias en
ingeniería eléctrica, con las especialidades de computación, control automático, diseño
electrónico, sistemas eléctricos de potencia y telecomunicaciones. 18
Actualmente la unidad cuenta con maestrías que tienen una duración de dos años e
inician cursos anualmente, y doctorados que duran cuatro años e inician cursos cada 4
meses, las áreas de investigación para ambas son:
•
•
•
•
•
Ciencias de la computación.
Control automático.
Diseño electrónico.
Sistemas eléctricos y potencia.
Telecomunicaciones.
La Unidad Guadalajara tiene un Centro de Entrenamiento en Alta Tecnología (CEAT)
orientado a capacitar ingenieros para que se incorporen rápidamente a proyectos
industriales de diseño. Los cursos se desarrollan de acuerdo a las necesidades de la
industria electrónica y de software de la región. Tienen una duración de 6 meses y son
patrocinados por empresas privadas y el gobierno federal.
También cuenta con otros dos programas. El Programa Avanzado de Diseño de
Tecnología de Semiconductores (PADTS), dedicado a entrenamiento intensivo, con énfasis
en el trabajo ingenieril práctico, en la especialidad de diseño electrónico, y el Programa
Avanzado de Formación de Recursos Humanos en Tecnologías de Información (PAFTI),
que es un programa de entrenamiento intensivo con énfasis en la práctica de diseño y
desarrollo de software (SW).
En su gestión durante el periodo 2003-2010, contó con el apoyo del CoecytJal,
MexicoFirst, ProSoft, CanietiOcc, Fumec, CTS, Intel, Continental, Solectron, así como de
Universidades locales y nacionales. Hasta el 2010 se habían graduado 469 alumnos.
Egresados de PADTS por programa 2003-2010
Programas
Diseño Electrónico (5 Perfiles)
Diseño de Software (3 Perfiles)
Diseño Físico de Circuitos Integrados (CI)
Generaciones
11
6
Graduados
323
90
56
Fuente: Presentación de Cinvestav Guadalajara: “Training for HiTech JOBS in GDL/MX”
En noviembre del 2010 inició la generación número 14 de PADTS en Diseño Lógico de
CI & SW Embebido con 30 participantes. En el periodo 2010-2011, impartieron el
18El
proceso de desintegración de la industria electrónica en México se debió en mayor medida a la tendencia
del acelerado cambio tecnológico que se registró internacionalmente desde los setentas y ochentas, a que la
industria mexicana no se integró cabalmente, y en menor medida al contrabando. Sin duda, las devaluaciones
de 1976 y 1982 la afectaron. La apertura externa únicamente vino a terminar con el tejido industrial creado en
la industrialización. Hoy en día se están aprovechando las inversiones que se promovieron desde esa época de
fomentar la inversión extranjera en esta rama, destacando la de Guadalajara.
24 programa Diseño de Aplicaciones para Telefonía Celular, con la empresa Continental, y el
Workshop Series on Physical IC Design con Intel.
El PADTS ha realizado el equipamiento del laboratorio de SW embebido para la
industria automotriz y para tecnología celular. Cuenta con 30 lugares de entrenamiento. El
PADTS también desarrolló una especialidad denominada Diseño Lógico de Circuitos
Integrados & SW Embebido (CEAT 2012 A), la cual tiene una duración de seis meses.19 La
oferta académica para esta especialidad es:
Estructura de la especialidad de Diseño Lógico de Circuitos Integrados & SW
Embebido
Curso
Diseño digital 1
Lenguajes para verificación de CI
DOO & C++
Sistemas embebidos
Diseño de CPUs
Desarrollo de proyectos
Inglés - TOEIC Institucional
Dinámicas de grupo
Diseño digital 2: Aritmética digital
Total
No. de horas
60
60
60
60
60
40
60
10
12
422
A lo largo de la existencia del PADTS, se han desarrollado diversos cursos de alta
tecnología bajo demanda de la industria, que no se proporcionan de manera permanente. 20
19
En mayo de 2012 se tenía previsto iniciar las clases de este programa.
Presentación del Cinvestav Unidad Guadalajara:“Training for HiTech JOBS in GDL/MX”
20
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 25 Cursos de alta tecnología impartidos en el PADTS
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Título
Application development with Nokia N900
C for Embedded Systems
C programing
CAN – Controller Area Network
COM / DCOM
Communication Nets
CORBA
CPU Design
Digital Design
DSP´s
Electrical Circuits
Embedded Linux
Embedded Systems
Standards: GSM, GSM/3G, WiFi,
FPGA Design
Jet Link
JTAG
Linux – Basics
Linux Basics Administration
Linux Security
No.
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Título
Mathematics for Electrical Engineering
Micro Controller programing
Object Oriented Programing & C++
Object Oriented Programing & Java
PCB Design
Product development Life Cycle
PSP - Personal SW Process
RF Signal Propagation
RTOS –RTS (Real Time Systems)
Semiconductors Overview
Signal processing fundamentals
Software Engineering
System on Chip(SoC)
UML
Unix
Verilog
VHDL
WIN CE
Windows Programming
ZIGBEE
f. Perfil y competencias del ingeniero en sistemas embebidos de Impulsa-TI21
De acuerdo con Impulsa-TI en México no se cuenta con una definición adecuada de qué y
qué hace un ingeniero en sistemas embebidos. Para tal efecto, ha sometido a consideración
y opinión de los miembros de Asociación Nacional de Instituciones de Educación en
Tecnologías de la Información (ANIEI) los siguientes productos: el contexto de las
competencias; conocimientos y temas del estado del arte del profesional; propuesta de
contenidos y las competencias de referencia, así como las características de los sistemas
embebidos consideradas al inicio de este trabajo.
Se presentan algunos de los temas sugeridos, los cuales pueden servir de referencia
adicional para construir el desarrollo y diseño curricular del posgrado en sistemas
embebidos.
Contexto de las competencias
Las competencias que exhiben los ingenieros que diseñan sistemas embebidos, les permite
proponer sistemas flexibles para implementar el proceso de reingeniería o actualización
tecnológica en el campo de la automatización. Son profesionales capaces de innovar,
diseñar, desarrollar, evaluar y mantener productos basados en sistemas embebidos
garantizando la fiabilidad a lo largo de su ciclo de vida.
Se busca que el ingeniero en sistemas embebidos comprenda la operación y el manejo
de los sistemas embebidos desde el punto de vista de la arquitectura, el montaje y las
21
Elaborado con base en Lira, Raymundo. Perfil emergente Ingeniería de sistemas embebidos, Documento
de trabajo, Impulsa-TI, México.
26 aplicaciones de éstos, aplicando metodologías de diseño adecuadas, partiendo de un
conjunto de especificaciones y ajustándose a un conjunto de restricciones. Emplean
diferentes técnicas de programación de un sistema embebido usando lenguajes de bajo y
alto nivel. En el diseño de hardware maneja técnicas comunes para la interconexión de
sistemas.
Conocimientos y temas del estado del arte del profesional según Impulsa-TI
Propuesta de contenidos para proporcionar los conocimientos y habilidades
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tema
Arquitecturas de microcontroladores
Programación lenguaje C embedded
Conocimiento y aplicación de lenguaje ANSI C para embedded
Programación de alto nivel
Desarrollo de especificaciones de prueba
Metodologías verificación y validación de SW/HW
Interfaces para controlar el equipo de medición y equipos de prueba
Secuenciadores de prueba
Protocolos de comunicación y herramientas relacionadas
Procesos CMMI SPICE
Electrónica analógica y digital
Metodologías de diseño orientada a sistemas embebidos
El desarrollo de las competencias está dirigido a ingenieros, tecnólogos, proyectistas,
docentes y estudiantes, interesados en conocer y entrenarse en las temáticas relacionadas
con el diseño e implementación de soluciones con sistemas embebidos orientadas a la
automatización de equipos industriales y comerciales.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 27 Competencias de referencia
§
§
§
§
§
Planificar la solución de un problema complejo, con base en la ejecución de tareas
simples y de estrategias de computación como las máquinas de estados. 22
Seleccionar la adecuada plataforma embebida para la construcción de una solución
dentro de una gama de recursos de hardware que el mercado ofrece.
Programar eficientemente en un lenguaje de alto nivel, una arquitectura con
limitaciones de memoria y periféricos.
Determinar si la construcción de una tarea es posible en software dentro de la
arquitectura embebida o si es necesario construir un hardware a través de un
periférico diseñado para tal efecto.
Integrar en un proyecto, los módulos funcionales, realizando pruebas de operación y
rendimiento, hasta cumplir con los requerimientos especificados inicialmente.
g. Resumen de áreas de conocimiento
A manera de síntesis, se han identificado inicialmente 18 áreas de conocimiento que se
consideraron en los anteriores programas, con la idea de conocer los temas comunes y las
ausencias en las carreras de licenciatura y maestrías que atienden los sistemas embebidos.
Las diferentes áreas de conocimiento identificadas de los diferentes programas de
estudio se pueden reagrupar en siete grandes campos:
§
§
§
§
§
§
§
Sistemas computacionales consideran las partes físicas o de hardware.
Ingeniería de software asocia los componentes relacionados para el desarrollo de
software como técnicas y lenguajes de programación, seguimiento de proyectos.
Sistemas electrónicos y de control integra circuitos y manejo de señales y control.
Sistemas operativos y de tiempo real agrupa los conocimientos relacionados con
la gestión de recursos.
Redes y comunicaciones considera los componentes necesarios para comunicar los
dispositivos y registro de información en las distintas bases de datos.
Sistemas embebidos agrupa temas específicos como integración de software y
hardware.
Pruebas y validación utiliza la aplicación de metodologías para simular el
funcionamiento y comprobar el funcionamiento correcto de los sistemas.
22
Se denomina una máquina de estados a un modelo de comportamiento de un sistema con entradas y salidas,
en donde las salidas dependen no sólo de las señales de entrada actuales sino también de las anteriores. Se
definen como un conjunto de estados que sirve de intermediario en relación con estas entradas y salidas,
haciendo que el historial de señales de entrada determine, para cada instante, un estado para la máquina de
forma tal que la salida depende únicamente del estado y las entradas actuales.
28 Áreas de conocimiento de programas educativos de sistemas o software embebidos
Según Rudolph
Seviora
Universidad de la
Ciudad de México
Ingeniería en
sistemas embebidos
Licenciatura
ingeniería de
software
Beijing
University of
Aeronautics and
Astronautics
Áreas de conocimiento
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Ingeniería en sistemas computacionales
Diseño de sistemas embebidos
Redes de computadoras
Sistemas operativos
Procesamiento digital de señales
Algoritmos y complejidad
Fundamentos de programación
Arquitectura de computadoras
Lógica digital
Circuitos y señales
Electrónica
Ingeniería de software
Rendimiento de sistemas
Lenguajes y traductores
Sistemas de control
Comunicaciones
Matemáticas
Ciencias básicas
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Universidad
Autónoma de
Querétaro
Maestría en sistemas
Maestría en
embebidos
software embebido
√
√
√
Ingeniería en
sistemas embebidos
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Impulsa TI
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Fuente: Elaboración propia.
Reagrupación de las áreas de conocimiento
Según Rudolph
Sevoria
Universidad de la
Ciudad de México
Beijing
University of
Aeronautics and
Astronautics
Ingeniería en
Sistemas Embebidos
Licenciatura
Ingeniería de
Software
Maestría en
Sistemas Embebidos
Áreas de conocimiento
1
2
3
4
5
6
7
Ingeniería en sistemas computacionales
Ingeniería de software
Sistemas electrónicos y de control
Sistemas operativos y de tiempo real
Redes y comunicaciones
Sistemas embebidos
Pruebas y validación
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Universidad
Autónoma de
Querétaro
Impulsa TI
Maestría en
Ingeniería en
Software Embebido Sistemas Embebidos
√
√
√
√
√
v
v
√
√
√
√
√
No obstante, en varios casos las áreas de conocimiento no quedan claramente
delimitadas ya que comparten o se traslapan elementos que las conforman, ya sea de
hardware o software.
7. Oferta educativa inicial
La vasta aplicación de los sistemas embebidos ha generado una creciente demanda local de
recursos humanos especializados en todas las fases de desarrollo de los sistemas
embebidos, que van desde su diseño hasta su implementación.
Se considera como hipótesis que la oferta educativa del país es insuficiente y que no se
ha podido atender la demanda de las empresas de estos especialistas. Se ha venido
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 29 atendiendo de manera remedial con diferentes carreras a nivel de licenciatura. Los
especialistas para el diseño y desarrollo de sistemas embebidos provienen de carreras,
como:
§
§
§
§
§
Ingeniería Electrónica
Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones
Sistemas Electrónicos
Sistemas Computacionales
Mecatronica
La respuesta de la academia a esta mayor demanda se ha reflejado en un creciente
número de especializaciones con un alto contenido de conocimientos de computación. Pero
aún es insuficiente, a pesar de que existe un interés de los estudiantes por ingresar en este
tipo de carreras. Ello sin considerar los conocimientos de los sistemas embebidos que están
en constante innovación y desarrollo.
Por citar un ejemplo, en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se
ofertan 274 lugares, mientras que existe una demanda de 8,101 lugares, según se desprende
de la guía de septiembre de 2011: ¿Y cómo ingreso a la UNAM?,
Oferta de los sistemas escolarizado y de educación abierta y a distancia
(correspondiente al ingreso de agosto 2011)
Carrera
Plantel
Sistema
Ciencias de la Computación
Fac. Ciencias
FES Cuautitlán
Fac. Contaduría y Admon.
Fac. Contaduría y Admon.
Fac. Contaduría y Admon.
Fac. Ingeniería
FES Aragón
Escolarizado
Escolarizado
Escolarizado
SUAYED-Mod. abierta
SUAYED-Mod. a distancia
Escolarizado
Escolarizado
Fac. Ingeniería
Escolarizado
Fac. Ingeniería
Fac. Ingeniería
Escolarizado
Escolarizado
FES Acatlán
Escolarizado
Informática
Ingeniería en Computación
Ingeniería en
Telecomunicaciones
Ingeniería Geomática
Ingeniería Mecatrónica
Matemáticas Aplicada y
Computación
Total
Cupo
Demanda
22
462
No se ofrecen lugares por
ser de ingreso indirecto
97
65
3,066
1,820
29
35
26
807
160
1,786
No se ofrecen lugares por
ser de ingreso indirecto
274
8,101
En la misma publicación se señala también que en materia de posgrado la UNAM
ofrecía la Maestría en Ciencias e Ingeniería de la Computación y el Doctorado de Ciencia e
Ingeniería de la Computación. Hasta agosto de 2011, la UNAM no contaba aún con una
carrera, especialización o posgrado, específicamente sobre sistemas embebidos.
Al igual que la UNAM, el Instituto Politécnico Nacional (IPN) tampoco ofrece carreras
o especializaciones como las señaladas anteriormente. No obstante se pudieron identificar
diez carreras relacionadas, entre licenciaturas o ingenierías (no se identificó el cupo
ofrecido por cada carrera), que comparten en sus planes de estudio áreas de conocimiento
comunes con sistemas embebidos.
30 El IPN representa, con sus diez carreras, una de las principales fuentes de oferta de
estudio (alrededor del 25%) del total de carreras contenidas en el subgrupo de Ingenierías
en computación e informática (subgrupo 143) del Catálogo de codificación de carreras del
Instituto Nacional de Estadísticas, Geografía e Informática (INEGI). Las carreras
pertenecientes a ese subgrupo, junto con algunas otras de otros subgrupos identificados,
podrían ser semilleros potenciales de estudiantes para un posgrado como el que se pretende
en sistemas embebidos (Ver anexo 7). Es decir, hoy en día existen por lo menos 40 carreras
relacionadas.
Oferta educativa superior en el Instituto Politécnico Nacional
Escuela /carreras
Escuelas/carreras
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
Ing. en Robótica Industrial
Ing. en Computación
Ing. en Comunicaciones y Electrónica
Ing. en Control y Automatización
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenierias
y Ciencias Sociales y Administrativas
Ing. en Informática
Lic. en Ciencias de la Informática
Centro de Investigación en Computación (CIC)
Doctorado en ciencias de la computación
Maestría en ciencias de la computación
Maestría en ciencias en ingeniería de cómputo
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingenieria
y Tecnologías Avanzadas
Ing. Biónico
Ing. Mecatrónica
Ing. Telemática
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería,
Campus Zacatecas
Ing. Mecatrónica
Ing. en Sistemas Computacionales
Escuela Superior de Cómputo
Ing. en Sistemas Computacionales
Fuente: http://www.des.ipn.mx/WPS/WCM/CONNECT /DES/DES/INICIO/OFERT A_EDUCAT IVA/OFERT A_EDUCAT IVA/ICFM/ICFM2.HT M
Algunas instituciones educativas del país han realizado esfuerzos por impulsar esta área
del conocimiento y por atender la demanda local de profesionistas calificados,
incorporando a sus planes de estudio temáticas relacionadas con sistemas embebidos. Se
tienen identificadas inicialmente 6 instituciones que ofrecen estudios en sistemas o software
embebido o afines.
Carreras y posgrados identificados en sistemas embebidos
Institución
Carrera/Especialización/Posgrado
Universidad Autónoma de Querétaro
Insituto Tecnológico de Estudios Superiores
de Monterrey
Maestría en software embebido
Maestría en ciencias digitales y robótica*
Inicio
Licenciatura en ingenieria en computación
Maestría en ciencias de la computación
Universidad Autónoma de la Ciudad de
Ingeniería de software con especialidad en sistemas
México
móviles y embebidos
Cinvestav Guadalajara
Especialidad en diseño y desarrollo SW embebido
Universidad Jesuita de Guadalajara (ITESO) Especialidad en sistemas embebidos
Universidad Autónoma de Yucatán
2010
2010
2003
*El egresado tiene como una de sus competencias el diseño, construcción y programación de sistemas embebidos
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 31 Con relación a la Universidad Autónoma de Yucatán se considera que si bien no
representa una solución estructural a la falta de una carrera o posgrado en sistemas
embebidos, si se aprecia el esfuerzo al incluir en sus programas curriculares, tanto de
licenciatura como maestría, materias relacionadas con estos sistemas23.
En el caso del Cinvestav se ha desarrollado con el apoyo de la industria el PADTS, que
ha venido proporcionando desde el 2003. Otras instituciones educativas han realizado
esfuerzos para atender la demanda local de profesionistas calificados, incorporando a sus
planes de estudio temáticas relacionadas con sistemas embebidos.
Por personal académico de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
(ESIME) del Instituto Politécnico Nacional se tuvo conocimiento que en un pasado reciente
en el Cinvestav se realizaron esfuerzos para impulsar un posgrado (maestría) que tuviera
como una de sus líneas de investigación los sistemas embebidos, sin que esos esfuerzos
prosperaran. Por lo que sería muy enriquecedor que la iniciativa conjunta del Infotec y el
Coecytjal, para crear un posgrado en sistemas embebidos, se nutriera de esa experiencia.
Además de las ya señaladas, se han identificado 11 carreras y 3 posgrados afines a
sistemas embebidos o que consideran algunas materias relacionadas, que se proporcionan
en 9 instituciones educativas del país.
Carreras y posgrados afines a los sistemas embebidos
Nivel
Institución
Licenciatura
Instituto Tecnológico de Estudios
Superiores de Monterrey
1
2
3
4
Universidad Anáhuac
Universidad Jesuita de Guadalajara
5
6
7
Universidad La Salle
Universidad Marista de Guadalajara
Universidad Panamericana
8
9
10
11
Maestría
CIMAT-UNAM
Cinvestav Tamaulipas
Instituto Politécnico Nacional
1
2
3
Carrera
Ingeniería en tecnologías de información y comunicaciones
Ingeniería en tecnologías electrónicas
Ingeniería en telecomunicaciones y microelectrónica
Ingeniería en telecomunicaciones y sistemas electrónicos
Ingeniería en mecatrónica
Ingeniería electrónica
Ingeniería en sistemas computacionales
Ingeniero en cibernética
Ingeniero en cibernética y sistemas computacionales
Ingeniería en electrónica y sistemas digitales
Ingeniería en inteligencia artificial
Maestría en ingeniería de software
Maestría en ciencias de la computación
Maestría en tecnología avanzada
8. Demanda potencial del posgrado en sistemas embebidos
Conforme a la información del INEGI, la matrícula de primer ingreso de carreras afines a
la informática ha venido creciendo año con año, mostrando una tasa media de crecimiento
anual de 1.79% en los últimos nueve ciclos escolares. En ese mismo periodo la eficiencia
terminal estimada a nivel nacional, osciló entre 51% y 57%, si se considera que la duración
de las carreras afines a la informática fue en promedio de cuatro ciclos escolares. Del
mismo modo la matrícula existente creció, para pasar de 177.1 mil alumnos en el ciclo 2002001 hasta 215.1 mil alumnos en el ciclo 2008-2009.
23 Propuesta de modificación del plan de estudios de la licenciatura en ingeniería en computación. Facultad de
Matemáticas, Universidad Autónoma de Yucatán. Junio 2009. 32 De seguir esa tendencia, se podría suponer que hoy en día existe un potencial
importante de prospectos para cursar un posgrado en sistemas embebidos.
Primer ingreso, matrícula y egresados de carreras afines a la informática de nivel
licenciatura, 2000/2001-2008/2009 (alumnos)
Período
Primer ingreso
Matrícula
Egresados
2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009
49,524
55,083
54,910
53,263
53,414
51,884
52,411
53,942
57,062
209,053
215,271
214,156
210,050
208,986
209,354
215,092
177,110
196,675
17,965
21,850
23,443
26,885
28,176
29,152
30,552
30,462
28,902
Fuente: http://www.inegi.org.mx/Sistemas/temasV2/Default.aspx?s=est&c=19007. A su vez, el INEGI cita como fuente original la ANUIES.
Fecha de
na: no aplicable
Matrícula de tecnologías de la información y comunicaciones de nivel licenciatura por
carreras, 1995/1996 - 2008/2009
(Alumnos)
Carreras
Lic. en Informática
Ing. en Informática
Ing. en Sistemas computacionales
Ing. en Ciencias computacionales
Lic. en Ciencias omputacionales
Lic. en Sistemas de computación
administrativa
Lic. en Sistemas computacionales
Ing. Administrador de sistemas
Lic. en Matemáticas aplicadas y
computación
Ing. en Control y computación
Ing. en Control y automatización
Ing. en Sistemas de información
Ing. en Telemática
Ing. en Procesos discretos y
automáticos: Robótica industrial
Ing. en Electrónica en computación
Otras carreras informáticas
Total
2000/2001 2001/2002 2002/2003 2003/2004 2004/2005 2005/2006 2006/2007 2007/2008 2008/2009
70,589
na
54,817
13,155
7,090
7,957
75,328
na
62,954
15,343
6,792
9,077
77,895
2,228
68,611
16,273
6,725
9,518
78,129
2,594
74,054
17,326
6,163
8,639
74,243
3,159
75,759
18,000
5,675
8,099
72,507
2,821
76,743
18,397
5,302
6,578
69,279
3,279
77,523
19,172
4,893
5,799
65,440
3,213
76,561
19,136
4,532
5,965
66,464
3,381
78,957
19,522
4,291
6,281
8,945
na
1,511
9,933
na
1,531
9,713
na
1,505
9,313
na
1,454
8,956
na
1,437
8,648
na
1,423
7,680
na
1,346
7,836
na
1,387
8,294
na
1,342
na
1,091
1,180
na
na
1,344
1,220
na
370
1,379
1,409
1,614
1,199
431
1,347
1,404
1,889
1,162
366
1,362
2,807
1,893
1,164
379
na
2,919
2,066
1,112
421
1,407
3,564
2,178
1,019
425
1,367
4,382
2,297
1,263
410
1,508
4,813
2,450
1,406
na
na
10,775
177,110
na
1,639
11,514
196,675
3,764
6,850
209,053
3,719
7,647
215,271
3,162
8,074
214,156
2,534
8,621
210,050
2,782
8,644
208,986
3,912
11,638
209,354
2,956
13,017
215,092
Fuente: http://www.inegi.org.mx/Sistemas/temasV2/Default.aspx?s=est&c=19007. A su vez, el INEGI cita como fuente original la ANUIES.
Fecha de actualización: Martes 25 de
na: no aplicable
Entonces, ¿cuál es la razón de la insuficiente oferta de especialistas en Jalisco?, ¿es un
problema de desequilibrio regional, de falta de señales de mercado, de calidad y pertinencia
de los egresados, de falta de interés o alta complejidad de las carreras específicas?
Así pues, existe la necesidad de equilibrar dos mercados, el educativo y el laboral, para
atender adecuadamente las necesidades regionales. Según estimaciones de la industria de
Jalisco se requiere entre 250 a 300 egresados anuales en sistemas embebidos.
Una forma de identificar la falta de atención a la demanda es concentrarse en las
carreras existentes relacionadas a aspectos electrónicos y a la distribución geográfica
regional de los egresados. Si se consideran las carreras de ingenierías en Control y
computación, Control y automatización, Procesos discretos y automáticos (Robótica
industrial), y Electrónica en computación, resulta que existen para el ciclo 2008/2009,
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 33 6,280 egresados, y si se toma la participación de Jalisco del 5%, resulta que existen 314
egresados susceptibles de poder ingresar a un posgrados en sistemas embebidos.
Esto implicaría que el total de egresados de carreras afines tendrían que ingresar al
posgrado que se pretende crear para satisfacer la demanda actual de la industria. Situación
que se ve difícil, por lo menos en el estado de Jalisco. El perfil de ingreso a sistemas
embebidos no podría cubrirse con otras carreras, salvo que el posgrado requerido fuera de
software embebido o que se estableciera un programa de migración de egresados hacia esta
región.
Si bien existe una oferta amplia de egresados de ingenierías relacionadas con la
tecnología de información y comunicación en el país, la oferta específica regional
relacionada en sistemas embebidos es insuficiente, por varias razones: no existe una carrera
específica en la materia; el perfil de ingreso para un posgrado en sistemas embebidos no lo
generan las carreras existentes, por ejemplo por el nivel de matemáticas, inglés, habilidades
suaves, electrónica, control, entre otros; y geográficamente no es suficiente los egresados
de carreras afines.
Independientemente que se pueda motivar a los egresados de las carreras estrictamente
afines a seguir estudiando un posgrado y/o realizar un proceso de reconversión acelerado
para atender una demanda pico y precisar de qué tamaño deber ser el flujo estable de estos
especialistas, es necesario conformar no solo el posgrado específico en la materia, sino
también reorientar varias carreras actuales.
34 9. Desarrollo y diseño curricular de sistemas embebidos
Para definir y atender las necesidades de formación en sistemas embebidos se requiere
realizar el desarrollo y diseño curricular.
§
El desarrollo curricular representa una fase de aspectos generales y particulares, que
incluye la planeación, desarrollo y evaluación. Así como las metas, objetivos,
contenidos, operación, procesos y procedimientos. En esta fase se consideran la
evolución y mantenimiento curricular (actualización). Incluso los aspectos de
procesos técnicos que se requieren identificar a través de diversos mecanismos,
como paneles de expertos.
§
El diseño curricular se refiere a la forma en que se conceptualiza el currículo y se
arreglan sus principales componentes para proveer dirección y guía tan pronto como
se desarrolle el currículo: modelo académico, actividades de campo, equipos y
materiales didácticos, formación docente, etc.
Mientras el desarrollo curricular tiende a ser técnico y científico, el qué enseñar, el
diseño curricular es más flexible, porque se basa en los valores sobre la educación de
quienes lo conceptualizan, sus prioridades y opiniones acerca de cómo los estudiantes
aprenden. El diseño curricular proporciona la visión del proceso de formación y la manera
que se realizarán los procesos de enseñanza y aprendizaje. Responde a los procesos de
cómo llevar el proceso de formación en la práctica.
Un campo de estudio básico involucra conocimiento teórico y práctico. Por teoría se
entiende los conocimientos más avanzados disponibles, que pueden ser generalizados y
aplicados a muchas situaciones. En el caso de la teoría curricular, el tema involucra
decisiones acerca del uso del currículo, su desarrollo, su diseño y evaluación.
Un currículum teórico-práctico debe seleccionar y organizar: metas y objetivos; temas;
métodos, materiales y recursos; experiencias de aprendizaje; actividades de aprendizaje; y
asesoramiento en el proceso
Una buena práctica está basada en la teoría; por práctica se entiende los procedimientos,
métodos y habilidades que se emplean en el mundo del trabajo. La práctica involucra la
selección de estrategias y reglas que aplican a varias situaciones.
Es importante recordar que existen diferencias para el desarrollo de sistemas. Los
métodos, técnicas y herramientas para desarrollar sistemas embebido son heterogéneos y
aquellos aplicados en computadoras convencionales no son fácilmente aplicables en
dispositivos embebidos. La ingeniería en sistemas embebidos es diferente de las ingenierías
en software, entre otros aspectos por:24
§
§
Metodologías de co-diseño de software y hardware.
Métodos especiales de diseño: (ej. estrictos requerimientos para tiempo real y
concurrencia), integración, depuración, pruebas y mantenimiento junto con métodos
formales en ingeniería en software.
24A
Graduate Programm on Embedded Software Enginnering in China
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 35 §
§
§
§
§
Algoritmos de control, procesamiento de señal, comunicación, optimización para
implementarlos en ambientes con recursos limitados.
Descripción, diseño y construcción de las principales aplicaciones de negocio (ej.
comportamientos complejos, caracterizados por numerosos escenarios intrínsecos
en un robot artificial).
Diferencia en procesos de desarrollo, métodos, técnicas y herramientas con
respecto a las áreas de aplicación.
Diseño e implementación de programas controladores de tableros.
Lenguajes de programación, desarrollo de herramientas y ambientes especializados
para diferentes plataformas de desarrollo.
Es conveniente destacar la importancia que tiene en la formación de alta tecnológica
con alto contenido teórico-práctico, la vinculación de la industria y la academia. Sin ella,
difícilmente se puede desarrollar y diseñar el currículo más apropiado para la formación en
sistemas embebidos, dado el avance tecnológico y la creciente demanda de especialistas en
la materia. Se requiere de la participación de los distintos actores: empresas fabricantes de
componentes, empresas desarrolladoras de sistemas, instructores que quieran y puedan
formarse como docentes, académicos que puedan participar en el proceso educativo,
investigadores que aporten nuevos conocimientos de frontera, e instituciones dispuestas a
coinvertir con las empresas en espacios educativos acordes a la práctica del mundo laboral
y de acuerdo a la demanda laboral de especialistas, la colaboración entre instituciones
educativas.
9.1 Registro del programa de posgrado en el Programa Nacional de Posgrados de
Calidad.
El Programa Nacional de Posgrados de Calidad (PNPC) tiene como propósitos reconocer
los programas de especialidad, maestría y doctorado en las diferentes áreas del
conocimiento. Los programas se distinguen por que cuentan con núcleos académicos
básicos, altas tasas de graduación, infraestructura necesaria y alta productividad científica o
tecnológica.
El PNPC se basa en un modelo que integra varios elementos que se interrelacionan
entre sí y que prevé el Marco de referencia para la Evaluación y Seguimiento de Programas
de Posgrado (el Marco de referencia): la planeación institucional del posgrado, las
categorías y criterios del modelo, así como el plan de mejora del programa. El ingreso de
los programas de posgrado en el PNPC, representa un reconocimiento público a su calidad,
con base en procesos de evaluación y seguimiento realizados por el comité de pares, que
basan su recomendación para el dictamen en:
§
La autoevaluación del programa.
§
El cumplimiento de los criterios y lineamientos de evaluación contenidos en el
Marco de referencia.
§
El expediente del programa y las observaciones que haya recibido, en su caso, en
evaluaciones anteriores.
Se considera conveniente que la conformación del posgrado en sistemas embebidos
atienda desde el principio las seis categorías y 19 criterios delineados en el PNPC, los
cuales se precisan en una matriz del Anexo 8. Para fines prácticos, se pueden reagrupar en
36 tres etapas (Diseño, Desarrollo y Evaluación). Además se sugiere considerar cuatro etapas
adicionales, una inicial de Planeación institucional, la de Análisis, la de Implementación, y
el Plan de mejora del programa
Es importante destacar que independientemente de las etapas, es conveniente desarrollar
la planeación institucional del posgrado, en el cual se debe precisar el objetivo del proyecto
(remedial-corto plazo; creación de posgrado; crear flujo previo, y precisar si es software
embebido y/o sistemas embebidos), y definir la estrategia del proyecto. Si bien es cierto que
esta planeación servirá de guía para la operación y evaluación del posgrado, se puede
incluir en la misma la duración de cada una las etapas para la planeación del desarrollo del
proyecto. También se sugiere realizar un análisis de sensibilidad logística y de costo del
proyecto para establecer el posgrado.
A grandes rasgos las etapas deben considerar los siguientes aspectos.
§
§
§
§
§
§
§
Planeación institucional del programa y del desarrollo del proyecto. Describe la
intención de la institución con respecto a la garantía de la calidad en la formación de
recursos humanos de alto nivel.
Análisis: Incluye el diagnóstico del estado del arte, las tendencias de la profesión,
las cuales han sido revisadas en este trabajo.
Diseño: Comprende básicamente el desarrollo del plan de estudios del posgrado
acorde al perfil de egreso, así como el diseño de la infraestructura física y de
recursos que garanticen el desarrollo adecuado, conforme al diseño de formación
previsto.
Desarrollo: Descripción, entre otras, de las características y requisitos que deben
cumplir los estudiantes para su ingreso, permanencia y egreso del posgrado; así
como de las características del personal académico que constituirá el núcleo
académico básico.
Evaluación. Comprende el reporte de evaluación curricular (Plan de evaluación
institucional) y el diagnóstico del programa en relación con las categorías y criterios
del modelo del PNCP, que da como resultado el Plan de mejora del programa.
Implementación: i) Elaboración de documentos soportes para el registro del
posgrado en sistemas embebidos ante la Secretaría de Educación Pública (SEP) y
ante el PNPC, ii) realizar los trámites para la implementación del posgrado, como la
autorización del órgano de gobierno, y el reconocimiento y registro de planes de
estudio ante la SEP, iii) crear la infraestructura educativa, iv) formación docente/
Núcleo básico (planta docente o personal académico), v) promoción del posgrado.
Plan de mejora del posgrado en sistemas embebidos. Integra decisiones estratégicas
que deben incorporarse a las categorías evaluadas, de acuerdo a los criterios de
PNPC.
Cabe aclarar que en el Anexo 8, se precisan las tres etapas correspondientes al Marco de
referencia.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 37 10. Reflexiones finales.
A manera de reflexiones finales de este trabajo, se puede destacar:
§
Aunque se sabe que existe una ausencia de una formación de especialistas en
software embebido y/o hardware embebido en la región de Jalisco y en el país, no se
encontraba precisada ni formalizada.
§
El software embebido y el hardware embebido, presentan complejidades distintas y,
por sí mismas pueden dar lugar a especializaciones, carreras y/o posgrados
diferentes. Aunque se relacionan, comprenden áreas de conocimiento humano
distintas.
El conocimiento de las necesidades específicas y la tendencia de la industria
permitirá orientar el enfoque del posgrado en sistemas embebidos que se pretende
realizar.
§
§
A corto plazo existe una demanda de la industria del estado de Jalisco de recursos
humanos especializados en aspectos embebidos, que se requiere satisfacer y
precisar, independiente de la solución estructural. Sería conveniente tener una sola
ruta para satisfacer ambas.
§
A manera de hipótesis se plantea que el enfoque del proceso formativo del posgrado
debe reunir tres grandes núcleos: remedial, tronco común, especialidad por
aplicación. Se sugiere que el posgrado tenga un carácter flexible con múltiples
entradas y salidas, y al mismo tiempo con posibilidades de ser actualizado,
Además de las actividades planteadas anteriormente en este documento, se requiere de
trabajo adicional o complementario para conformar un posgrado con los requisitos del
PNPC, por lo que se proponen las tareas que se exponen en los apartados siguientes.
10.1. Pasos concretos a seguir
Formalizar el interés de participación del Cinvestav en el proyecto, y revisar sus avances y
áreas de oportunidad. Es este sentido es pertinente aclarar que el interés de colaborar de
dicha institución ha sido muy clara. Del mismo modo, el CIC ha mostrado interés en
colaborar en un esfuerzo multiinstitucional por el tamaño de la demanda de especialistas.
La ESIME por su parte manifestó que de alguno de sus programas de maestría podrían
participar sus alumnos en uno o dos semestres en el posgrado en sistemas embebidos.
Se identifican también los siguientes pasos a seguir, independientemente que se requiere
una estrategia para solucionar la demanda a corto plazo y otra para resolver de manera
estructural el flujo estable de especialistas.
§
§
§
§
Conocer las características de la industria regional y las distintas necesidades de
formación.
Identificar las áreas de especialidad regional.
Identificar el grupo de expertos de la industria.
Hacer una revisión detallada de los programas de formación para identificar las
áreas de conocimiento comunes de los distintos programas de formación.
38 §
§
§
§
§
§
§
Revisar los avances y aportaciones en materia de sistemas embebidos en la curricula
CS2013 de Estados Unidos.25
Desarrollar paneles de expertos de la industria para precisar las necesidades de
formación.
Integrar un equipo de trabajo que elabore el desarrollo y diseño curricular,
retomando los avances alcanzados, y que participe en la conformación y desarrollo
de los paneles de expertos.
Evaluar la posibilidad de instalar diferentes tipos de laboratorios de acuerdo a las
tecnologías propietarias.
Identificar los principales estándares utilizados en la industria.
Resolver algunos cuestionamientos iniciales para el desarrollo y el diseño curricular,
y de carácter logístico para desarrollar de manera conjunta la nueva oferta de
especialistas.
Definir las estratégicas de corto plazo y estructural para generar la nueva oferta, que
incluya entre otros aspectos un esfuerzo de formación de multiplicadores.
10.2 Cuestionamientos iniciales para el desarrollo y diseño curricular
Asimismo, con la idea de desarrollar y diseñar la currícula de sistemas embebidos se
considera importante plantear una serie de cuestionamientos básicos que permitan orientar
de mejor manera el trabajo futuro y la magnitud del proyecto de manera inicial. Estas se
pueden dividir en aspectos técnicos de sistemas embebidos, revisión de la experiencia
reciente y del futuro proceso de formación.
a. Técnicos
§
¿En qué parte del proceso diseño-implementación de los sistemas embebidos
participan los especialistas demandados?
§
¿Cuáles son las tendencias comerciales y el grado de estandarización en la
industria?
§
¿Qué tipo de perfil requiere la industria de fabricación y diseño de procesadores?
§
¿Cuál es la magnitud de la demanda?
§
¿Qué relación tienen los usuarios de los componentes con los proveedores de los
componentes (microprocesadores, microcontroladores, software, sistemas
operativos, etc.)?
§
¿Quién es quién en la industria del software embebido?26
§
¿Están atados los distintos tipos herramientas y software de diseño de sistemas
embebidos a determinadas tecnologías de microprocesadores?
§
Cuál es la tendencia en el uso de los distintos microprocesadores,
minicontroladores, DSP y FPGA para el diseño de los sistemas embebidos.
25
26
http://www.sigart.org/CS2013-EAAI2011panel-RequestForFeedback.pdf
Se ha logrado identificar algunas empresas líderes en Jalisco: Continental, Intel, Freescale
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 39 b. Revisión de la experiencia
§
§
§
§
¿Por qué no se ha logrado generar los recursos humanos suficientes en la región?
¿Cuál es la experiencia del Cinvestav? Y ¿qué ventajas y áreas de oportunidad
representa su programa de formación?
¿Qué grado de estabilidad han tenido los cursos proporcionados por el Programa
Avanzado de Diseño de Tecnología de Semiconductores (PADTS)?
¿Cuál es el grado de obsolescencia de la formación específica?
c. Desarrollo de la formación
§
§
§
§
§
§
§
§
§
¿Qué tipo de programas se tiene pensado?
¿Qué tipo de formación se requiere, únicamente el saber usar las herramientas del
software de diseño?
¿Cuál es la estructura curricular ideal para la industria de los procesadores?
¿Cuál es la estructura curricular ideal para las personas que logren desarrollar las
competencias?
¿Es importante construir una formación que permita la actualización de los
egresados?
¿Cuáles son las áreas de oportunidad en materia de investigación de sistemas
embebidos en México?
¿Las empresas pueden destinar recursos para investigación? ¿Qué tipo de apoyos o
vinculación se puede obtener?
¿Cuáles son los requerimientos logísticos para la operación de los programas de
formación: taller de computadoras en red, laboratorios, simuladores?
¿Quién conformaría la planta de profesores e instructores?
Es toral integrar los esfuerzos de la industria con la academia y la investigación, para
conformar el desarrollo y diseño curricular y la participación en el proceso de formación de
alta tecnología (en constantes sinergias evolutivas y disrupciones creativas), y para atender
las necesidades de formación a lo largo de la cadena del ecosistema de la industria de
sistemas embebidos. Un buen ejemplo se encuentra en una de las conferencias que se ha
identificado como una de las más grandes y serias: Embedded System Conference con
diferentes sedes y la Embedded World, que se realiza en Nuremberg, Alemania. También es
el caso de las distintas conferencias que desarrollan las distintas empresas de componentes.
Por ejemplo, el Intel Embedded Research & Education Summit, celebrado del 22 al 24 de
febrero del 201227 y el World Comp 2012, realizado del 16 al 19 de julio.
27
El evento estuvo orientado principalmente a universidades para promover la transferencia de conocimientos
y su nuevo procesador Intel Atom, como componente fundamental para el desarrollo de sistemas embebidos.
Se destaca la nueva tendencia de la evolución de los sistemas embebidos a sistemas inteligentes basados en la
comunicación entre dispositivos. También se realizó también una presentación relacionada con el software
Simics, que es un simulador tanto de software como de hardware de sistemas electrónicos específicos.
40 Anexos
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 41 42 Anexo 1
Circuitos integrados y semiconductores
Un microprocesador es un circuito integrado, el cual procesa información. En sí, el circuito
integrado es un circuito eléctrico conformado por diferentes componentes que desempeñan
distintas funciones o comportamientos: transistores, que son los interruptores de encendido
y apagado o de amplificación de corriente, y en las computadoras se utilizan para
almacenar información; resistencias, que controlan la cantidad de corriente eléctrica que
pasa; condensadores; permiten acumular y liberar rápidamente la energía; y diodos, que
ayudan a pasar la electricidad bajo ciertas condiciones. Las diferentes formas de construir
los bloques de estos componentes en el circuito eléctrico, generan diferentes efectos.
El transistor es el componente más importante para el desarrollo de las computadoras.
Cuando fue inventado en 1947 fue un avance revolucionario para sustituir a los bulbos,
permitiendo construir circuitos complejos. Al principio los circuitos se construían a mano,
conectando con soldadura los diferentes cables metálicos, pero las señales eléctricas no
podían viajar con rapidez a través de tantos componentes del circuito, eran demasiado
lentas y en ocasiones presentaban fallas de conducción eléctrica.
El problema de los circuitos complejos que contenían múltiples componentes e
interconexiones se denominó la tiranía de los números y fue resuelto por Jack Kilby en
1958, en los laboratorios de Texas Instruments. La construcción del primer circuito
integrado logró resolver la miniaturización de los circuitos y evitar su montado manual, a
través de la utilización de material semiconductor, bajo un bloque monolítico para conectar
todos los componentes individuales con una capa adicional. La interconexión de los
componentes en el chip se perfeccionó por Robert Noyce, uno de los creadores de Intel,
mediante la adición de metal en una capa final.
Un circuito integrado proporciona múltiples funciones, memoria, entrada y salida. La
memoria almacena las instrucciones que controla el sistema. Su fabricación en serie facilita
la reducción de costos. La comunicación es por medio de una interfaz. Actualmente existen
múltiples microprocesadores comerciales.
Los primeros semiconductores se construyeron con material de germanio que fue el más
común. Actualmente se utiliza preponderantemente el silicio que ha demostrado ser más
eficaz en el proceso de conductividad tanto como conductor y aislante. Los
semiconductores pueden estar construidos de un material o combinar diferentes materiales.
La conductividad es la capacidad de un material para transportar energía eléctrica. Los
metales son buenos conductores, en contraste el vidrio y el plástico no conducen
electricidad, por lo que también se les llama aislantes.
Los semiconductores son tan especiales porque se puede controlar fácilmente la
corriente que pasa a través de ellos, y son ideales para la construcción de componentes
eléctricos, tales como transistores.
La electricidad puede ser vista como una corriente de flujo de electrones. Los electrones
tienen una carga negativa, y se esfuerzan por mantener su energía y su velocidad tan baja
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 43 como sea posible para mejorar su eficiencia. Gracias al desarrollo de la física cuántica, se
sentaron las bases para la física del estado sólido, la cual estudia la estructura interna
atómica y las propiedades electrónicas de los materiales.
Según la Organización del Premio Nobel, la clave de la revolución tecnológica se
encuentra en los semiconductores. La capacidad de conducción puede ser administrada a
través de la adición de pequeñas cantidades de ciertos materiales. Este proceso es conocido
como "dopaje", cambia la capacidad de conducir electricidad. El flujo de corriente se puede
guiar por diferentes partes. También se puede controlar externamente la corriente con el uso
de diferentes voltajes a través de un transistor.
Los microprocesadores contienen transistores, desde unos cuantos hasta millones. Hoy
en día un transistor puede ser de diámetros menores al grosor de un cabello humano. Por
esta razón, se puede construir microprocesadores complejos y avanzados, en pequeños
trozos de material semiconductor.
Existe una carrera por desarrollar micro circuitos integrados de mayor velocidad y al
mismo tiempo alcanzar una mayor miniaturización de los componentes. ¿Cuáles serán los
límites? Los científicos siguen trabajando para encontrar mejores materiales y mejorar los
materiales tradicionales. El campo de la electrónica molecular permitirá avanzar en esta
materia para desarrollar dispositivos que funcionen en un solo electrón y que una molécula
de gran tamaño pueda hacer el trabajo de un transistor de hoy en día. Con ello los
dispositivos electrónicos con sistemas embebidos y las computadoras seguirán avanzando.
44 Anexo 2
Producción de los circuitos integrados (chips)
La construcción de un circuito integrado como un chip de computadora es un proceso muy
complejo que se divide en dos partes principales, frontales y posterior. En el extremo
delantero, de realizar los componentes del circuito. A continuación se muestra una
descripción simplificada de los pasos de producción.
Front End - Construcción de los componentes
1. Al igual que en la construcción de una casa, se necesita un plan para
la construcción de un chip. Los planes de construcción se hacen y se
prueban en computadoras.
2. A partir de los planos de construcción, se elaboran las máscaras con
los patrones de los circuitos que se formarán.
3. Bajo condiciones controladas, se cultiva un cristal de silicio puro. La
fabricación de circuitos exige el uso de cristales con un grado
extremadamente alto de perfección.28
4. El silicio se corta en láminas delgadas con una sierra de diamante. Las
obleas son pulidas en una serie de pasos hasta que su superficie tiene un
perfecto acabado de espejo.
28
El silicio es un material abundante y muy fácil de encontrar en la naturaleza (playa o en el desierto). El
silicio debe ser purificado en un proceso cuidadosamente controlado para ser utilizado en la producción de
circuitos integrados. El silicio es muy estable y se puede calentar a grados más alto sin perder sus
características.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 45 5. La oblea de silicio se cubre con una capa de aislante de óxido de
silicio.
6. Además se agrega una película de recubrimiento de material de
protección, que se coloca en la parte superior del óxido de silicio aislante.
Este material es sensible a la luz, como las películas de rollo fotográfico.
7. Se proyecta una luz UV a través de una máscara y en el chip. En las
partes que se ven afectados por la luz, el material protector se rompe.
8. La oblea desarrollada se enjuaga y se cuece. El proceso elimina las
partes del material protector expuesto a la luz.
9. La oblea se trata con productos químicos en un proceso llamado
"grabado". Esto elimina el material sin protección aislante, creando un
patrón de las partes no protegidas en las obleas de silicio rodeado de
zonas protegidas por el óxido de silicio.
10. En la oblea se ejecuta un proceso que altera las propiedades eléctricas
de las áreas no protegidas de la oblea. Este proceso se denomina
"dopaje". Pasos 5-10 se repiten para construir nuevas capas del circuito
integrado.
46 Back End - Adición de los cables de conexión
11. Finalmente, cuando todos los componentes del chip están listas, se
añade el metal para conectar los componentes entre sí en un proceso
llamado metalización. Esto se hace de una manera similar a la
fabricación de los componentes. En primer lugar un metal conductor
como el cobre se deposita sobre el chip.
12. En la parte superior del metal se agrega una capa UV-fotosensible.
13. A continuación, se agrega una máscara que describe la disposición
deseada de los alambres metálicos que conectan los componentes del
chip. Se proyecta una luz UV a través de la máscara. La luz llega a la
capa fotosensible que no está protegida por la máscara.
14. En el siguiente paso, se utilizan los productos químicos para eliminar
residuos de la capa fotosensible impactados por la luz UV.
15. Otro paso adicional es agregar un químico que elimina el metal no
protegido. ()
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 47 16. Esto deja un patrón de metal descrito por la máscara. Ahora, el chip
tiene una capa de hilos que conectan sus diferentes componentes.
17. Hoy en día, la mayoría de los circuitos integrados necesita más de
una capa de hilos. Los circuitos avanzados pueden necesitar hasta cinco
diferentes capas de metal para formar todas las conexiones necesarias.
Por ejemplo, se añade una nueva capa de metal y una capa de material
aislante, que se coloca entre las dos capas de metal, para evitar que los
cables de conexión en los lugares equivocados.
18. Cuando la última capa de conexión de cables de metal se han
añadido, los chips en la oblea de silicio se ponen a prueba para verificar
lo previsto.
19. Los chips en la oblea se separan con una sierra de diamante para
formar circuitos integrados individuales.
20. Finalmente, cada chip se embala en la carcasa protectora y se somete
a otra serie de pruebas. El chip ya está terminado y listo para ser enviado
a los fabricantes de dispositivos digitales.
48 Anexo 3
Mapa conceptual de un sistema embebido
Fuente: Universidad Católica de Oriente de Antioquía, Colombia
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 49 50 Anexo 4
Características técnicas y componentes de un sistema embebido.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 51 52 Anexo 5
Áreas de aplicación
Medios de transporte
Sector
§ Existirán redes de comunicación avanzadas que permitirán la
Aeroespacial comunicación: entre vehículos (p.ej. coche-coche; avión-avión, etc.), entre
componentes del mismo vehículo, usuario-vehículo y vehículoinfraestructura.
§ Se conseguirán niveles de confiabilidad muy elevados (fiabilidad,
robustez, calidad de servicio y disponibilidad) a costos de automoción.
§ Se generalizará la utilización de HW y SW abierto de uso comercial para
sistemas embebidos que ejecutan funciones con implicaciones en la
seguridad de vuelo y certificables.
§ Se implantarán sistemas globales de tráfico aéreo interactivos que
permitirán un incremento sustancial de la densidad del tráfico y su
seguridad.
§ Aparecerán sistemas embebidos en los aviones de transporte de viajeros
que permitirán ofrecer nuevos servicios a los viajeros (conexión a internet,
telefonía, etc.).
Sector
§ Se implantará el sistema europeo ERTMS que controlara la seguridad en
Ferroviario
la conducción de forma dinámica, así como compartir infraestructuras
entre los diversos países con independencia de los operadores ferroviarios.
§ Los sistemas de control ferroviario serán muy seguros, incluyendo
comunicaciones tren-tierra, control de velocidad, distancia entre vehículos
y gestión de flotas.
§ Se implantarán sistemas de conducción automática en el transporte
público ferroviario (tren y metro), gracias a que los sistemas expertos
serán cada vez más inteligentes y fiables. Esto permitirá aumentar la
seguridad (evitando los fallos humanos).
Sector
§ Los componentes tradicionales de los sistemas de freno, dirección, etc.
Automoción serán eliminados por completo gracias al uso de sistemas X-by-Wire, que
permiten la sustitución de los tradicionales enlaces mecánicos e
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 53 hidráulicos por sofisticados sistemas eléctricos.
§ La conducción autónoma se convertirá en una realidad para reducir el
número de accidentes, gracias a que los sistemas embebidos serán cada
vez más inteligentes y fiables.
§ La electrónica de potencia entrará de forma definitiva con la llegada
masiva de la tecnología de propulsión híbrida.
§ Algunos aspectos clave: tecnología insulated-gate bipolar transistors
(IGBTs), fuentes de tensión de 200 a 800V, etc.
§ AUTOSAR se impondrá como estándar, de momento en procesadores 32
bits. Se creará una red de proveedores de módulos y fabricantes de
herramientas AUTOSAR, que hoy es incipiente.
§ OSGi y tecnologías java serán usadas en entornos automoción para
implementar algunos servicios multimedia, de comunicaciones para la
eficiencia vial (información del tráfico, etc.).
§
Salud
§
§ Las redes inalámbricas de trasmisión de datos sanitarios serán seguras,
con garantía de funcionamiento, tendrán un acceso restringido y
asegurarán la privacidad de los datos.
§
§ Los sistemas sensoriales embebidos funcionarán como sistemas de
autodiagnóstico permitiendo su uso en cualquier entorno (hogar, trabajo,
ambulatorios, hospitales,..) sin necesidad de asistencia por parte de
personal clínico especializado.
§
§ Los sistemas multisensoriales permitirán mejorar el diagnóstico, el
tratamiento y el post-seguimiento de las enfermedades incorporando en el
mismo dispositivo la detección y el tratamiento.
§
§ Los sensores de señales vitales unidos a la localización permitirán una
atención mucho más rápida y efectiva en situaciones de emergencia.
§
§ Las prótesis humanas estarán dotadas de inteligencia, de forma que
mejorarán su funcionalidad y, por tanto, la calidad de vida de los
pacientes.
§
Automatiza-§ Las partes o componentes de sistemas incorporarán sistemas embebidos
ción
dotados de sensores para conocer su comportamiento, realizar
industrial
autodiagnósticos, almacenar su historial de fabricación y mantenimiento,
facilitando la construcción de grandes sistemas y el control de su
54 §
funcionamiento.
§
§ La gestión de almacenes y de logística de la empresa se hará mediante
sistemas embebidos en los productos y en los sistemas de transporte
internos para permitir seguir las existencias y hacer la gestión de pedidos
de forma automática.
§
§ Los sistemas de control industrial podrán ser controlados en tiempo real,
incluso a kilómetros de distancia, gracias al uso de servicios Web en
tiempo real.
§ Los sistemas de fabricación serán flexibles y autoconfigurables.
Infraestructura Será obligatorio que los contadores de la luz, agua y gas tengan
pública y
capacidad de ser leídos de forma remota y automática, evitándose la
Servicios
lectura manual y supervisión (por ejemplo para detección temprana de
averías) de los mismos.
Se implantarán masivamente los dispositivos embebidos en las
infraestructuras de iluminación pública para el control óptimo de éstas.
Las señales de tráfico y las infraestructuras se comunicarán
directamente con los vehículos para transmitirles información, así como
con los sistemas de gestión de tráfico para informar en tiempo real
sobre el estado del tráfico y las incidencias.
Se integrarán mecanismos de seguridad biométrica en los procesos de
negocio, personalizando la información al usuario final y adaptándose
al dispositivo.
Energía
Los sistemas embebidos permitirán la integración y gestión de la
generación distribuida presentando un alto grado de confiabilidad y
contribuyendo a los aspectos de mantenimiento y calidad de servicio de
la red energética.
Se generalizará el uso de tecnologías inalámbricas para el control de
infraestructuras energéticas, superando los actuales problemas de
seguridad.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 55 En las redes de energía se implantarán dispositivos electrónicos como
interfaz de medios de almacenamiento energético.
En los hogares, edificios y distritos, mediante el uso de sistemas
embebidos, se realizará una selección del momento de consumo más
conveniente evaluando la necesidad y la oportunidad para el estado de
la red. Asimismo se podrá seleccionar el origen de la energía,
evaluando la ventaja económica y de calidad.
Bienes de
consumo
Se generalizará el uso de identificación RFID (Radio frequency
identification technology) para gestión de logística, adaptación de
funcionalidad y oferta de servicios.
Existirá una trazabilidad completa de bienes de consumo en base a
tecnologías de identificación.
Los sistemas de información y entretenimiento (infotainment) serán
generalizados, ubicuos y permitirán modelos de negocio tipo
productor/consumidor (prosumer).
Medio
ambiente
Los sistemas sensoriales embebidos estarán emplazados físicamente en
el medioambiente y llevarán a cabo una medida on-line del grado de
contaminación (en aguas, suelos, etc.), la medición de variables
meteorológicas y previsión del fenómeno de inversión térmica.
Se diseñarán e implantarán sistemas embebidos que alerten de un alto
riesgo medioambiental en el mismo instante en que empiece a
producirse y también permitirán monitorizarlo (por ejemplo en caso de
un incendio o un vertido tóxico).
Fuerzas de
seguridad
Se generalizará el uso de aviones/helicópteros sin piloto (UAV) para
misiones de seguridad, con funciones de reconocimiento, identificación
e inteligencia.
Se desarrollará un sistema de comunicaciones celular de banda ancha,
que sustituya al actual TETRA, y que permita la implementación de
nuevos servicios para las Fuerzas de Seguridad (y otros servicios
profesionales).
56 El equipamiento del miembro de las fuerzas de seguridad integrará
sensores, proceso y presentación gráfica, de forma que le ayude en sus
misiones de patrulla. Estos sistemas del tipo `soldado del futuro”,
estarán enlazados con el vehículo de patrulla, que servirá de enlace de
comunicaciones entre el agente (y sus sensores) y la central.
El desarrollo de una nueva generación de sensores permitirá crear
sistemas de detección automática de explosivos que se instalarán en
estaciones y aeropuertos, controlándose el movimiento de este tipo de
materiales de forma generalizada y automatizada.
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 57 58 Anexo 6
Conocimientos de física en carreras afines
Licenciaturas
Carrera
Institución
Ingeniería en sistemas digitales y robótica
Licenciatura en mecatrónica
Licenciatura en ciencias
computacionales
Licenciatura de ingeniería electrónica
Licenciatura en ciencias
computacionales
Licenciatura en ciencias
computacionales
Conocimientos en física
Estática
Cinemática y dinámica
Universidad Tecnológica de Electricidad y magnetismo
Electrónica digital
México (UNITEC)
Hidráulica
Neumática
Dinámica
Electricidad y magnetismo
Electrónica analógica
Electrónica de potencia
Universidad Anáhuac del Sur Estática
Óptica, fluidos y ondas
Fundamentos de
semiconductores
Termodinámica
Física general
Universidad Autónoma de
Fundamentos de
Nuevo León (UANL)
electromagnetismo
Teoría electromagnética
Dispositivos electrónicos
analógicos
Universidad Jesuita de
Circuitos electrónicos
Guadalajara (ITESO)
analógicos
Sistemas electrónicos
analógicos
Mecánica
Universidad Juárez Autónoma
Elementos de electricidad y
de Tabasco
magnetismo
Universidad de Guanajuato
Electrónica analógica
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 59 60 Anexo 7
Catálogo de codificación de carreras, según el Instituto Nacional
de Estadísiticas, Geografía e Informática
413
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
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4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
4131
Inge nie ría e n Computación e Informática
Cibernética
Cibernética Electrónica
Cibernética y Ciencias de la Computación
Cibernética y Sistemas Computacionales
Ciencias Computacionales
Ciencias Computacionales y Telecomunicaciones
Ciencias de la Computación
Ciencias de la Informática
Ciencias de la Informática en Ciencias de la Computación
Ciencias de la Informática en Ciencias de la Información
Computación
Computación Administrativa
Computación Administrativa y de Producción
Computación Electrónica
Computación y Sistemas
Computación y Sistemas Digitales
Desarrollo Computacional
Informática
Informática Administrativa
Informática Corporativa
Informática en Computación Administrativa
Informática en Redes
Informática Gerencial
Ingeniería en Administración de Sistemas
Sistemas
Sistemas de Computo Administrativo
Sistemas Computacionales
Sistemas Computacionales Administrativos y Contables
Sistemas Computacionales en Hardware
Sistemas Computacionales en Programación
Sistemas Computacionales en Redes
Sistemas Computacionales en Software
Sistemas Computarizados
Sistemas Computarizados e Informática
Sistemas de Información
Sistemas de Informática y Auditoria
Sistemas Estratégicos de Información
Sistemas Operacionales
Teleinformática
Telemática
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 61 3) Personal académico
2) Estudiantes
1. Estructura del
programa
Categoría
Anexo 8
l
l
l
l
8.1 Perfil del núcleo académico básico
l
l
8. Núcleo académico
l
l
5.4 Participación en eventos académicos
7 Dedicación exclusiva al programa
l
l
5.3 Cursos con valor curricular
7 Dedicación
exclusiva al programa
l
l
5.2 Co-dirección de tesis
6. Tutorías
l
l
6. Tutorías
5. Movilidad
l
l
5. Movilidad estudiantil
5.1Becas mixtas
l
2.2 Evaluación del desempeño
l
l
2.1 Flexibilidad curricular
l
l
1.9 Idioma
l
l
1.8.Opciones de graduación
l
l
1.7 Actualización del plan de estudios
l
l
1.6 Mapa curricular
l
l
1.5 Congruencia del plan de estudios
l
l
l
1.4.Perfil de egreso
52 Evaluación
l
l
1.3.Perfil de ingreso
Desarrollo
l
l
Diseño
l
1.2.Objetivos y metas
1.1 Justificación
Sub-criterio
Categorías, criterios y sub-criterios alineados al PNPC
2.1 Flexibilidad curricular
2. Proceso de
enseñanza-aprendizaje 2.2 Evaluación del desempeño
3. Ingreso a
3.1 Selección de estudiantes
estudiantes
4.1 Trayectoria escolar
4. Trayectoria
4.2 Opciones y mecanismos para obtener el grado
1. Plan de estudios
Criterio
5) Resultados
4) Infraestructura
Categoría
17. Contribución al
conocimiento
15. Pertinencia del
programa
16. Efectividad del
posgrado
14.Trascendencia,
cobertura y
13. Tecnologías de
información
11. Información y
documentación
12. Información y
documentación
10. Espacios y
equipamiento
9. Líneas de
generación y/o
Criterio
básico
l
l
l
l
8.4 Organización Académica
8.5 Evaluación del desempeño del personal académico
l
l
17.3Dirección de tesis
17.4 Publicación de resultados de investigación
17.5 Participación de estudiantes y profesores en
encuentros académicos
17.6 Retroalimentación de la investigación y trabajo
profesional
Fondo de Información y Documentación para la Industria Cuaderno de trabajo. Número 01 / Julio de 2012 53 l
l
l
l
17.1 Investigación y desarrollo
16.1 Eficiencia terminal
l
l
14.2 Cobertura del programa
15.1 Satisfacción de los egresados
l
l
13.3 Atención servicios
l
14.1 Alcance y tendencia de los resultados
l
l
l
13.2 Redes
13.1Equipos e instalaciones
12.2 Acervos y servicios
l
l
10.1.2 Espacio para profesores y estudiantes
12.1 Biblioteca e instalaciones
l
10.1 Aulas
9.2 Participación de los estudiantes
9.1 Congruencia entre los objetivos y las LGAC
l
l
l
8.3 Distinciones académicas
l
l
l
8.2 Tiempo de Dedicación
Diseño
Evaluación
Sub-criterio
Desarrollo
Categorías, criterios y sub-criterios alineados al PNPC
6) Cooperación con
otros actores de la
sociedad
Categoría
Sub-criterio
18.1 Beneficios
18.2 Cooperación académica
19.1 Recursos aplicados a la vinculación
19.2 Ingresos extraordinarios
18. Vinculación
18. Vinculación
19. Financiamiento
19. Financiamiento
Categorías, criterios y sub-criterios alineados al PNPC
Criterio
Diseño
l
l
Desarrollo
54 Evaluación