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Revista Cubana de Ciencias Informáticas
ISSN: 1994-1536 | e-ISSN: 2227-1899
RNPS: 0547
http://rcci.uci.cu
Tipo de artículo: Artículo original.
Temática: Software libre.
Recibido: 14/3/2012 | Aceptado: 20/4/2012
Nova como sistema operativo embebido para hardware cubano
Nova as embedded operating system for cuban hardware
Ernesto Puente Fuentes1*, Daniel Hernández Bahr1, Mijail Hurtado Fedorovich1, José Ernesto Torres Sánchez1
1
Departamento de Sistemas Operativos. Centro de Software Libre. Facultad 1. Universidad de las Ciencias
Informáticas, Carretera a San Antonio de los Baños, km 2 ½, Torrens, Boyeros, La Habana, Cuba. CP.: 19370.
Correo-e: {epuente; dbahr; jetorres}@uci.cu
*Autor para la correspondencia:
Resumen
Este trabajo expone los resultados de construir un sistema operativo embebido basado en Nova, el cual brinda las
funcionalidades necesarias para crear el Cliente Ligero Cubano, utilizando como componente de hardware, la
Computadora en una Tarjeta CID 300/9 diseñada por el Instituto Central de Investigación Digital. Obteniéndose la
primera versión de Nova para la arquitectura de computadora Advanced RISC Machine y el primer sistema operativo
base, estable y de propósito general para la CID 300/9. Se expone un estado del arte de los sistemas operativos
embebidos más utilizados actualmente; la estructura de la solución, los métodos y herramientas empleados para
obtenerla.
Palabras clave: Cliente ligero, nova, sistema embebido, sistema operativo embebido.
Abstract
This paper presents the results of the construction a an embedded operating system based on Nova, which provides
the needed features to create the Cuban Thin Client, using as hardware component the Computer on a CID 300/9
Board designed by the Central Institute for Digital Research, obtaining the first version of Nova for the Advance RISC
Machine computer architecture and the first base operating system, stable and for general purposes for the CID
300/9. A state of the art of the currently most used embedded operating systems, the solution's structure, the methods
and tools used for its development are presented.
Keywords: embedded system, embedded operating system, Nova, thin client.
1. Introducción
El desarrollo de los sistemas de cómputo presenta un avance acelerado desde hace varios años. La utilización de
micro-controladores como parte integrante de muchos equipos electrónicos, dio surgimiento a los Sistemas
Embebidos (SE).
Un sistema embebido “[...] consiste en un sistema de computación cuyo hardware y software están específicamente
diseñados y optimizados para resolver un problema concreto eficientemente. El término "embebido" (también se le
conoce como “empotrado”) hace referencia al hecho que la electrónica o el sistema electrónico de control es una parte
integral del sistema en que se encuentra. La característica principal que diferencia a los “embebidos” de los demás
sistemas electrónicos es que, por estar insertados dentro del dispositivo que controlan, están sujetos en mayor medida
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a cumplir requisitos de tamaño, fiabilidad, consumo y coste, y su existencia puede no ser aparente” (Arilla y Arribas
2009).
Los sistemas embebidos forman una parte importante de la sociedad, intervienen en casi todas las esferas de la vida
social y productiva de un país. Al mirar alrededor, se observa, que casi todos los dispositivos electrónicos contienen o
pronto tendrán un SE. Estos se encuentran en teléfonos móviles y fijos, equipos médicos, sistemas de navegación,
dispositivos audio – visuales, impresoras, automóviles, automatización de procesos de producción, equipos de control
de acceso y electrodomésticos de todo tipo. El diseño de sistemas embebidos es un motor clave de la industria y del
desarrollo tecnológico, es un campo que en los últimos años muestra un crecimiento notable.
En medio de los retos que presentan la globalización y la fuerte presión ejercida por los mercados, la producción de
productos de alta calidad y valor agregado por sus desarrolladores en países en vías de desarrollo como Cuba,
constituye un aporte transcendental en la soberanía tecnológica, seguridad nacional, sustitución de importaciones y
generación de divisas. Insertarse en el desarrollo de sistemas embebidos competitivos en mercados nacionales e
internacionales, requiere una gran especialización en sus dos componentes principales: hardware y software.
Uno de los componentes de mayor importancia en estos sistemas lo constituye el sistema operativo que utiliza, que se
conoce como sistema operativo embebido, como medio para diferenciarlos de los sistemas operativos tradicionales.
Un sistema operativo embebido usualmente es diseñado para una aplicación específica, por lo tanto es más estático
que un sistema operativo de propósito general; es un software muy pequeño y en ocasiones puede ser una versión
reducida de algún sistema operativo que se utiliza en una computadora tradicional.
Existen varios sistemas operativos embebidos de reconocimiento a nivel mundial. Cabe destacar por su actual impacto:
Android y iOS (Murph, 2011; Enzer, 2011; Anon, 2011; Pastor, 2011; Epstein, 2011; Brownlow, 2011; Gifra, 2011;
Higginbotham, 2011; Dalrymple et al., 2011).
Android es un sistema operativo de código abierto basado en el núcleo de Linux, diseñado originalmente para
telefonía móvil. Con el transcurso de los años, logra expandir su desarrollo para otros dispositivos como tablet,
reproductores audio - visuales, netbook, hasta llegar a microondas y lavadoras. Es uno de los principales productos de
la Open Handset Alliance (Anon., 2007; Kharif, 2008; Martínez, 2008) y presenta la mayor cuota de mercado entre
sus competidores (Pettey y otros, 2011).
iOS es un sistema operativo móvil de Apple, desarrollado originalmente para el iPhone, actualmente instalado en
todos los dispositivos iPhone, iPop e iPad. Está basado en el sistema operativo Mac y posee un modelo de desarrollo
privativo. Actualmente es la principal competencia de mercado de Android, según cita a Steve Jobs en el artículo
Apple Previews iPhone OS 4 (Muller et al., 2010), refiriéndose a iOS plantea que “es el más avanzado sistema
operativo móvil del mundo”.
En la Tabla 1 se muestra el comportamiento de las ventas de dispositivos móviles con estos y otros sistemas en los
últimos años, y posibles comportamientos futuros, expresado en unidad de miles (Pettey y Stevens, 2011).
Predicciones mantienen la atención en Android e iOS y, la aumenta para otros como: Research In Motion y Microsoft.
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Tabla 1. Venta de dispositivos móviles por sistema operativo.
Sistema Operativo
2010
2011
2012
2015
Symbian
111.577,0
89.930,0
32.666,0
661,0
Android
67.225,0
179.873,0
310.088,0
539.318,0
Research In Motion
47.452,0
62.600,0
79.335,0
122.864,0
iOS
46.598,0
90.560,0
118.848,0
189.924,0
Microsoft
12.378,0
26.346,0
68.156,0
215.998,0
Cuba inmersa en el proceso de Informatización de la Sociedad, y como parte de este en la migración a plataformas de
informatización de código abierto, apuesta por la distribución cubana de GNU/Linux Nova, como el sistema operativo
a utilizar en el país. “Nova surge como una distribución de GNU/Linux orientada a escritorio desarrollada en la
Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) a través del proyecto del mismo nombre” (Pierra, 2011). Su
desarrollo, uso y aplicación está basando en los principios de Seguridad, Soberanía Tecnológica, Socio-adaptabilidad
y Sostenibilidad, definidos como las 4S, los cuales “pretenden materializar las razones que llevan a nuestro País a
ejecutar el necesario proceso de migración tecnológica” (Pierra, 2011). En la actualidad el campo de acción de Nova
es más amplio, posee líneas de investigación y desarrollo para otros productos, entre los que se encuentra el desarrollo
de sistemas operativos embebidos.
Nova realiza su primera incursión como sistema operativo embebido en el año 2011, a partir de la idea de la empresa
Gente De Mérito (GEDEME) de crear el Cliente Ligero Cubano en conjunto con la UCI y el ICID. Cliente que
utilizaría como hardware, la Computadora en una Tarjeta CID 300/9 diseñada en el ICID, basada en la Arquitectura de
Computadora ARM. Para completar el Cliente Ligero se necesita la construcción de un sistema operativo para la CID
300/9, que brinde las funcionalidades necesarias; reto que asume y desarrolla Nova, y se presenta en este trabajo.
2. Materiales y métodos o Metodología computacional
Para el desarrollo de la solución se utilizan herramientas como Minicom, Qemu, CodeSourcery y Visual Paradigm. Se
analizan libros, artículos, trabajos de diplomas, tesis de maestrías y diferentes teorías sobre la personalización de
distribuciones GNU/Linux para dispositivos embebidos (Beekmans, 2007; Berry, 2008; Brody, 2010; Carter, 2004;
Ciccone et al., 2010; Dooks, 2006; Free Electrons, 2010; Hower et al., 2010; Hurtado et al., 2010; ICID, 2010; Jarno,
2008; King, 2004; Machín et al., 2010; Mankinen et al., 2005; Meza, 2010; Parra, 2001; Pérez, 2010; Nova, 2010;
Reimer, 2010; Valroff, 2011; Verens, 2004). Para guiar el proceso de construcción del sistema se utiliza el Proceso
Unificado de Desarrollo de Software (RUP, por sus siglas en inglés) como metodología de desarrollo, y para el
modelado de procesos el Lenguaje de Modelado Unificado (UML, por sus siglas en Inglés) y la Notación de
Modelado de Procesos de Negocio (BPMN, por sus siglas en Inglés).
3. Resultados y discusión
Con la personalización de Nova para la CID 300/9, se crea el primer sistema operativo base de propósito general para
este dispositivo. Este sistema elimina deficiencias existentes en el sistema operativo instalado por defecto en la CID y
permite la gestión de cambios de forma sencilla. A partir de este sistema base, se añaden un conjunto de aplicaciones
necesarias para completar la funcionalidad de cliente ligero. Además, se crea una fuente de documentación ampliada
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para la construcción de nuevos sistemas para dispositivos de este tipo. A partir de las características específicas de
este hardware, Nova utilizando un núcleo de Linux personalizado, permite utilizar varios dispositivos (red, video,
audio y tarjeta SD) de la CID 300/9, hasta el momento imposible para otros sistemas operativos embebidos y
distribuciones de GNU/Linux que bridan soluciones para dispositivos ARM como Debian y Ubuntu.
3.1 Arquitectura del sistema
Nova para el Cliente Ligero Cubano, está compuesto por tres capas: el núcleo, el sistema base y el cliente ligero. Cada
una de ellas, con sus componentes y funciones, serán detalladas en las secciones siguientes.
Figura 1. Arquitectura del sistema.
3.2 Núcleo
“El núcleo del sistema, es el primer elemento que se inicia al encender la computadora. Su funcionamiento no puede
verse como un proceso aislado que tiene un inicio y fin, sino como un elemento que se está ejecutando durante todo el
tiempo que el sistema está en funcionamiento” (Puente, 2011). Entre sus principales tareas están la administración de
los recursos de la computadora (memoria y procesador), así como permitir la comunicación del sistema con los
dispositivos físicos a través de sus controladores.
Esta capa del sistema está compuesta por la versión 2.6.29 del núcleo de Linux, a la cual se le realizaron algunas
modificaciones por parte del ICID en los controladores de dispositivos, sin las cuales no sería posible la utilización de
ciertos dispositivos y sin ellos la computadora. Además se configuró el núcleo para añadirle nuevos soportes en
cuanto a sistemas de ficheros, funciones de red y otros de importancia para el completo funcionamiento del sistema.
3.3 Sistema Base
“El sistema base de la distribución contiene los paquetes esenciales del sistema. Estos paquetes comprenden lo
necesario para el arranque del sistema, detección de dispositivos, configuración de la red, trabajo básico con ficheros
[…]” (Puente, 2011).
Las principales aplicaciones que conforman esta capa son: sysvinit para el inicio del sistema, udev para el
reconocimiento de los dispositivos, dpkg para instalar el resto de las aplicaciones, y netbase para la configuración de
la red.
3.4 Cliente Ligero
“Al terminar de iniciar las funcionalidades básicas del sistema, se inician y configuran un conjunto de aplicaciones
que darán soporte a la funcionalidad de cliente ligero […]. Según el protocolo de comunicación configurado por el
administrador del sistema, se creará una conexión entre el servidor de cliente ligero y la terminal cliente, mediante la
cual y según las particularidades de cada protocolo, se procede al transporte de datos entre ambos lados […]. En la
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capa de cliente ligero se encuentran las herramientas necesarias para crear la conexión entre el cliente ligero y el
servidor de cliente ligero [...]” (Puente, 2011).
Los principales elementos que componen esta capa son: xorg como servidor gráfico, rdesktop y xtightvncviewer
como protocolos de comunicación RDP y VNC respectivamente, y pulseaudio para el transporte de sonido entre el
servidor y el cliente.
Proceso de Construcción
El proceso de construcción del sistema transita por siete etapas principales, las cuales se muestran en la Figura 2 y se
detallan a continuación.
 Levantamiento de Requisitos
En esta etapa se realiza el levantamiento de los requisitos del sistema, a través de las necesidades del cliente y las
características de la computadora donde se propone utilizar el sistema.
 Definición de la Arquitectura
Una vez definidos los requisitos del sistema, se crea una arquitectura candidata que contemple aspectos de seguridad,
integridad y funcionalidad del sistema, en la cual se definen las capas, los componentes de estas y mecanismos de
integración.
 Configuración y compilación del núcleo
A partir del código fuente del núcleo de Linux, se configura con las funcionalidades necesarias de acuerdo a los
requisitos del sistema. Al completar la configuración se realiza un proceso de compilación cruzada desde la
arquitectura de computadora x86 para ARM, a través del cual se obtiene el código binario del núcleo a instalar en la
computadora.
 Construcción de la Capa: Sistema Base
En esta etapa, a partir de las condiciones y tecnologías existentes para el desarrollo de la solución se realizan las
siguientes acciones: descargar y desempaquetar las aplicaciones que integrarán esta capa desde de un repositorio de
paquete de código binario. Una vez desempaquetado el sistema base, se realizan algunas tareas de configuración hasta
lograr un sistema base funcional y estable.
 Construcción de la Capa: Cliente Ligero
Tomando como entrada el sistema base funcional y mediante la utilización de algunas aplicaciones para la gestión de
los paquetes, se instalan y configuran las aplicaciones necesarias para completar las funcionalidades de cliente ligero
al sistema. Al finalizar esta etapa se obtiene una versión del sistema completo lista para instalar.
 Instalación del sistema en el CID 300/9
Al terminar la confección del sistema y núcleo, se procede a la instalación de estos dentro de la CID, utilizando una
Tarjeta SD para el sistema de ficheros y la memoria FLASH NAND para núcleo.
 Pruebas al sistema
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Completado el prototipo del Cliente Ligero Cubano se procede a la realización de pruebas de aceptación, aunque
durante el tránsito por las diferentes etapas se realizan pruebas de integración y unitarias para cada una de las
funcionalidades y elementos añadidos al sistema.
F i g u r a 2 . Proceso de construcción del sistema.
4. Conclusiones
Se logra crear el primer sistema operativo embebido cubano basado en Nova, el cual brinda la solución de software
para crear el Cliente Ligero Cubano, y a su vez, crear un sistema base para la CID 300/9 que puede ser utilizado para
diferentes propósitos.
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Con el desarrollo de esta solución se amplía la documentación existente hasta el momento para el desarrollo de
sistemas operativos embebidos, en especial para la CID 300/9. El estudio de la estructura y proceso de construcción
de estos sistemas operativos, así como las principales competencias de mercado, se convierte en tarea de orden para
Nova, en su afán constante de crear nuevos productos basados en los principios de Seguridad, Soberanía Tecnológica,
Socio-adaptabilidad y Sostenibilidad.
Este producto muestra a Nova como un grupo de desarrollo y soporte para la construcción de sistemas operativos
embebidos. Abre las puertas al desarrollo de otros SE en el país, en esferas tan diversas como: seguridad, multimedia,
comunicaciones, transporte y dispositivos para hogar. Así se lograría obtener soluciones totalmente cubanas, con gran
valor agregado, que aporten al crecimiento económico del país.
El desarrollo de productos que integren software y hardware cubano abarataría los costos de adquisición, mejoraría la
calidad y estarían adaptados a las características propias del país, lo cual resultaría un mejor aprovechamiento de sus
funcionalidades por parte de los usuarios que los utilicen.
5. Referencias
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Grupo Editorial “Ediciones Futuro”
Universidad de las Ciencias Informáticas. La Habana, Cuba
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