Les systèmes embarqués

Chapitre I

Généralités sur les systèmes

embarqués

Chapitre I généralités sur les systèmes embarqués

I.1. DEFINITIONS :

Définition 1 :

Les systèmes électroniques sont de plus en plus présents dans la vie courante. Les ordinateurs et micro-ordinateurs sont des systèmes électroniques bien connus. Mais l'électronique se trouve maintenant embarquée dans de très nombreux objets usuels : les téléphones, les agendas électroniques, les voitures. Ce sont ces systèmes électroniques enfouis dans les objets usuels qui sont appelés systèmes embarqués.

Définition 2 :

« Embedded system » tout système conçu pour résoudre un problème ou une tache spécifique mais n'est pas un ordinateur d'usage général.

-Utilisent généralement un microprocesseur combiné avec d'autres matériels et logiciel pour résoudre un problème de calcul spécifique.

-Système électronique et informatique autonome ne possédant pas des entrées-sorties standards.

-le système matériel et l'application sont intimement liés et noyés dans le matériel et ne sont discernables comme dans un environnement de travail classique de type PC.

Définition 3 :

N'est pas visible en tant que tel, mais est intégré dans un équipement doté d'une autre fonction ; ou dit aussi que le système est enfoui, ce qui traduit plus fidèlement le terme anglais « Embedded ».

-Une faible barrière existe entre les systèmes embarqués et les systèmes temps réel (un logiciel embarqué n'a pas forcément de contraintes temps réel).

-La conception des ces systèmes est fiable (avions, système de freinage ABS) à cause de leur utilisations dans des domaines à fortes contraintes mais également parce que l'accès au logiciel est souvent difficile une fois le système fabriqué.

Définition 4 :

Les microprocesseurs s'étendent depuis de simples microcontrôleurs 8bits aux 64bit le plus rapidement et les plus sophistiqués.

-le logiciel système inclus s'étend d'un petit directeur à un grand logiciel d'exploitation en temps réel (RTOS) avec une interface utilisateur graphique (GUI). Typiquement, le logiciel système inclus doit répondre aux événements d'une manière déterministe et devrait toujours être opérationnel.

Les systèmes embarqués couvrent aussi bien les commandes de navigation et de commande de trafic aérien qu'un simple agenda électronique de poche.

I.2. HISTORIQUE :

La plupart des machines qui nous simplifient la vie ont besoin d'un système de régulation ou de contrôle pour fonctionner de manière correcte.

Ces systèmes de contrôle existent depuis bien avant l'invention des ordinateurs. Exemple :

Pour maintenir une locomotive à vapeur à une vitesse constante, on a besoin d'un système qui régule la quantité de vapeur envoyée dans les pistons.

Si la locomotive ralentit (pente montante...) il faut injecter plus de vapeur, si la locomotive accélère, il faut injecter moins de vapeur On aimerait que cette tâche se fasse de façon «automatique», c'est-à dire avec un minimum d'intervention de l'être humain.

Solution : le gouverneur à force centrifuge

valve valve

d'admission d'adminission

de vapeur de vapeur

axe relié aux roues rotation rapide fermeture

Figure a : Système de régulation de quantité de vapeur

Ces systèmes de contrôle peuvent donc être réalisés de manière forte simple. Avec le développement de la technologie, on a opté pour des systèmes basés sur l'électronique.

Parallèlement à ce développement des systèmes de contrôle, les systèmes informatiques se sont développés. Ceux-ci sont vite sortis du cadre des «machines de bureau» ou de «machine à calculer» dans lequel ils avaient initialement été développés, (Ordinateur = machine à traiter l'information).

Il est donc naturel d'utiliser les possibilités de calcul de l'ordinateur comme composant d'un système plus large. Pour remplacer un système de régulation analogique, et pour réaliser un traitement qui serait trop complexe / impossible en analogique...

Les Avantages:

· plus grande flexibilité des systèmes informatiques.

· On peut modifier le programme.

· On peut réutiliser plus facilement ce qui existe déjà.

· plus de puissance de calcul.

· plus compact.

Sys. Contrôle Informatique

Systèmes embarqués

Un des premiers exemples de système embarqué date du début des années 1960. Il s'agit de l'ordinateur de bord des vaisseaux spatiaux du programme Apollo, qui a amené N. Armstrong sur la lune. Cet ordinateur contrôlait en temps réel les paramètres de vol et adaptait la trajectoire. Il fonctionnait en mode interactif.

Interface utilisateur Pas de CPU: plus de 4000 circuits intégrés contenant chacun 3 portes NOR 32 Ko de RAM 72 Ko de ROM 2MHz Programme en assembleur (11 instructions)

Figure b : Le premier système embarqué

Le premier système embarqué qui a été produit en série est vraisemblablement le D-17 d'Autonetics. Il servait de système de contrôle aux missiles nucléaires américains LGM-30 Minuteman, produit à partir de 1962.

Disque dur

Figure c : Le système de contrôle aux LGM-30 Minuteman Le disque était utilisé comme mémoire primaire !

Depuis les systèmes se sont diversifiés, ils ont permis l'explosion du marché des «consumer electronics» où tout est (devenu) numérique (GSM, électroménager, MP3s, etc.). Ils sont également bien présents dans le domaine industriel pour Contrôle de processus de production, etc.

La convergence entre les applications électroniques pour grand public et les ordinateurs est de plus en plus grande : La console de jeu XBox de Microsoft n'est qu'un PC «emballé» sous la forme d'une console. Il est de plus en facile de transformer son PC de bureau en «media center» qui remplace la chaîne hi-fi et le lecteur DVD...

Brève histoire des systèmes embarqués :

1967 : Apollo Guidance Computer, premier système embarqué. Environ un millier de circuits intégrés identiques (portes NAND).

1960-1970 : Missile Minuteman, guidé par des circuits intégrés.

1971 : Intel produit le 4004, premier microprocesseur, à la demande de Busicom. Premier circuit générique, personnalisable par logiciel.

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1972 : lancement de l'Intel 8008, premier microprocesseur 8 bits (48 instructions, 800kHz).

1974 : lancement du 8080, premier microprocesseur largement diffusé. 8 bits, (64KB d'espace adressable, 2MHz - 3MHz).

1978 : création du Z80, processeur 8 bits.

1979 : création du MC68000, processeur 16/32 bits.

I.3.Classes des systèmes embarqués : > Calcul normal (limite de matériels) - Application similaire à une application de bureau mais empaquetée dans un système embarqué.

- Les jeux de vidéo, set- top box, et TV Box. > Les systèmes de contrôle

- Contrôle de systèmes en Temps Réel.

- Moteur d'automobile, traitement chimique, traitement nucléaire, système de navigation aérien.

> Traitement de signal

- Calcul sur de grosses quantités de données.

- Le radar et sonar, le dispositif de compression vidéo.

> Télécommunications & Réseau

- Transmission d'information et commutation. - Téléphone portable, Dispositifs de l'Internet.