Architecture des systèmes embarqués - Chapitre 2
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Questions and Answers

Qu'est-ce que SoC signifie en français ?

Système sur puce

Quelles fonctions sont souvent présentes dans un SoC ?

  • Processeurs embarqués (correct)
  • IP réutilisables et complexes (correct)
  • Interface standard (USB, PCI, Ethernet) (correct)
  • Bus (correct)
  • Logiciels embarqués (correct)
  • Mémoires embarquées (correct)
  • Modules de signaux mixtes (ADC/DAC) (correct)
  • Toutes les options ci-dessus

    • Quelle est la loi qui prédit le doublement du nombre de transistors sur une puce tous les deux ans ?

    La loi de Moore

    La conception monolithique des SoC est facilement adaptable aux nouvelles exigences.

    <p>False (B)</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les principales limites du SoC qui ont conduit à l'évolution vers le MPSoC ?

    <p>Performances limitées pour le multitâche (B), Évolutivité limitée (C), Limitations de la gestion énergétique (D), Inadéquation pour les systèmes critiques et en temps réel (E), Spécialisation limitée (F), Manque de parallélisme (G)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le cœur du SoC ?

    <p>Le processeur (CPU)</p> Signup and view all the answers

    Quelles sont les trois grandes familles de SoC ?

    <p>Système sur une puce construit autour d'un microcontrôleur (A), Système sur une puce construit autour d'un microprocesseur (B), Système sur une puce dédié à une tâche spécifique (D)</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce que la composante GPU du SoC ?

    <p>La puce graphique</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle du NPU (Neuronal Processing Unit) ?

    <p>L'intelligence artificielle</p> Signup and view all the answers

    Que permet le DSP (Digital Signal Processor) ?

    <p>Le traitement des signaux numériques</p> Signup and view all the answers

    Que gère le modem intégré au SoC ?

    <p>Les protocoles de communication</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la fonction du processeur d'images (ISP) ?

    <p>La création d'images numériques</p> Signup and view all the answers

    Que gère le processeur de sécurité (SPU) ?

    <p>La sécurité du smartphone</p> Signup and view all the answers

    Que fait la composante DMA (Direct Memory Access) ?

    <p>Le transfert automatique de données</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle du PMU (Power Management Unit) ?

    <p>La gestion de l'alimentation et de la consommation d'énergie</p> Signup and view all the answers

    Que fait le PLL (Phase-locked loop) ?

    <p>La gestion des fréquences d'horloge</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle du VCO (Voltage-controlled oscillator) dans l'ESP8266 ?

    <p>La génération et la modulation des fréquences d'horloge</p> Signup and view all the answers

    Quels types de cœurs ARM sont courants dans un MPSoC ?

    <p>Cortex-R (A), Cortex-M (C), Cortex-A (D)</p> Signup and view all the answers

    L'architecture MPSoC est moins efficace que l'architecture SoC pour le traitement parallèle.

    <p>False (B)</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la caractéristique principale qui distingue MPSoC de SoC ?

    <p>L'intégration de plusieurs processeurs sur une seule puce</p> Signup and view all the answers

    Quel est le bus de communication avancé utilisé dans les MPSoC ?

    <p>AXI Interconnect</p> Signup and view all the answers

    Les MPSoC sont conçus pour être utilisés dans les mêmes applications que les SoC.

    <p>False (B)</p> Signup and view all the answers

    Quels sont les avantages d'utiliser un MPSoC par rapport à un SoC ?

    <p>Fiabilité accrue (A), Capacités de traitement hétérogène améliorées (B), Scalabilité accrue (C), Meilleures performances pour le traitement parallèle (D), Efficacité énergétique accrue (E)</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'exemple typique de MPSoC cité dans le texte ?

    <p>Le ZynqUltraScale+ MPSoC de Xilinx</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Loi de Moore

    La loi de Moore prédit que le nombre de transistors sur une puce double environ tous les deux ans, entraînant une augmentation exponentielle de la puissance de calcul disponible.

    SoC (System On Chip)

    Un système complet intégré sur une seule puce de silicium, combinant processeurs, mémoires, logiciels, interfaces, etc.

    MPSoC (Multiprocessor System on Chip)

    Une architecture qui intègre plusieurs processeurs sur une seule puce pour une exécution efficace de tâches parallèles.

    Processeur (CPU)

    Le coeur du SoC, responsable des calculs, similaire à un ordinateur avec des coeurs, une fréquence et un cache.

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    Fréquence d'un processeur

    Le nombre de cycles de calculs par seconde qu'un processeur peut effectuer, déterminant la rapidité d'exécution des tâches.

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    Thread

    Un fil d'exécution, une tâche réalisée par le processeur, un seul coeur peut exécuter plusieurs threads en parallèle.

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    Cache

    Petite mémoire rapide intégrée au processeur pour stocker les informations fréquemment utilisées, évitant des accès fréquents à la RAM.

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    Puce graphique (GPU)

    Responsabilité du calcul des images pour l'affichage à l'écran, en charge du rendu 2D et 3D.

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    Puce neuronale (NPU)

    Gestion de l'intelligence artificielle des smartphones, effectuant les calculs d'IA directement sur l'appareil.

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    Processeur de signal numérique (DSP)

    Traitement des signaux numériques, comme le filtrage, la compression et l'extraction de signaux audio et vidéo.

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    Modem (Interface)

    Gère les différents protocoles de communication, assurant la connectivité Wi-Fi, Bluetooth, NFC, 4G, 5G, etc.

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    Processeur de signal d’images (ISP)

    Crée des images numériques, corrigeant les limitations optiques des petits capteurs photo des smartphones.

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    Processeur de sécurité (SPU)

    Bouclier du smartphone, protège les données biométriques, bancaires, la carte SIM et les clés de chiffrement.

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    DMA (Direct memory access)

    Transfert automatique de données vers/depuis la mémoire, améliorant les performances avec un bus large et des transferts en mode "burst".

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    Limites du SoC

    Limites du SoC qui ont mené à l'essor du MPSoC, liées à la complexité croissante des applications et aux besoins en performance, parallélisme et gestion énergétique.

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    Performances limitées pour le multitâche

    L'utilisation de plusieurs cœurs de processeur homogènes peut limiter la capacité à gérer plusieurs types de tâches simultanément, surtout pour les calculs intensifs.

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    Manque de parallélisme

    Les SoC ne sont pas optimisés pour les tâches fortement parallèles, manquant de flexibilité pour gérer plusieurs processus simultanés.

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    Spécialisation limitée

    Les SoC sont souvent généralistes et ne disposent pas d'unités de traitement spécialisées suffisantes pour des applications spécifiques comme le traitement d'image ou l'IA.

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    Limitations de la gestion énergétique

    Les SoC ne sont pas toujours optimaux pour tous les types de charges, consommant plus d'énergie pour des tâches qui pourraient être gérées par des unités spécialisées.

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    Évolutivité limitée

    La conception non modulaire du SoC rend difficile sa mise à l'échelle pour des applications plus exigeantes, nécessitant une refonte complète pour s'adapter.

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    Inadéquation pour les systèmes critiques et en temps réel

    Les SoC peuvent ne pas offrir les garanties nécessaires en termes de performance en temps réel pour des applications critiques comme l'automobile ou les systèmes médicaux.

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    Processeurs d’application (ARM Cortex-A)

    Coeurs ARM utilisés pour les tâches de calcul intensif et les applications utilisateur, offrant un bon équilibre entre performance et consommation d'énergie.

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    Processeurs en Temps Réel (ARM Cortex-R)

    Coeurs ARM dédiés aux tâches nécessitant une faible latence et une haute fiabilité, optimisés pour les applications en temps réel.

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    Processeurs graphiques (ARM Mali)

    GPU utilisés pour le traitement graphique et les applications multimédia, offrant des performances élevées pour les applications modernes.

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    Unités de codec vidéo

    Traitement de compression et de décompression vidéo, permettant de stocker et de transmettre des vidéos de manière plus efficace.

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    Unités de gestion de la puissance

    Optimisent la consommation d'énergie en fonction de la charge de travail, ajustant la fréquence et la tension des processeurs et utilisant des modes de veille.

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    AXI Interconnect

    Bus de communication avancé permettant une communication rapide et efficace entre les composants du MPSoC, supportant une large gamme de configurations.

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    DDR4

    Mémoire vive à haute performance offrant des vitesses de transfert élevées, une faible latence et une grande capacité.

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    LPDDR4

    Version à faible consommation d'énergie de la DDR4, optimisée pour les dispositifs mobiles.

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    Unités de sécurité

    Assurent la protection des données et la configuration sécurisée du système, intégrant des technologies comme le démarrage sécurisé et la cryptographie.

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    Study Notes

    Chapitre 2 : Architecture des systèmes embarqués : SoC, MPSOC

    • Le chapitre traite de l'architecture des systèmes embarqués, en se focalisant sur les SoC (System-on-Chip) et MPSOC (Multiprocessor System-on-Chip).

    Évolution du marché des systèmes électroniques (Applications)

    • La demande de services en télécommunication, multimédia, TS & I, etc. a augmenté, conduisant à un marché en constante évolution.
    • Les applications telles que l'audiovisuel numérique (fixe ou portable), la VOD (Set-Top Box), Visiophone et eTV, les téléphones portables (3G), les baladeurs audio (CD, MP3, MP4), les ordinateurs, les PDA et l'électronique embarquée dans l'automobile (GPS) illustrent cette évolution.

    Évolution du marché des systèmes électroniques (Applications)

    • L'évolution du nombre de transistors par personne est corrélée à la loi de Moore.
    • Cette loi prédit une augmentation exponentielle de la puissance de calcul disponible tous les deux ans.

    Évolution du marché des systèmes électroniques (Besoins)

    • Augmentation des fonctionnalités et des puissances de calcul.
    • Réduction des dimensions géométriques.
    • Baisse de la consommation d'énergie.
    • Souplesse et malléabilité de l'architecture.
    • Développement rapide en technologie.
    • Limiter les coûts de développement.
    • Adaptation aux normes et évolution des normes.

    Avènements Technologiques

    • Le coût du transistor diminue de -42% chaque année.
    • Le nombre de transistors par puce double en moyenne tous les deux ans.
    • L'intégration de composants sur une seule puce s'est intensifiée, passant de 97 millions en 2007 à 1,5 milliard en 2013.
    • Cette augmentation de l'intégration a permis le passage à une technologie plus complexes.

    Les SoC

    • Définition de SoC : Un SoC (System on Chip) est un système complet sur une seule puce de silicium.
    • Nombreuses fonctions déjà complexes sur une même puce : processeurs embarqués, mémoires embarquées, logiciels embarqués et connectiques standards (USB, PCI, Ethernet...).
    • Les SoC peuvent intégrer des blocs IP réutilisables et complexes, ainsi que des modules de signaux mixtes (ADC/DAC).

    Composants d'un SoC

    • Le CPU (Central Processing Unit) : c'est le cœur du SoC, fonctionnant à l'identique d'un ordinateur. Il intègre plusieurs coeurs cadencés à différentes fréquences pour exécuter des threads et stocker des informations en cache.

    • Les cœurs : Un processeur est composé de plusieurs cœurs (dual-core, quad-core ou octo-core). Cela permet le traitement simultané de plusieurs applications (multitâche).

    • La fréquence : La fréquence du processeur détermine la vitesse d'exécution des tâches. Plus la fréquence est élevée, plus l'exécution d'une tâche est rapide.

    • Les threads : Les cœurs d'un processeur exécutent des threads (fils d'exécution), qui représentent des tâches individuelles.

    • Le cache : Le cache est une petite mémoire rapide qui stocke les informations récurrentes utilisées par le processeur. Cela permet d'éviter de les charger à partir de la RAM.

    • La puce graphique (GPU) : le GPU calcule les images en 2D et 3D, et gère l'affichage. Sa fréquence de rafraîchissement détermine la fluidité de l'image.

    • La puce neuronale (NPU) : traite les tâches liées à l'intelligence artificielle (IA).

    • Le modem : l'unité réseau gère différents protocoles de communication comme le Wifi, Bluetooth, NFC et les technologies mobiles (4G, 5G, 3G).

    • Le processeur de signal d'images (ISP) : traite et met en forme les images numériques capturées par le capteur du smartphone.

    • Le processeur de sécurité (SPU): protège les données biométriques sensibles, les données bancaires, etc.

    Les DMA

    • DMA : accède directement à la mémoire pour des transferts de données efficaces.
    • Le DMA peut effectuer des transferts entre les composants du système.
    • Le DMA accélère le transfert de données de grande taille à partir des composants du système vers la mémoire et vice-versa.
    • Le DMA est configuré par le CPU et peut effectuer des transferts de données en mode "burst".

    Différents types de SoC

    • Systèmes sur puce (SoC) basés sur microcontrôleurs comme Arduino.
    • SoC basés sur microprocesseurs, utilisés largement dans les smartphones.
    • SoC dédiés à une tâche particulière, comme ceux utilisés pour les fonctions FPGA.

    Composition d'un SoC Samsung Exynos990 - GalaxyS20

    • Représentation schématique des divers composants d'un système sur puce.
    • Intégration de composants comme CPU, GPU, DSP et NPU.
    • Organisation de périphériques comme la caméra, le processeur vidéo et audio, et d'autres fonctions.

    Architecture d'un MPSoC

    • Architecture multiprocesseur sur une seule puce (MPSoC).
    • Les différents processeurs et blocs de mémoire sont interconnectés par un bus haute performance, permettant un traitement parallèle efficace.

    Composants principaux d'un MPSoC

    • Processeurs d'application (Ex: Cortex-A53, Cortex-A57, Cortex-A72).
    • Processeurs en temps réel (Cortex-R5, Cortex-R7, Cortex-R8).
    • Processeurs graphiques (Ex: Mali-400MP).
    • Unités de traitement spécialisées (codecs vidéo, accélérateurs de calculs).

    Fonctionnalités clés d'un MPSoC

    • Multithreading.
    • Cache hiérarchique.
    • Extensions SIMD.
    • Gestion Dynamique de la Fréquence et de la Tension (DVFS).
    • Modes de Veille et d'Économie d'Énergie.
    • Contrôle Thermique.
    • Technologies comme Power Islands et ClockGating.

    Interconnexions

    • L'interconnexion joue un rôle crucial dans un MPSoC.
    • L'AXI interconnect facilite des communications rapides et efficaces entre les différents composants.
    • Les éléments clés d'une connexion sont les maîtres AXI, les esclaves AXI et les composants de gestion.

    Mémoire

    • Types de mémoire (Ex: DDR4, LPDDR4).
    • Fonctionnalités clés des interfaces mémoire (haute fréquence, faible latence).

    Sécurité et Configuration

    • Démarrage Sécurisé (Secure Boot).
    • Cryptographie Matérielle.
    • Gestion des Clés.
    • Unités de sécurité.
    • Exemple d'utilisation (dans une voiture connectée).

    Exemple de SoC (Raspberry Pi, ESP8266, ZynqUltraScale)

    Performances Optimales pour MPSoC

    • Réponse aux exigences des applications plus exigeantes et en temps réel.
    • Amélioration de l'efficacité énergétique et des capacités de traitement en parallèle.
    • Solutions techniques comme les Interconnexions, la Mémoire, et les Technologies de gestion de la puissance pour optimiser le système.

    Tableau comparatif SoC vs MPSoC

    • Considérations relatives à l'architecture, aux performances, à la consommation d'énergie, et au parallélisme pour différents SoC comme le Snapdragon, Apple A-series, Zynq UltraScale, et i.MX 8.

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    Description

    Ce quiz aborde l'architecture des systèmes embarqués, avec un accent sur les SoC et MPSOC. Il explore également l'évolution du marché des systèmes électroniques et l'impact de la loi de Moore sur la puissance de calcul. Testez vos connaissances sur ces concepts essentiels en électronique embarquée.

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