Introduction aux Flots de Conception Embarqués

Introduction aux Flots de Conception pour Systèmes Embarqués

• La conception des systèmes embarqués utilise le co-développement ou la conception conjointe.
• Différents flots de conception existent, chacun avec ses propres avantages et inconvénients.
• Un flot de conception théorique commun aux différentes méthodes est possible en isolant le flot spécifique.
• Le point de départ est une spécification fonctionnelle, le cahier des charges du système.

Niveaux d'Abstraction

• Les niveaux d'abstraction permettent de gérer la complexité des systèmes embarqués.

• Le niveau système (vue d'ensemble) englobe tous les composants matériels et logiciels interagissant pour les fonctions requises.

  • Composants matériels : processeurs, capteurs, actionneurs, interfaces de communication et mémoire.
  • Composants logiciels : systèmes d'exploitation, middleware, applications et pilotes de périphériques.

• Interactions matériel-logiciel : L'interaction entre matériel et logiciel est essentielle au fonctionnement correct du système.

  • Les interfaces (bus de données, protocoles de communication) permettent la communication entre les composants matériels et logiciels.

• Spécifications : La définition des exigences fonctionnelles (ce que le système doit faire) et non fonctionnelles (performances, fiabilité, sécurité) est cruciale.

• Modélisation: Des outils comme UML et SysML sont utilisés pour la représentation visuelle des interactions et des flux de données.

• Validation: Vérifier que le système respecte les exigences et fonctionne comme prévu avant de passer aux niveaux d'abstraction inférieurs.

• Avantages: Vision holistique pour la compréhension globale du système et gestion des risques potentiels.

• Communication: Améliore la communication entre les équipes de développement matériel et logiciel.

• Exemples d'applications: Systèmes de contrôle industriel, appareils IoT et différents secteurs.

TLM (Transaction Level Modeling)

• Le TLM est un niveau d'abstraction permettant de modéliser les communications entre les composants d'un système embarqué.

  • Il modélise les échanges de données sous forme de transactions, plutôt que de signaux individuels.

• Modèle de communication: Les transactions incluent des opérations comme la lecture, l'écriture, et la requête de données, encapsulant des interactions complexes en opérations simples.

• Caractéristiques: Abstraction élevée, flexibilité et portabilité.

  • L'abstraction élevée simplifie la modélisation en ignorat les détails de timing, signal et protocole.

• Utilisation: simulation rapide, évaluation des performances et exploration de l'architecture.

• Avantages: Réduction du temps de conception, détection précoce des erreurs, et collaboration interdisciplinaire facilitée.

• Exemples d'applications: Systèmes embarqués complexes impliquant traitement de signaux, communication inter-composants, etc.

• Prototypage rapide: Création de prototypes fonctionnels pour des tests préliminaires à la conception matérielle finale.

CABA (Cycle Accurate Behavioral Abstraction)

• Le CABA est un niveau d'abstraction plus détaillé des comportements des composants,

• Définition: Modélise les comportements des composants en considérant les cycles d'horloge et les délais de propagation.

• Comportement temporel: Permet de simuler comment les données sont traitées et transférées entre les composants au fil du temps.

• Caractéristiques: Précision temporelle, abstraction intermédiaire, et focalisation sur le comportement.

• Utilisation: Simulation de systèmes temps réel.

• Avantages: Optimisation des designs, réduction des erreurs et équilibre entre détail et complexité.

• Exemples d'applications: Systèmes critiques comme l'aéronautique, l'automobile et la médecine.

RTL (Register Transfer Level)

• RTL est le niveau d'abstraction le plus bas dans la conception des systèmes embarqués et numériques.

• Définition : Représente la logique d'un système en spécifiant comment les données sont transférées entre les registres à chaque cycle d'horloge.

• Structure : Le code utilise les langages de description de matériel (HDL) tels que VHDL ou Verilog.

• Caractéristique : Détail sur la logique des transferts de données et opérations logiques. Synchronisation et états sont définis.

• Utilisation: Synthèse matérielle pour générer des circuits physiques.

• Avantages: Précision, optimisation, et vérification fonctionnelle.

• Exemples d'applications: circuits intégrés, processeurs, appareils mobiles, systèmes de contrôle et automobile.

Méthodologie de Co-Design

• Définition : Une approche intégrée qui combine le développement matériel et logiciel dès les premières phases de la conception.
• Objectif principal : Maximiser l'efficacité, la performance et la réactivité du système tout en minimisant le temps et le coût de développement.
• Utilisation: Optimisation du temps et des ressources. Conception plus efficace.

La Spécification

• Définition : L'étape fondamentale dans la conception de systèmes embarqués où les exigences du système sont définies.
• Fonctionnalités : Décrire les fonctions principales et spécifier les interactions entre les composants.
• Performances : Spécifier les exigences en temps de réponse, débit, et autres paramètres.
• Contraintes temporelles : Définir les délais précis pour l'exécution de tâches critiques.
• Contraintes énergétiques : Prise en compte de la consommation énergétique, surtout pour les systèmes alimentés par batterie.
• Contraintes de coûts : Budget et compromis possibles entre la qualité, la performance et les coûts.
• Interfaces utilisateur : Définir les interfaces utilisateur.

Partitionnement Matériel/Logiciel

• Définition : Déterminer quelles parties du système seront implémentées en matériel et lesquelles en logiciel.
• Identification des composants : Identifier les fonctions et les tâches du système.
• Analyse des exigences : Analyser les exigences de performance, de réactivité, de consommation d'énergie et de coût de chaque fonction.
• Décision d'implémentation : Définir si une fonction doit être implémentée en matériel ou logiciel. Utiliser FPGA, ASIC, ou autres processeurs embarqués.

Synthèse et Compilation

• Traduction du code haut niveau en code binaire pour le matériel cible.
• Optimisation des performances du code. Génération du microcode en cas nécessaire.
• Vérification et simulation: Simuler le code et assurer qu'il fonctionne correctement.
• Interfaçage: Définition et gestion des protocoles de communication. Gestion des bus de données et des périphériques. Configuration de chaque périphérique. Tests de l'interfaçage.

Test et Validation

• Les tests et la validation sont essentiels pour s'assurer que le système embarqué est fiable, performant et satisfait les spécifications. 1-Tests Fonctionnels: Vérifier que toutes les fonctionnalités fonctionnent correctement. 2-Tests de Performance: Évaluer la capacité du système à fonctionner efficacement, en mesurant le temps de réponse, le débit et la consommation énergétique. 3-Tests de Robustesse : Tester la capacité du système à fonctionner dans des conditions exceptionnelles, comme des pannes partielles et des interférences. 4-Tests de Conformité: Assurer la conformité du système aux normes et réglementations applicables. 5-Outils et méthodes : Simulation, émulation et utilisation de bancs d'essai réels.
• Importance du test: Fiabilité, Qualité, Sécurité, et Conformité.
• Exemple pratique: Exemples réalistes comme le contrôle d'un drone ou d'une voiture.

Ce quiz aborde les flots de conception utilisés pour les systèmes embarqués, mettant en lumière les niveaux d'abstraction et les interactions entre matériel et logiciel. Les participants exploreront la conception conjointe et les spécifications fonctionnelles requises pour une bonne planification. Testez vos connaissances sur ces concepts fondamentaux !