Systèmes Embarqués 1 : Architecture

• Les systèmes embarqués de niveau 1 du cycle bachelor couvrent plusieurs domaines essentiels.
• Les principaux domaines sont : l'architecture des systèmes embarqués, la programmation en C, les systèmes temps réel, la communication entre systèmes, et le développement logiciel embarqué.

Architecture des Systèmes Embarqués

• L'architecture des systèmes embarqués concerne la conception et l'organisation des composants matériels et logiciels d'un système dédié à une tâche spécifique.
• Un système embarqué typique inclut un microprocesseur ou un microcontrôleur, de la mémoire (RAM, ROM, Flash), des périphériques d'entrée/sortie (capteurs, actionneurs), et des interfaces de communication.
• Les contraintes de conception incluent la performance, la consommation d'énergie, la taille, le coût, et la fiabilité.
• Les architectures peuvent varier de simples systèmes 8 bits à des systèmes complexes multicœurs 32/64 bits.
• Les systèmes embarqués sont présents dans divers domaines tels que l'automobile, l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, l'électronique grand public, et l'Internet des Objets (IoT).
• La conception architecturale implique le choix du processeur, de la mémoire, des périphériques, et du bus de communication.
• L'optimisation de l'architecture est cruciale pour répondre aux exigences de performance et de consommation d'énergie.
• Les systèmes embarqués temps réel nécessitent des architectures capables de garantir des délais de réponse prévisibles.
• Les outils de modélisation et de simulation sont utilisés pour évaluer et optimiser l'architecture.

Programmation en C

• La programmation en C est largement utilisée dans le développement de systèmes embarqués en raison de son efficacité, de son contrôle bas niveau, et de sa portabilité.
• Les concepts clés comprennent les types de données, les structures de contrôle (boucles, conditions), les fonctions, les pointeurs, et la gestion de la mémoire.
• La manipulation des bits et des registres est essentielle pour interagir avec le matériel.
• Les interruptions sont utilisées pour gérer les événements asynchrones et les signaux externes.
• Les compilateurs C pour systèmes embarqués offrent des extensions et des optimisations spécifiques pour les microcontrôleurs.
• L'utilisation de bibliothèques standard et de frameworks spécifiques peut faciliter le développement.
• Le débogage de code embarqué nécessite des outils tels que les débogueurs JTAG et les simulateurs.
• L'optimisation du code en C est cruciale pour respecter les contraintes de performance et de mémoire.
• Les bonnes pratiques de programmation incluent la documentation du code, la gestion des erreurs, et le respect des normes de codage.
• La compréhension de l'assembleur est parfois nécessaire pour optimiser les performances ou déboguer des problèmes complexes.

Systèmes Temps Réel

• Les systèmes temps réel sont des systèmes où la validité des résultats dépend non seulement de leur exactitude logique, mais aussi du temps auquel ils sont produits.
• Un système temps réel peut être "dur" (hard real-time) où le non-respect des délais entraîne une défaillance catastrophique, ou "mou" (soft real-time) où le non-respect des délais dégrade la performance mais n'entraîne pas de défaillance totale.
• Les concepts clés incluent les tâches périodiques et apériodiques, les priorités des tâches, la planification des tâches, et la synchronisation.
• Les algorithmes de planification tels que Rate Monotonic Scheduling (RMS) et Earliest Deadline First (EDF) sont utilisés pour garantir le respect des délais.
• Les systèmes d'exploitation temps réel (RTOS) fournissent des services tels que la gestion des tâches, la synchronisation, et la communication inter-tâches.
• Les mécanismes de synchronisation incluent les sémaphores, les mutex, et les files d'attente de messages.
• Les contraintes de temps doivent être analysées et validées pour garantir la fiabilité du système.
• Les outils de modélisation et de simulation temps réel sont utilisés pour évaluer les performances et vérifier le respect des délais.
• La gestion des interruptions est critique dans les systèmes temps réel pour répondre rapidement aux événements externes.
• Les exemples d'applications incluent les systèmes de contrôle industriel, les systèmes avioniques, et les dispositifs médicaux.

Communication Entre Systèmes

• La communication entre systèmes embarqués est essentielle pour les applications distribuées et les systèmes complexes.
• Les protocoles de communication peuvent être série (UART, SPI, I2C) ou parallèle (bus de données).
• Les protocoles série sont souvent utilisés pour les communications à longue distance et les débits de données faibles à moyens.
• Les protocoles parallèles offrent des débits de données plus élevés mais nécessitent plus de connexions physiques.
• Les protocoles de communication réseau incluent Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, et les protocoles IoT tels que MQTT et CoAP.
• La sécurité des communications est cruciale pour protéger les données et prévenir les attaques.
• Les protocoles de communication doivent être choisis en fonction des exigences de débit de données, de distance, de consommation d'énergie, et de coût.
• Les interfaces de communication doivent être correctement configurées et gérées pour assurer une communication fiable.
• Les outils d'analyse de protocole sont utilisés pour surveiller et déboguer les communications.
• Les exemples d'applications incluent les réseaux de capteurs, les systèmes de contrôle distribués, et les dispositifs IoT.

Développement Logiciel Embarqué

• Le développement logiciel embarqué comprend le cycle de vie complet du développement de logiciels pour systèmes embarqués.
• Les étapes incluent la spécification des exigences, la conception, l'implémentation, les tests, et la maintenance.
• Les modèles de développement incluent le modèle en cascade, le modèle itératif, et les méthodologies Agile.
• Les outils de développement incluent les environnements de développement intégrés (IDE), les compilateurs, les débogueurs, et les outils de gestion de code source.
• Les tests unitaires, les tests d'intégration, et les tests système sont essentiels pour garantir la qualité du logiciel.
• La gestion de la configuration est utilisée pour suivre les modifications du code et gérer les différentes versions.
• Les normes de codage et les outils d'analyse statique sont utilisés pour améliorer la qualité et la fiabilité du code.
• La documentation du code est cruciale pour faciliter la maintenance et la réutilisation.
• Les contraintes de mémoire et de performance doivent être prises en compte tout au long du processus de développement.
• La sécurité du logiciel est de plus en plus importante, en particulier pour les systèmes connectés à Internet.