Systèmes embarqués PDF

QU’EST-CE UN SYSTÈME EMBARQUÉ ? Un système embarqué est un système électronique qui se retrouve dans un plus gros système. Il sert a traité une petite partie de l’information pour en faire profiter un autre système plus complexe. Langage de Programmation Pour interagir avec les microcontrôleurs e...

QU’EST-CE UN SYSTÈME EMBARQUÉ ? Un système embarqué est un système électronique qui se retrouve dans un plus gros système. Il sert a traité une petite partie de l’information pour en faire profiter un autre système plus complexe. Langage de Programmation Pour interagir avec les microcontrôleurs et les microprocesseurs, vous devrez maîtriser certains langages de programmation. Les langages couramment utilisés dans le domaine des systèmes embarqués incluent : C et C++ : Ces langages sont les plus populaires en programmation embarquée. Ils offrent un contrôle précis sur le matériel et sont efficaces en termes de consommation de mémoire et de puissance de calcul. C’est la raison pour laquelle on les retrouve fréquemment dans des domaines tels que l’industrie automobile, l’électronique grand public et l’industrie. Python est également utilisé pour les systèmes embarqués, en particulier lorsque la simplicité et la rapidité de développement sont essentielles. Bien qu’il soit moins courant que C/C++, Python peut être une excellente option pour les projets moins exigeants en termes de ressources. Autres langages : selon les exigences de votre projet, vous pourriez également rencontrer des langages comme Java, Kotlin, Rust, ou d’autres. Le choix du langage dépendra de la nature de l’application et des préférences de développement. QU’EST-CE UN SENSEUR (OU CAPTEUR)? Un senseur, ou capteur, joue le rôle d'entrée, ce qui permet de recevoir une information provenant de l'extérieur. Exemple de Senseur : o Température o Humidité o Proximité o De contact  o Accéléromètres o Compte-tours o … QU’EST-CE UN ACTUATEUR (OU ACTIONNEUR)? Un actuateur, ou actionneur, joue le rôle de sortie, ce qui permet de produire une action sur l'environnement extérieur. Exemple de Senseur : o Moteurs o Vérins o LEDs o Écrans d'affichage  o … QU’EST-CE QUI DIFFÉRENCIE EN ORDINATEUR STANDARD ET UN SYSTÈME EMBARQUÉ? ORDINATEUR STANDARD SYSTÈME EMBARQUÉ Est d’un usage général Conçu pour exécuter une tâche spécifique bien Possède beaucoup plus définie de ressources Possède moins de Très grande diversité de ressources et est moins software performants Fonctionne grâce à une Software généralement action de l’usager aussi plus spécifique Destiné à fonctionner en autonomie PRINCIPAUX TYPES DE SYSTÈMES EMBARQUÉS Systèmes embarqués à petite échelle Ce système embarqué peut être conçu avec un seul microcontrôleur 8 ou 16 bits. Il peut fonctionner à l’aide d’une batterie. Pour développer un système embarqué à petite échelle, un éditeur, un assembleur (IDE) et un assembleur croisé sont les plus essentiels. Exemples: o Thermostat. o Jouets électroniques. o Claviers ou souris d’ordinateur. o Télécommandes infrarouges Limites : o Fonctionnalités limitées. o Pas ou peu de connectivité. o Pas adapté aux applications critiques ou en temps réel complexes. Systèmes embarqués à moyenne échelle Ces types de systèmes embarqués sont conçus à l'aide de microcontrôleurs 16 ou 32 bits. Ces systèmes offrent à la fois des complexités matérielles et logicielles. C, C++, Java, et un outil d'ingénierie de code source, etc. sont utilisés pour développer ce type de système embarqué. Exemples: o Systèmes de surveillance d’énergie dans une maison. o Distributeurs automatiques. o Systèmes de contrôle de portes dans des immeubles. o Imprimantes. Limites : Moins puissant que les systèmes sophistiqués. Pas adapté pour des applications nécessitant des calculs intensifs ou une IA. Systèmes embarqués sophistiqués Ce type de systèmes embarqués présente de nombreuses complexités matérielles et logicielles. Basé sur des processeurs multicœurs, avec des ressources importantes (plusieurs Go de RAM, stockage SSD, etc.). Conçu pour des tâches complexes et souvent en temps réel. Utilise des OS complets comme Linux embarqué, Android, ou des RTOS sophistiqués. Il a de la sécurité renforcée et peut plus facilement supporter l'IA. Exemples: o Systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) dans les véhicules. o Drones autonomes. o Appareils médicaux intelligents (IRM, scanners). o Smartphones et appareils IoT haut de gamme. o Robots industriels ou assistants personnels. Limites : o Consommation énergétique élevée. o Coût de développement et de production important. o Nécessite des compétences avancées pour le développement et la maintenance. CINQ CARACTÉRISTIQUES D’UN SYSTÈME EMBARQUÉ AU NIVEAU DE LA FIABILITÉ Robustesse o Définition : Résistance aux conditions environnementales extrêmes et capacité à maintenir des performances fiables malgré des perturbations internes ou externes. o Caractéristiques : Résistance aux vibrations, aux chocs mécaniques et aux températures extrêmes (élevées/basses). Résilience à l'humidité, à la poussière, et à la corrosion (conformité aux indices IP). Immunité aux interférences électromagnétiques (EMI) et compatibilité électromagnétique (CEM). Résilience aux variations de tension d'alimentation et aux surtensions. Résistance aux cycles thermiques et à l'usure matérielle à long terme. Maintenabilité o Définition : Facilité et rapidité avec lesquelles un système peut être inspecté, réparé, ou mis à jour pour garantir son fonctionnement continu.  o Caractéristiques : Conception modulaire : Les composants sont facilement accessibles et remplaçables. Diagnostics intégrés : Systèmes capables de détecter et signaler les pannes (ex. auto-diagnostic). Mises à jour logicielles : Possibilité d'appliquer des correctifs ou de nouvelles fonctionnalités sans interrompre les opérations critiques. Documentation claire : Instructions précises pour le dépannage et la maintenance. Outils et protocoles standardisés : Facilite l'intervention technique avec des équipements communs. o Maintenance prédictive : Utilisation de données collectées pour anticiper les défaillances. Disponibilité o Définition : Capacité du système à être opérationnel et accessible lorsque requis, mesurée par le pourcentage de temps où il est fonctionnel. o Caractéristiques : Temps moyen entre pannes (MTBF) élevé : Indique une faible fréquence de défaillances. Temps moyen de réparation (MTTR) réduit : Permet un retour rapide au fonctionnement normal. Redondance : Composants ou systèmes de secours pour assurer une disponibilité continue. Surveillance proactive : Détection et correction des problèmes avant qu’ils n’affectent le système. Tolérance aux pannes : Capacité à continuer à fonctionner partiellement en cas de défaillance. Sûreté (Safety) o Définition : Capacité du système à éviter les dangers, à minimiser les risques pour les personnes et l'environnement, et à fonctionner sans causer de dommages en cas de défaillance. o Caractéristiques : Mécanismes de protection : Interrupteurs de sécurité, systèmes d’arrêt d’urgence. Analyse des défaillances : Identification des modes de pannes et leurs impacts (ex. AMDEC). Conformité aux normes : Respect des réglementations de sûreté spécifiques au domaine (ex. ISO 26262 pour l’automobile). Mise en mode sécurisé (fail-safe) : Transition vers un état sûr en cas de problème. Tests rigoureux : Simulation des scénarios d'accidents et vérification des mesures de sûreté. Sécurité (Security) o Définition : Capacité à protéger le système contre les accès non autorisés, les cyberattaques, et les manipulations malveillantes. o Caractéristiques : Authentification et contrôle d'accès : Prévenir les accès non autorisés par des identifiants, mots de passe ou biométrie. Chiffrement des données : Protection des communications et des informations stockées contre les interceptions. Protection contre les logiciels malveillants : Systèmes résistants aux virus, ransomwares, et autres attaques. Mises à jour sécurisées : Déploiement de correctifs sans compromettre l'intégrité du système.  Détection d'intrusion : Identification proactive des comportements suspects. Isolation des composants critiques : Limitation des impacts d'une éventuelle compromission. QU’EST-CE UN SYSTÈME CONNECTÉ? Un système embarqué peut être connecté ou non. Il est généralement autonome et dédié à une tâche spécifique, mais un système connecté va plus loin en permettant l'échange d'informations avec d'autres systèmes ou réseaux, augmentant ainsi son interactivité et ses capacités d'adaptation à distance. Exemple hybride : Un thermostat intelligent est un système embarqué car il gère la température, mais il est aussi connecté car il peut se synchroniser avec une application mobile via Wi-Fi pour ajuster les paramètres à distance.