Embedded :L’essentiel à connaître sur le système embarqué

Un système embarqué (embedded system, en anglais) est un assemblage de logiciels et de matériel informatique conçus pour une fonction particulière. Il peut également fonctionner au sein d’un système plus large. Ce dernier peut, en effet, disposer d’une fonctionnalité fixe tout en offrant la possibilité d’être programmable.

Les systèmes embarqués : leur histoire

Les systèmes embarqués ont été créés dans les années 60. Afin de réduire le poids ainsi que la taille de l’ordinateur de guidage Apollo, Charles Stark Draper a élaboré un mécanisme particulier. C’était en 1961. Il s’agit du premier ordinateur à employer des circuits intégrés. Cet outil était d’une grande aide pour les astronautes. Cela leur permettait de recueillir des données de vol, et ce, en temps réel. Quant à l’apparition des premiers produits Linux embarqués, cela a été constatée à la fin des années 1990.

Comment fonctionne le système embarqué ?

Les systèmes embarqués sont de petits ordinateurs à faible consommation d’énergie et à faible coût. Ceux-ci sont ensuite intégrés à d’autres systèmes électriques ou mécaniques. En général, ils comportent une alimentation, un processeur ainsi que des ports mémoire et de communication. Afin de transmettre des données entre les périphériques et le processeur à l’aide d’un protocole de communication, les systèmes embarqués se servent des ports de communication. Grâce à un logiciel minimal qui est stocké dans la mémoire, le processeur interprète ces données. Généralement, le logiciel est très spécifique au rôle que joue le système embarqué.

Zoom sur quelques exemples de systèmes embarqués

Retrouvons ci-dessous quelques exemples de systèmes embarqués :

  • Automobiles. En général, les véhicules modernes sont composés de systèmes embarqués ou de nombreux ordinateurs, conçus pour réaliser plusieurs tâches dans la voiture. Quelques-uns de ces systèmes donnent d’interface utilisateur ou des fonctions de divertissement et d’autres effectuent des fonctions commodes de base.
  • Téléphones portables. Ils sont composés de différents systèmes intégrés, surtout du matériel et des logiciels d’interface graphique, des microphones, des caméras, des systèmes d’exploitation (SE) et des modules d’E/S (entrée/sortie) USB (Universal Serial Bus).
  • Machines industrielles. Elles peuvent comporter des systèmes embarqués, des capteurs par exemple, et peuvent être des systèmes embarqués eux-mêmes. Souvent, les machines industrielles ont des systèmes d’automatisation qui effectuent des contrôles spécifiques ou des fonctions de surveillance.
  • Équipements médicaux. Ils peuvent comporter des systèmes embarqués comme des mécanismes de contrôle et des capteurs. Ils comprendront généralement une interface graphique et un système d’exploitation plus complexes conçus pour une interface utilisateur adéquate.

Dans tous les cas, les systèmes embarqués sont utilisés dans des industries et technologies variées. Une société de recherches interentreprises (B2B), Markets and Markets, prévoit que d’ici 2025 le marché de l’embarqué constituera 116,2 milliards de dollars. En partie, la croissance attendue est due à l’investissement continu dans l’informatique mobile, l’intelligence artificielle (IA) ainsi que le besoin de puces conçues en vue d’un traitement de haut niveau.

Les spécificités des systèmes embarqués

Les différents types de systèmes embarqués selon leurs exigences fonctionnelles

Il existe plusieurs types de systèmes embarqués de base qui disposent chacun de leurs propres exigences fonctionnelles. Citons à ce titre les systèmes embarqués mobiles qui sont de petits systèmes conçus spécialement pour être portables, dont les appareils photo numériques. Il y a ensuite les systèmes embarqués en réseau qui doivent toujours être connectés à un réseau pour créer une sortie à d’autres systèmes. Les systèmes de sécurité à domicile ou encore les systèmes de points de vente en sont les illustrations.

Par ailleurs, nous avons également les systèmes embarqués autonomes qui sont indépendants du système hôte. Tout comme les autres systèmes de ce genre, ils effectuent des tâches spécialisées. On notera pourtant qu’ils n’appartiennent pas forcément à un système hôte qui incluse aussi bien les calculatrices que les lecteurs MP3. Enfin, il y a les systèmes embarqués en temps réels qui procurent la sortie requise dans un intervalle de temps bien défini. Étant responsables de tâches urgentes, ils s’utilisent généralement dans les secteurs industriel, médical et militaire, dont le système de contrôle de circulation.

Les différents types selon leurs exigences de performances

Les systèmes embarqués à petite échelle ne recourent qu’à un microcontrôleur 8 bits. Ceux à moyenne échelle, eux utilisent un microcontrôleur plus grand autrement dit de 16 à 32 bits. Pour les outils à échelle sophistiquée, différents algorithmes sont utilisés entrainant des complexités logicielles et matérielles. Ces algorithmes peuvent requérir des logiciels plus complexes, un réseau logique programmable ainsi qu’un processus configurable.

Les architectures logicielles en matière de système embarqué

Les architectures logicielles deviennent nécessaires au cas où les systèmes embarqués se développent et deviennent de plus en plus complexes. Celles-ci incluent les boucles de contrôles gérant une partie spécifique de la programmation embarquée. Les systèmes contrôlés par interruption disposent de deux boucles : une principale et une secondaire. Si une interruption s’opère au niveau de ces deux boucles, cela déclenchera les tâches. La multitâche coopérative qui constitue une simple boucle de contrôle se trouve dans une interface de programmation d’application. Pour finir, il y a la multitâche préemptive ou multithreading, souvent utilisé avec le RTOS et qui propose des stratégies de synchronisation et de commutation de tâches.

Le débogage des systèmes embarqués

Le débogage forme un domaine où les systèmes embarqués se détachent des systèmes d’exploitation. Il en est de même pour les environnements de développement d’ordinateurs à plus grande échelle.

Quels sont les avantages et inconvénients du système embarqué ?

La conception d’un système embarqué tourne autour d’un cadre de travail continu. Il nécessite donc une exécution continue, une accessibilité et une fiabilité élevées. Pour la plupart, il s’utilise lors des activités simples et sans disque, pour le démarrage ROM.

Le système est destiné à une affectation explicite. On doit l’associer à des périphériques pour interfacer les informations et générer des gadgets. Cependant, la qualité et la résistance qu’il offre sont inébranlables. Quant au framework, il comprend une mémoire restreinte, caractérisé par la facilité et l’utilisation moindre de la force. Même s’il requiert un UI négligeable, il n’a pas besoin de s’embêter avec une mémoire optionnelle dans le PC. Qu’en est-il maintenant de ses points forts et points faibles ?

Les avantages du système embarqué

Les bienfaits du système sont multiples. Il est par exemple simple pour offrir une création supérieure et constante. Les coûts qu’il dépense par bit de résultat sont moindres. Par ailleurs, il n’a pas d’interface utilisateur, pas beaucoup de stockage d’informations, d’interconnexions et une répétition moindre.

Le système a une meilleure vitesse, stable mais élevée. Sa fiabilité est bien plus supérieure. En raison de sa petite taille, il est polyvalent et surtout favorable pour les course uniques. Malgré sa faible utilisation de la force, il donne une meilleure précision dans les résultats.

En outre, il aide à développer la qualité des articles. Il supporte un large assortiment de climat et paraît moins enclin à répéter les erreurs. Le système embarqué peut exécuter un programme pré-arrangé pour l’application client. Comme un framework installé joue généralement un travail de base qui ne change pas, les nécessités du framework de travail sont moins difficiles.

Focus sur les inconvénients

Bien que le framework installé soit idéalement avantageux, il présente néanmoins ces quelques restrictions.

Tout d’abord, après sa création, aucune modification, amélioration ou augmentation de niveau ne peut plus s’effectuer. En plus d’être difficile à suivre, il est également difficile de faire une sauvegarde des documents implantés.

Ensuite, pour tout problème dans le cadre, il faut réinitialiser tous les paramètres. Enquêter y est plus difficile, déplacer des informations d’un framework à un autre l’est également.

Le système dispose également des contraintes au niveau des équipements, car apparemment ces derniers en font un engagement explicite. Le système présente aussi moins de robustesse d’approvisionnement de force.

Ses ressources sont restreintes pour la mémoire. Enfin, le framework exige des efforts d’amélioration plus importants pour planifier un cadre installé.  Sa publicité nécessite une opportunité idéale.

Sources & crédits Source : omnisci - Crédit :

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