Systèmes embarqués introduction

Un système embarqué est défini comme un système électronique et informatique autonome, souvent temps réel, spécialisé dans une tâche bien précise. Ses ressources sont généralement limitées. (Wikipedia)

Le système comprend une partie matériel et une partie logicielle

Caractéristiques générales des Systèmes embarqués :

▪ Dédié à une application spécifique

▪ Coût réduit, maximisation rapport performance/prix

▪ Volume restreint (compact, pas modulaire)

▪ Capacité mémoire adaptée

▪ Capacité de calcul appropriée à l’application

▪ Exécution temps réel (souvent)

▪ Fiabilité et sécurité de fonctionnement

▪ Consommation d’énergie maitrisée

Différences avec un ordinateur de bureau :

▪ L’interface IHM (Interface Homme machine) est adaptée selon l’application. Cela peut-être de simples leds et boutons jusqu’à un écran tactile. Il doit être robuste (étanche, choc, ..).

▪ Généralement : pas de clavier, écran réduit.

▪ Le système embarqué dispose de périphériques et capteurs spécifiques pour son application:

• Carte SD, mémoire flash, …
• Wifi, Bluetooth, module GSM-GPS, …
• Température, pression, actuateurs (moteurs, …), …

Architecture des Systèmes embarqués :

▪ Réalisé autour d’un microcontrôleur (uC)

• uC est un système à processeur dans un seul chip (SoC)
• comprend : processeur, mémoire, GPIO (entrées/sorties simples configurables), contrôleur de bus, contrôleur d’interruption, contrôleur d’écran, USB, Ethernet, …
• très bon rapport performance/prix et performance/consom.

▪ Ensemble compact (volume optimisé)

▪ Démarrage autonome du système (boot) : pas de disque dur, utilisation de mémoire flash, …

▪ Généralement pas d’extension possible : construction non modulaire

Domaines d’application des systèmes embarqués

• Domaine grand public : smart phone, console de jeux, appareil photos, lecteur audio, …
• Moyens de transport : gestion moteur/entrainement, ordinateur de bord, ABS, GPS, système navigation, système d’aide (EPS, ..), …

=> Automobiles, avions, trains, bateau, véhicule électrique, …

• Equipement médicaux (diagnostic, thérapeutique, vital) : imagerie (rayon X, ultra-sons, IRM), endoscopie, caméra, monitoring, perfusion, lasers, chirurgie, stimulateur cardiaque, …
• Equipements de télécommunication : station mobile, routeur, gateway, satellite, …
• Equipement industriels : commande, contrôle répartit, capteurs intelligents, …

Systèmes Temps Réel

Un système temps réel est un système numérique qui doit répondre à un ensemble de stimuli provenant de l’environnement dans un intervalle de temps dicté par ce même environnement (i.e. des contraintes temporelles).

Système sur Puce

Un SoC constitue un circuit complexe qui intègre tous les éléments fonctionnels d’un produit sur une même puce. Par exemple, des modules logiciels (DSP), des mémoires, des périphériques, des coprocesseurs matériels (FPGA ou ASIC) et même des modules analogiques ou optoélectroniques peuvent tous être mis sur un même dé.

• L’objectif est diminuer au minimum le nombre de composants sur une carte pour mettre tout sur une seule puce.

Liens de téléchargement des cours introduction aux Systèmes embarqués

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Systèmes embarqués introduction-Cours first appeared on F2School.

L’article Systèmes embarqués introduction-Cours est apparu en premier sur F2School.

Système embarqué – Cours – informatique

Un système embarqué est un système électronique et informatique autonome, qui est dédié à une tâche bien précise.

Il ne possède généralement pas des entrées/sorties standards et classiques comme un clavier ou un écran d’ordinateur. Le système matériel et l’application sont intimement liés, le logiciel embarqué étant enfoui, noyé dans le matériel. Le matériel et le logiciel ne sont pas aussi facilement discernables comme dans un environnement de travail classique de type ordinateur PC.

L’embarqué est un terme plus général qui regroupe plusieurs notions selon le contexte :

• Le marché des systèmes embarqués.

• Les systèmes embarqués par abus de langage.

Caractéristiques principales d’un système embarqué

Les principales caractéristiques d’un système embarqué sont les suivantes :

• C’est un système principalement numérique.

• Il met en œuvre généralement un processeur.

• Il exécute une application logicielle dédiée pour réaliser une fonctionnalité précise et n’exécute donc pas une application scientifique ou grand public traditionnelle.

• Il n’a pas réellement de clavier standard (Bouton Poussoir, clavier matriciel…). L’affichage est limité (écran LCD…) ou n’existe pas du tout.

• Ce n’est pas un PC en général mais des architectures similaires (x86) basse consommation sont de plus en plus utilisées pour certaines applications embarquées.

De ce constat, on peut voir :

• Qu’un PC standard peut exécuter tout type d’applications car il est généraliste alors qu’un système embarqué n’exécute qu’une application dédiée.

• Que l’interface IHM peut être aussi simple qu’une led qui clignote ou aussi complexe qu’un cockpit d’avion de ligne.

• Que des circuits numériques ou des circuits analogiques sont utilisés en plus pour augmenter les performances du système embarqué ou sa fiabilité.

Les grands secteurs de l’embarqué concernent les domaines suivants :

• Jeux et calcul général : application similaire à une application de bureau mais empaquetée dans un système embarqué : jeux vidéo, set top box…

• Contrôle de systèmes : automobile, process chimique, process nucléaire, système de navigation…

• Traitement du signal : radar, sonar, compression vidéo…

• Communication et réseaux : transmission d’information et commutation, téléphonie, Internet

Définition d’un PSoC

PSoC est l’acronyme Programmable System On Chip, système électronique propriétaire de Cypress.

Les circuits PSoC ont été introduits par Cypress au début des années 2000 et sont conçus pour remplacer à la fois le microcontrôleur et les circuits périphériques d’un système embarqué. Comparé à un microcontrôleur 8 bits classique, le PSoC offre une architecture propriétaire Cypress de type Harvard, une horloge jusqu’à 24 Mhz, 4 Mips, une mémoire Flash jusqu’à 32 Ko, une mémoire SRAM (jusqu’à 2 K) pour les données, un bloc de multiplication 8×8 avec accumulation sur 32 bits.

Les PSoCs contiennent des blocs analogiques et numériques configurables par l’utilisateur permettant d’intégrer, entre autres :

– Des convertisseurs analogique/numérique et numérique/analogique ;

– Des amplificateurs opérationnels et des amplificateurs d’instrumentation ;

– Des filtres et des comparateurs programmables ;

– Des compteurs et des timers ;

– Des UARTs supportant les communications RS232 full duplex ;

– Des contrôleurs de bus I2C et SPI ;

Ce sont donc des Socs mixtes analogiques / numériques.

Une deuxième particularité est le caractère entièrement configurable de ces circuits, non seulement au niveau des fonctions du matériel qu’on y implante que du type de signal affecté à chacune des broches du circuit intégré (entrée, sortie, analogique, numérique, …)

La troisième originalité des PSoCs est leur reconfigurabilité dynamique. En effet, les informations de configuration, contenues dans la mémoire Flash, sont chargées dans des registres SRAM à la mise sous tension. Ces registres sont modifiables par le programme applicatif qui peut y écrire directement .Cette reconfiguration va du simple changement de la valeur du gain d’un amplificateur à la modification du type des fonctions implantées dans les blocs hardware et du type de signal affecté aux broches du circuit intégré. Cette possibilité trouve de nombreuses applications dans le domaine de la mise en forme des signaux issus de capteurs.

Mémoire Flash

La mémoire flash est une mémoire de masse à semi-conducteurs réinscriptible, c’est-à-dire une mémoire possédant les caractéristiques d’une mémoire vive mais dont les données ne disparaissent pas lors d’une mise hors tension. Ainsi, la mémoire flash stocke les bits de données dans des cellules de mémoire, mais les données sont conservées en mémoire lorsque l’alimentation électrique est coupée.

Sa vitesse élevée, sa durée de vie et sa faible consommation (qui est même nulle au repos) la rendent très utile pour de nombreuses applications : appareils photo numériques, téléphones cellulaires, imprimantes, assistants personnels (PDA), ordinateurs portables ou dispositifs de lecture et d’enregistrement sonore comme les baladeurs numériques, clés USB. De plus, ce type de  mémoire ne possède pas d’éléments mécaniques, ce qui lui confère une grande résistance aux chocs.

La mémoire flash est un type d’EEPROM qui permet la modification de plusieurs espaces mémoires en une seule opération. La mémoire flash est donc plus rapide lorsque le système doit écrire à plusieurs endroits en même temps.

Elle contienne :

• 4K à 16Koct. selon le composant.
• Process Cypress SONOS (Flash).
• organisation par blocs 64 octets.
• 50.000 cycles éffac/prog par bloc.
• Programmation à tension nominale.

Mémoire SRAM

La mémoire vive (SRAM) est généralement définie en opposition à la mémoire morte (ROM) : les données contenues dans la mémoire vive sont perdues lorsque l’alimentation électrique est coupée alors que la mémoire morte conserve ses données en absence d’alimentation électrique. La mémoire morte n’est donc pas volatile, ce qui la rend nécessaire lors du démarrage d’un ordinateur. En effet, la mémoire vive est dans un état indéterminé lors du démarrage.

Le sens littéral des termes SRAM et mémoire vive peut prêter à confusion. En effet, le terme SRAM implique la possibilité d’un accès arbitraire aux données, c’est-à-dire un accès à n’importe quelle donnée n’importe quand, par opposition à un accès séquentiel, comme l’accès à une bande magnétique, où les données sont nécessairement lues dans un ordre défini à l’avance.

La SRAM présente la particularité de pouvoir être accédée à la fois en lecture et en écriture. Une activation électronique appropriée permet si besoin de verrouiller temporairement en écriture des blocs physiques donnés.

Dans SRAM d’un PSOC il y a :

• Mémoire paginée (numéro de page dans le registre Flag)
• Jusqu’à 8 pages de 256 octets
• 256 octets pour les premiers composants

Liens de téléchargement des cours << Système embarqué >>

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Système embarqué-Cours-informatique first appeared on F2School.

L’article Système embarqué-Cours-informatique est apparu en premier sur F2School.

Architecture et programmation des Microcontrôleurs

Les PICs sont des microcontrôleurs à architecture RISC (Reduced Instructions Set Computer), ou encore composant à jeu d’instructions réduit. L’avantage est que plus on réduit le nombre d’instructions,  plus leur décodage sera rapide ce qui augmente la vitesse de fonctionnement du microcontrôleur.

Les PICs sont subdivisés en 3 grandes familles :

•  La famille Base-Line, qui utilise des mots d’instructions de 12 bits,
• La famille Mid-Range, qui utilise des mots de 14 bits (et dont font partie les 16F8xx),
• La famille High-End, qui utilise des mots de 16 bits (les PIC 18Fxxx).

On trouve aussi des familles de dsPIC pour le traitement du signal et d’autres microcontrôleurs spécialisés.

Les éléments essentiels du PIC 16F877 sont :

• Une mémoire programme de type EEPROM flash de 8K mots de 14 bits,
• Une RAM donnée de 368 octets,
• Une mémoire EEPROM de 256 octets,
• 5 ports d’entrée sortie, A (6 bits), B (8 bits), C (8 bits), D (8 bits) et E (3 bits)
• Convertisseur Analogique numérique 10 bits à 8 entrées sélectionnables,
• USART, Port série universel, mode asynchrone (RS232) et mode synchrone
• SSP, Port série synchrone supportant I2C
• 3 TIMERS avec leurs Prescalers, TMR0, TMR1, TMR2
• 2 modules de comparaison et Capture CCP1 et CCP2
• 15 sources d’interruption,

Les différents constituants d’un microprocesseur peuvent être regroupés dans deux blocs principaux, l’unité de calcul et l’unité de contrôle.

1- L’unité de calcul

Elle est constituée de l’unité Arithmétique et logique UAL et d’un certain nombre de registres

• ALU : Unité arithmétique et logique
• Les registres : Ce sont des mémoires élémentaires pouvant contenir chacun un opérande. Les registres peuvent être de 8, 16 ou 32 bits.

2-  L’unité de contrôle

C’est l’unité de contrôle qui supervise le déroulement de toutes les opérations au sein du microprocesseur. Elle est constituée principalement de :

• Horloge : C’est l’horloge qui génère les signaux qui permettent le cadencement et la synchronisation de toutes les opérations.
• Le compteur programme PC : (Program Counter) contient l’adresse de la case mémoire où est stockée la prochaine instruction à charger. Au début de l’exécution d’un programme, le PC est initialisé à l’adresse mémoire où est stockée la première instruction du programme. Le compteur programme est incrémenté chaque fois qu’une instruction est chargée dans le microprocesseur.
•  Le registre d’instruction RI : C’est là où le microprocesseur stocke l’instruction en cours d’exécution.
• Le décodeur : C’est lui qui va “décoder” l’instruction contenue dans RI et générer les signaux logiques correspondants et les communiquer au séquenceur.
• Le séquenceur : Il gère le séquencement des opérations et génère :
  • les signaux du bus de commande (RD, WR, etc.),
  • les signaux internes aux microprocesseurs (gestion des registres, de l’A.L.U., aiguillages des bus internes, etc.).

Le séquenceur est réalisé avec une structure qui comprend une mémoire ROM intégrée. Celle-ci contient des micro-instructions (à ne pas confondre avec les instructions contenues dans la mémoire programme). La mémoire des micro-instructions n’est pas accessible à l’utilisateur. Chacune des instructions du microprocesseur nécessite plusieurs micro-instructions et donc plusieurs cycles horloge.

• Le registre d’état : Le registre d’état est formé de plusieurs bits appelés drapeaux ou indicateurs (Flags) qui sont positionnés par l’ALU après chaque opération. On dispose d’un jeu d’instructions conditionnées par l’état de différents drapeaux. Par exemple l’indicateur Z indique, quand il est positionné, que le résultat de l’opération est égal à Zéro. L’indicateur C indique que l’opération a généré une retenue. Le bit N indique que le résultat est négatif …

Type d’architecture d’un microprocesseur

1- Architecture CISC (Complex Instruction Set Computer)

C’est une architecture avec un grand nombre d’instructions. Le processeur doit exécuter des taches complexes par instruction unique. Donc, pour une tache donnée, une machine CISC exécute un petit nombre d’instructions mais chacun nécessite un plus grand nombre de cycles horloge (Intel 8086, Pentium…, Motorola 68000, PowerPC). Actuellement les deux technologies convergent : les processeurs CISC (Pentium par exemple) utilisent des instructions de plus en plus simples et exécutent parfois plusieurs instructions en un cycle horloge.

2- Architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Architecture dans laquelle les instructions sont en nombre réduit (chargement, branchement, appel sous-programme) et elles sont fréquemment utilisées. Le but est d’éliminer les instructions rarement employées et de consacrer les ressources matérielles à exécuter les instructions relativement simples en un cycle d‘horloge et à émuler les autres instructions à l’aide de séquences basées sur les instructions élémentaires. On trouve donc une meilleure performance à une vitesse donnée (le gain en performance envisageable est important mais dépend de la qualité du compilateur). Processeurs RISC : PowerRISC (IBM/Motorola), SPARC (SUN), PA-RISC (HP).

Cours sur l’Architecture et programmation des Microcontrôleurs

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Architecture et programmation des Microcontrôleurs first appeared on F2School.

L’article Architecture et programmation des Microcontrôleurs est apparu en premier sur F2School.

 Informatique industrielle est une branche de l’informatique appliquée qui couvre l’ensemble des techniques de conception et de programmation, de systèmes informatisés à vocation industrielle, qui ne sont pas des ordinateurs.

Domaines d’applications :

Alarme, automobile, aviation, instrumentation, médicale, téléphonie mobile, terminaux de paiement pour carte bancaire …

Les différents systèmes programmables

• Les circuits spécialisés ou ASIC (Application Specific Integrated Circuit) : Les circuits spécialisés sont des circuits spécialisés dès leur conception pour une application donnée.
• Les systèmes en logique programmée et/ou en logique programmable sont connus sous la désignation de PLD (programmable logic device, circuit logique programmable)
• Les systèmes micro-programmés : Les micro-contrôleurs sont typiquement des systèmes micro-programmés.

Les différents bus d’un système micro-programmés

Un bus permet de faire transiter (liaison série/parallèle) des informations codées en binaire entre deux points. Typiquement les informations sont regroupées en mots : octet (8 bits), word (16 bits) ou double word (32 bits).

Il existe 3 Types de bus :

● Bus de données : permet de transférer entre composants des données,

Exemple : résultat d’une opération, valeur d’une variable, etc.

● Bus d’adresses : permet de transférer entre composants des adresses,

Exemple : adresse d’une case mémoire, etc.

● Bus de contrôle : permet l’échange entre les composants d’informations de.contrôle [bus rarement représenté sur les schémas].

Exemple : périphérique prêt/occupé, erreur/exécution réussie, etc.

Plan du cours informatique industrielle

Présentation de l’informatique industrielle et des systèmes micro-programmés

Architecture des micro-contrôleurs

Présentation des différents éléments d’un micro-contrôleur, éléments de choix

Rappels sur les nombres binaires et les différents codages

Les instructions

Rappels sur la logique combinatoire et séquentielle

Étude du fonctionnement d’un micro-contrôleur : le PIC 18F4520

Programmation en Assembleur — Rappel sur les algorigrammes

Présentation des interruptions

Étude d’un programme en Assembleur avec gestion des interruptions

Présentation de fonctions intégrées au microcontrôleur (timer, PWM, etc.)

Presentation du langage C pour le microcontrôleur / spécificité pour le PIC 18F4520

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Informatique industrielle – Cours first appeared on F2School.

L’article Informatique industrielle – Cours est apparu en premier sur F2School.

Programmation des microcontrôleurs PIC en C

Les microcontrôleurs PIC sont des microcontrôleurs fabriqués par la société Microchip qui fournit par ailleurs gratuitement la plate-forme logiciel de développement MPLAB IDE. L’intérêt est pour un faible coût, de disposer d’un composant programmable de nombreuses fois, pouvant être utilisé de façon autonome : plus besoins d’ordinateur une fois le composant programmé.

L’utilisation d’un microcontrôleur dans une application simplifie notamment les montages électroniques entraînant par la même occasion un gain de temps et de coût. Les domaines d’utilisation principaux sont la robotique, la domotique et l’industrie.

L’éditeur de programme est un logiciel permettant d’écrire le programme dans un langage de programmation. Nous utiliserons le logiciel MPLAB IDE. Le fabricant Microchip fournit gratuitement ce logiciel.

Le compilateur est un logiciel traduisant un programme écrit dans un langage donné (C, basic, assembleur) en langage machine. Ce logiciel peut aussi comporter un «debugger» permettant la mise au point du programme, et un simulateur permettant de vérifier son fonctionnement. On utilisera le compilateur CC5X dans sa version gratuite. Cette version gratuite permet d’écrire environ 1ko de programme. On peut alors intégrer CC5X dans l’environnement MPLAB. Ainsi CC5X devient un outil de MPLAB dans lequel l’écriture, la simulation et le debugging du programme en C devient alors possible.

Le programmateur permet de transférer le programme compilé (langage machine) dans la mémoire du microcontrôleur. Il est constitué d’un circuit branché sur le port COM ou USB du PC, sur lequel on implante le PIC, et d’un logiciel permettant d’assurer le transfert. Il existe différents logiciels, nous utiliserons Icprog ou WinPic800. De nos jours, il existe des PIC programmable sur site.

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Microcontrôleurs PIC : Programmation en C first appeared on F2School.

L’article Microcontrôleurs PIC : Programmation en C est apparu en premier sur F2School.

Microcontrôleur est un circuit intégré qui contient en interne, c’est-à-dire dans un seul et même boîtier, l’équivalent de la structure complète d’un micro-ordinateur

Les microcontrôleurs sont apparus quand :

• Quand on a sut les fabriquer, cad quand les technologies d’intégrations ont suffisamment progressées
• Quand dans les applications domestiques ou industrielles ont avait besoin de systèmes « intelligents » ou tout au moins programmables.

Les avantages des microcontrôleurs

– Diminution de l’encombrement du matériel et du circuit imprimé

– Simplification du tracé du circuit imprimé p (lus besoin de tracer de bus !)

– Augmentation de la fiabilité du système

– Intégration en technologie MOS, CMOS, ou HCMOS diminution de la consommation

– Le microcontrôleur contribue à réduire les coûts à plusieurs niveaux : moins cher que les composants qu’il remplace. Diminution des coûts de main d’œuvre (conception et montage)

– Environnement de programmation et de simulation évolués

Les défauts des microcontrôleurs

– le microcontrôleur est souvent surdimensionné devant les besoins de l’application

– Investissement dans les outils de développement

– Écrire les programmes, les tester et tester leur mise en place sur le matériel qui entoure le microcontrôleur

– Incompatibilité possible des outils de développement pour des microcontrôleurs de même marque.

– Les microcontrôleurs les plus intégrés et les moins coûteux sont ceux disposant de ROM programmables par masque. Fabrication uniquement en grande série >1000

– Défaut relatif car il existe maintenant systématique des versions OTPROM un peu plus chère.

Plan du cours Microcontrôleur

I. MICROPROCESSEUR

1.1. Système informatique minimal

1.2. Exécution de programme

1.3. Les Interruptions

II. MICROCONTROLEUR

2.1. Architecture d’un Microcontrôleur

2.2. Etude du microcontrôleur 8 bits ST7

a) Les registres internes

b) L’organisation mémoire (memory map)

c) Le jeux d’instruction

2.3. Les Périphériques du ST7

2.3.1. Programmation et configuration des périphériques

2.3.2 Les Timers

2.3.3. Le Convertisseur analogique/numérique (CAN)

2.3.4. Les ports d’entrées/sorties parallèles

2.4. Les interruptions

III. UTILISATION DU LANGAGE C

3.1. Organisation mémoire du ST7 et options de compilation

3.2. Allocation des variables

3.2.1. La zone DEFAULT_RAM

3.2.2. Les variables en page zéro

3.2.3. Les constantes

3.2.4. Stockage en mémoire EEPROM

3.2.5. Allocation de bouts de code

3.2.6. Accés à la mémoire via des pointeurs

3.3. Les registres des Périphériques

3.3.1. Déclaration des registres

3.3.2. Lecture, écriture et test d’un bit dans un registre

3.3.3. Configuration des registres lors d’initialisation de périphériques

3.3.4. Utilisation de macros pour les opérations sur les bit

3.4. Programmation des Interruptions

3.5. Langage C optimisé pour microcontrôleurs

IV. LA MISE EN ŒUVRE

4.1. Mise en œuvre matérielle

4.2. Mise en œuvre logicielle

4.3. La chaîne de développement ST7

4.4. Exemple de projet

4.4.1. Programme principal “main.c”

4.4.2. fichier de link “enviro.prm”

4.4.3. fichier d’environnement “defaut.env ‘’

4.4.4. fichier make “enviro.mak”

I-Télécharger le cours N°1 de Microcontrôleur

II-Télécharger le cours N°2 de Microcontrôleur

III-Télécharger le cours N°3 de Microcontrôleur

Voir aussi :

Partagez au maximum pour que tout le monde puisse en profiter

The post Microcontrôleur first appeared on F2School.

L’article Microcontrôleur est apparu en premier sur F2School.