Les systèmes embarqués

Les systèmes embarqués

Aujourd’hui, les systèmes embarqués sont couramment utilisés dans de nombreux domaines tels que : le transport (aéronautique, automobile, ferroviaire et maritime), l’électroménager, le médical, l’informatique, le domaine militaire, la télécommunication.

Les systèmes embarqués

Le contenu du document

Depuis 1960, les systèmes embarqués ont évolué et sont devenus des objets techniques indispensables à la réalisation de multiples tâches.

Prérequis

  • Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information
  • Expliquer comment un objet programmable fonctionne de façon simple

 

Objectifs

  • Connaître la définition, les caractéristiques et les avantages d’un système embarqué.
  • Observer et décrire le comportement d’un système embarqué et les éléments de sa programmation

I. Définition

Système embarqué : Système technique qui gère l’ensemble des informations nécessaires à la réalisation d’une fonction technique selon un programme informatique établi.

Un système embarqué est un système technique de taille réduite qui est constitué d’équipements électroniques, mécaniques, électriques, hydrauliques, pneumatiques et informatiques. Le plus souvent, le système embarqué est un des composants d’un objet technique. Le système embarqué gère l’ensemble des informations nécessaires à la réalisation d’une fonction technique selon un programme informatique établi.

Par exemple, les avions de lignes sont aujourd’hui équipés d'un système embarqué, appelé guidage inertiel (IRS en anglais pour Inertial Reference System), qui assure la fonction technique suivante :  " connaître la position ".

II. Applications

Les systèmes de télécommunication emploient de nombreux systèmes embarqués, depuis les commutateurs téléphoniques du réseau jusqu'aux téléphones portables de l'utilisateur final. Le réseau informatique utilise des routeurs dédiés et des ponts réseau pour acheminer les données.

De même, l'électronique grand public comprend les lecteurs MP3, les téléphones mobiles, les consoles de jeux vidéo, les appareils photo numériques, les récepteurs GPS et les imprimantes. Les appareils électroménagers, tels que les fours à micro-ondes, les machines à laver et les lave-vaisselles, comprennent des systèmes intégrés pour assurer la flexibilité, l'efficacité et les caractéristiques. Les systèmes de climatisation et de chauffage avancés utilisent des thermostats en réseau pour contrôler de manière plus précise et efficace la température qui peut changer selon l'heure du jour et la saison.

La domotique est l’ensemble des techniques, mises en œuvre et utilisant de nombreux systèmes embarqués, pour informatiser et pour automatiser de nombreuses tâches à la maison. La domotique utilise des réseaux câblés et sans fil qui peuvent être utilisés pour contrôler les lumières, le climat, la sécurité, l'audiovisuel, la surveillance, etc. Ils utilisent tous des dispositifs intégrés pour la détection et le contrôle.

Les systèmes de transport, du vol aux automobiles, utilisent de plus en plus des systèmes embarqués. Les nouveaux avions contiennent des systèmes avioniques avancés tels que des systèmes de guidage inertiel et des récepteurs GPS qui ont également des exigences de sécurité considérables. Divers moteurs électriques - moteurs à courant continu sans balais, moteurs à induction et moteurs à courant continu - utilisent des commandes de moteurs électriques/électroniques. Les automobiles, les véhicules électriques et les véhicules hybrides utilisent de plus en plus des systèmes intégrés pour maximiser l'efficacité et réduire la pollution. Les autres systèmes de sécurité automobile incluent le système de freinage antiblocage (ABS), le contrôle électronique de stabilité (ESC/ESP), le contrôle de traction (TCS) et le système automatique à quatre roues motrices.

Les équipements médicaux utilisent des systèmes intégrés pour la surveillance des signes vitaux, des stéthoscopes électroniques pour l'amplification des sons et diverses images médicales (IRM par exemple) pour des inspections internes non invasives. Les systèmes embarqués dans l'équipement médical sont souvent alimentés par des ordinateurs industriels.

 

Les systèmes embarqués sont utilisés dans les transports, la sécurité incendie, la sûreté et la sécurité, les applications médicales et les systèmes vitaux, car ils peuvent être isolés du piratage et ainsi être plus fiables s'ils ne sont pas connectés à des réseaux câblés ou sans fil. Pour la sécurité contre l'incendie, les systèmes peuvent être conçus pour avoir une plus grande capacité de manipuler des températures plus élevées et continuer à fonctionner.

III. Caractéristiques et avantages

Les systèmes embarqués sont conçus pour effectuer une tâche spécifique plutôt que d'être un ordinateur polyvalent pour plusieurs tâches. Certains ont également des contraintes de performance en temps réel qui doivent être satisfaites, pour des raisons de sécurité et de facilité d'utilisation ; d'autres peuvent avoir des exigences de performance faibles, ce qui permet de simplifier le matériel du système pour réduire les coûts.

Les deux principaux éléments qui caractérisent un système embarqué sont l’interface utilisateur et le processeur. 98% de tous les microprocesseurs sont fabriqués en tant que composants de systèmes embarqués !

Les systèmes embarqués modernes sont souvent basés sur des microcontrôleurs (processeurs avec mémoire intégrée ou interfaces périphériques), mais les microprocesseurs ordinaires sont également courants, en particulier dans les systèmes plus complexes.

Les systèmes embarqués sont dédiés à des tâches spécifiques, ainsi les ingénieurs de conception peuvent l'optimiser pour réduire la taille et le coût du produit et augmenter la fiabilité et la performance.

Les avantages des systèmes intégrés sont la faible consommation d'énergie, la petite taille, les plages de fonctionnement robustes et le faible coût unitaire. Cela se fait au prix de ressources de traitement limitées, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à programmer et à interagir. Cependant, en construisant des mécanismes d'intelligence sur le matériel, il est possible de gérer de manière optimale les ressources disponibles. Par exemple, des techniques intelligentes peuvent être conçues pour gérer la consommation d'énergie des systèmes embarqués.

Conclusion

Un système embarqué est un système informatique doté d'une fonction dédiée dans un système mécanique ou électrique plus important, souvent avec des contraintes de calcul en temps réel. Il est intégré dans un dispositif complet comprenant souvent du matériel et des pièces mécaniques. Les systèmes embarqués contrôlent de nombreux périphériques couramment utilisés aujourd'hui.

Les systèmes embarqués sont utilisés dans des appareils portables tels que les montres numériques et les lecteurs MP3, mais aussi dans de grandes installations fixes comme les feux de circulation, les automates d'usine et aussi les systèmes largement complexes comme les véhicules hybrides, l'IRM et l'avionique.

Le petit + dans ta copie

L'un des tous premiers systèmes embarqués modernes reconnaissables était l'Apollo Guidance Computer, qui a été développé dans les années 1960 par Charles Stark Draper au Laboratoire d'instrumentation, à l’institut Technologique du Massachusetts à Boston (États-Unis). L'Apollo Guidance Computer (AGC) était l'ordinateur embarqué de navigation et de pilotage installé dans les vaisseaux spatiaux des missions Apollo dans le cadre du programme spatial américain Apollo (1961-1972) pour débarquer des hommes sur la Lune.

Pour aller plus loin...

En plus du système d'exploitation principal, de nombreux systèmes embarqués comportent des composants qui sont constitués de piles de protocoles réseau telles que CAN, TCP/IP, FTP, HTTP et HTTPS, ainsi que de capacités de stockage telles que les systèmes de gestion de mémoire flash. Si le périphérique intégré dispose de capacités audio et vidéo, les pilotes seront présents dans les systèmes embarqués.

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