Les systèmes embarqués sont basés sur des microprocesseurs pour contrôler le fonctionnement d’autres appareils ou surveiller leurs performances. Ils sont généralement petits et compacts, leur taille doit donc être prise en compte lors de leur conception.
Un système embarqué peut avoir une interface utilisateur limitée, mais le plus souvent il n’a pas d’interface utilisateur du tout. Dans ces cas, les humains interagissent avec ces systèmes par le biais de commandes manuelles telles que des interrupteurs et des cadrans, ou de commandes automatisées telles que des capteurs et des actionneurs. Le processus d’intégration de composants matériels et logiciels dans un système embarqué est connu sous le nom d’informatique embarquée. Pour des applications pratiques et une gestion à distance, en particulier avec des plateformes comme Raspberry Pi, apprendre comment utiliser VNC pour l’accès à distance peut être très bénéfique.
définition du système embarqué
Un système embarqué est une unité de système informatique dotée de fonctions et de caractéristiques spécifiques. Il est conçu pour fonctionner au sein d’autres appareils en tant que partie de leur structure logique ou physique. Et il est généralement intégré dans un système plus vaste, tel qu’une voiture, un avion ou un smartphone.
architecture du système embarqué
Un système embarqué est composé de matériel et de logiciels. Il comprend uniquement son environnement d’exploitation et son système d’exploitation, ainsi que tout son contenu logiciel. Le matériel comprend de nombreux éléments, notamment des processeurs de signaux, de la mémoire, des modules de communication, etc. En raison de leur structure unique, les systèmes embarqués diffèrent considérablement des systèmes de traitement informatique. Étant donné qu’il n’existe pas de support de stockage de grande capacité pour l’égaler, le système embarqué ne peut pas stocker d’énormes quantités d’informations. De plus, la plupart des supports de stockage utilisés comprennent EPROM, EEPROM, etc., la partie logicielle de la plateforme de développement est une interface API.
structure matérielle
La partie matérielle d’un système embarqué ne diffère pas de celle d’un système informatique général. Il est composé de processeurs, de mémoire, de périphériques externes, d’interfaces E/S et de contrôleurs graphiques.
CPU
Le CPU d’un système embarqué comprend une unité arithmétique et un module de contrôle. Il est en outre équipé d’un module de mémoire, d’un module d’alimentation, d’un module de réinitialisation, etc. Cette unité centrale de traitement peut être un composant dédié, tel que le microcontrôleur ATmega328P.
Flash
Afin de répondre aux exigences des systèmes embarqués en termes de vitesse, de volume et de consommation d’énergie, les systèmes d’exploitation, les logiciels d’application. Les données spéciales qui doivent être stockées pendant une longue période n’utilisent généralement pas de supports de stockage de grande capacité et lents tels que les disques, mais utilisent la plupart du temps EPROM, E2PROM ou mémoire flash.
Modules A/D
Dans les systèmes embarqués, les modules A/D ou D/A sont principalement utilisés pour la mesure et le contrôle, et sont rarement utilisés dans les ordinateurs à usage général.
Bus
En fonction de l’application et de l’échelle réelles, certains systèmes embarqués utiliseront un bus externe. Avec la rapide expansion des domaines d’application, de plus en plus de types de bus sont utilisés dans les systèmes embarqués.
Processeurs de signal
Le matériel comprend de nombreux éléments, notamment des processeurs de signal, de la mémoire, des modules de communication, etc. Parmi ceux-ci, on trouve des composants spécialisés connus sous le nom de Processeurs de signal numériques (DSP).
système logiciel
Le système logiciel du système embarqué est conçu pour le système matériel spécifique et les exigences de l’utilisateur du système embarqué. Il est une partie importante du système embarqué et la clé pour réaliser les fonctions du système embarqué. Il est divisé en quatre couches : couche pilote, couche système d’exploitation, couche middleware et couche applicative.
1. couche pilote
La couche pilote est une couche directement connectée au matériel, et elle fournit des pilotes matériels ou un support de base pour les systèmes d’exploitation et les applications. Dans les systèmes embarqués, un pilote est parfois appelé package de support de carte (BSP). BSP a la fonction d’initialiser l’environnement matériel de base du système après la mise sous tension du système embarqué. Le matériel de base comprend un microprocesseur, une mémoire, un contrôleur d’interruption, un DMA, un minuteur, etc. Couche pilote – il existe généralement trois types de programmes, à savoir le programme d’initialisation au niveau de la carte, le programme de pilote standard et le programme de pilote d’application.
2. couche système d'exploitation
Le système d’exploitation dans le système embarqué possède les fonctions principales du système d’exploitation général, et est responsable de l’allocation de toutes les ressources logicielles et matérielles du système embarqué, de la planification du contrôle du travail et de la coordination des activités concurrentes. Il conserve toujours des caractéristiques embarquées et appartient au système d’exploitation embarqué (EOS). Les systèmes d’exploitation embarqués courants incluent Windows CE, Palm:OS, Linux, VxWorks.pSOS.QNX.LynxOS, etc. Avec un système d’exploitation embarqué, l’écriture d’applications est plus rapide, plus efficace et plus stable.
3. couche middleware
Le middleware est un logiciel utilisé pour aider et prendre en charge le développement de logiciels d’application. Il comprend généralement des bases de données, des protocoles réseau, une prise en charge graphique et les outils de développement correspondants, tels que MySQL, TCP/IP, GU1, etc.
4. couche application
Les logiciels d’application embarqués sont des logiciels destinés à un domaine d’application spécifique et utilisés pour atteindre les objectifs attendus par l’utilisateur. Il existe une certaine différence entre les logiciels d’application embarqués et les logiciels d’application ordinaires. Ils doivent non seulement répondre aux besoins des applications pratiques en termes de précision, de sécurité et de stabilité, mais également être optimisés pour réduire la consommation de ressources système et le coût du matériel.
comment fonctionne un système embarqué ?
Un système embarqué est un système informatique conçu pour effectuer des tâches spécifiques au sein d’un système plus vaste. Il est généralement intégré en tant que partie d’un appareil complet, tel qu’une voiture ou un appareil électroménager, et son objectif est de contrôler ou de surveiller l’appareil dans lequel il est intégré.
Les systèmes embarqués sont généralement construits autour d’un microprocesseur, avec du matériel et des logiciels spécialisés conçus pour effectuer une tâche spécifique. Ils sont souvent conçus pour fonctionner en temps réel, ce qui signifie qu’ils doivent répondre aux événements externes dans un délai spécifique. Cela peut rendre leur conception et leur débogage difficiles, mais cela leur permet également d’être très efficaces dans l’exécution de leurs tâches prévues.
Les systèmes embarqués se trouvent dans une grande variété d’appareils, des voitures et des avions aux appareils électroménagers et aux machines industrielles. Ils deviennent de plus en plus courants à mesure que la technologie progresse et que de plus en plus d’appareils sont conçus pour être interconnectés.
classification des systèmes embarqués
Un système embarqué peut être classé de différentes manières, en fonction des critères utilisés. Une classification courante est basée sur la complexité du système. Les systèmes simples peuvent ne nécessiter qu’un microprocesseur, tandis que les systèmes plus complexes peuvent nécessiter un microprocesseur, une mémoire, des périphériques d’E/S et des logiciels. D’autres classifications incluent le type d’application, le type de processeur, la taille du système et le cycle de développement du système.
Basé sur la complexité
Systèmes embarqués simples:
Ces systèmes ne nécessitent qu’un microprocesseur.
Systèmes embarqués modérés:
Ces systèmes nécessitent un microprocesseur et une mémoire.
Systèmes embarqués complexes:
Ces systèmes nécessitent un microprocesseur, une mémoire, des périphériques d’E/S et des logiciels.
Basé sur la performance et la fonction
Systèmes embarqués en temps réel :
Ce sont des applications basées sur un ordinateur qui exécutent des tâches en temps réel telles que le contrôle de systèmes robotiques, la surveillance des conditions ou la prise de mesures dans les environnements de fabrication ou industriels. Ces systèmes sont généralement caractérisés par des exigences de latence strictes et peuvent avoir une faible bande passante, des exigences de faible latence. Ce type de système est généralement déployé sur des appareils alimentés par batterie, tels que des capteurs.
Systèmes embarqués autonomes :
Les systèmes autonomes sont indépendants et ne dépendent pas d’une connexion pour fonctionner. Ils ne partagent pas de données avec d’autres systèmes et les données restent sur l’appareil. Ce sont des systèmes simples qui ne nécessitent pas beaucoup de stockage de données ou de puissance de traitement. Les petits appareils tels que les trackers de fitness, les systèmes de sécurité domestique ou les lecteurs MP3 sont des exemples de systèmes autonomes. Dans ces cas, la majeure partie des données est utilisée pendant le processus d’installation ou est générée pendant le fonctionnement normal du système. Ces systèmes ne nécessitent pas de connectivité Internet, ils peuvent donc fonctionner séparément du système principal.
Systèmes embarqués en réseau :
Les systèmes embarqués en réseau permettent la collecte et l’analyse de données provenant de capteurs et d’appareils. Ces systèmes sont connectés les uns aux autres ainsi qu’à Internet pour permettre un transfert facile de données et un accès à distance aux données. Ils sont également connectés à d’autres systèmes tels que les systèmes ERP, CRM et de gestion de la chaîne d’approvisionnement. Les systèmes embarqués en réseau sont largement utilisés dans des secteurs tels que le pétrole et le gaz, l’énergie électrique, l’aérospatiale et la défense, l’automobile et la santé.
Systèmes embarqués mobiles :
Les systèmes embarqués mobiles sont de petits appareils portables qui peuvent être utilisés en déplacement. Ils sont souvent utilisés dans un environnement mobile et peuvent être alimentés par une batterie. Ces systèmes peuvent avoir des capacités sans fil et peuvent communiquer avec d’autres systèmes. Les systèmes embarqués mobiles peuvent collecter des informations via des capteurs ou être contrôlés par un utilisateur via une interface utilisateur. Les systèmes embarqués mobiles peuvent être utilisés à l’usine ou au bureau. Ils peuvent être utilisés pour suivre les stocks, surveiller la localisation ou scanner des codes-barres. Les systèmes embarqués mobiles peuvent également être utilisés pour envoyer des données vers le cloud pour analyse.
Basé sur l'application
Systèmes embarqués de contrôle:
Ces systèmes sont utilisés pour contrôler des processus ou des machines.
Systèmes embarqués de communication:
Ces systèmes sont utilisés pour transmettre et recevoir des données.
Systèmes embarqués grand public:
Ces systèmes sont utilisés dans des produits pour les consommateurs, tels que les téléviseurs et les micro-ondes.
Systèmes embarqués industriels:
Ces systèmes sont utilisés dans des applications industrielles, telles que l’automatisation d’usine.
applications de systèmes embarqués
En raison de sa petite taille, de sa grande fiabilité, de sa fonction forte, de sa flexibilité et de sa commodité, l’application de contrôleurs embarqués s’est étendue à divers domaines tels que l’industrie, l’agriculture, l’éducation, la défense nationale, la recherche scientifique et la vie quotidienne.
Industriel
Dans le contrôle industriel, le système embarqué est les composants clés de l’automatisation industrielle. Ils comprennent le contrôle électromécanique, le robot industriel, le contrôle de processus, le contrôle DDC, le contrôle DCS, les capteurs intelligents et la transformation industrielle traditionnelle, etc.
Instrumentation
Il existe des instruments intelligents, des compteurs intelligents, des équipements médicaux tels que des chromatographes, des oscilloscopes, etc.
Système d'éclairage
Les systèmes embarqués courants dans les télécommunications comprennent généralement le contrôle intelligent de la ligne, l’éclairage public solaire, les feux de circulation, etc.
Contrôle de navigation
Les systèmes embarqués sont également utilisés dans le contrôle des missiles, le guidage des torpilles, le système de navigation aérospatiale, le système de brouillage électronique, etc.
Équipement civil
Dans notre vie quotidienne, vous pouvez voir les systèmes embarqués appliqués dans les terminaux, les jouets électroniques, les appareils photo, les projecteurs, les contrôleurs antivol, etc.
Communication et réseau
Les produits tels que les ordinateurs, les téléphones portables, les décodeurs TV ont tous des systèmes embarqués.
Agriculture
système de contrôle d’économie d’eau agricole, technologie de culture hors-sol, ingénierie intelligente des semences, etc.
