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COURS

SYSTÈMEEMBARQUÉET

SYSTÈMED·EXPLOITATIONMOBILE

IkbelDaly Briki

2017/2018

UUNNIIVVEERRSSIITTÉÉ DDEE LLAA MMAANNOOUUBBAA ÉÉccoollee SSuuppéérriieeuurree dd''ÉÉccoonnoommiiee NNuumméérriiqquuee

SYSTÈMEEMBARQUÉ

|8Q V\VPqPH HPNMUTXp Ń·HVP XQH ŃRPNLQMLVRQ GH matériels et logiciels permettant de remplir une ou plusieurs fonctions spécifiques avec des contraintes plus ou moins sévères tel que la consommation, la PHPSpUMPXUH OM PMLOOH OHV SHUIRUPMQŃHV"L3MPULŃH Kadionik, 2004]

|8Q V\VPqPH HPNMUTXp HVP VXVŃHSPLNOH G·rPUH XPLOLVp dans un environnement matériel de faibles SHUIRUPMQŃHV VL O·RQ ŃRPSMUH MX 3F GH NXUHMX G·MXÓRXUG·OXLB 6L O·MÓRXP GH TXHOTXHV 0R GH PpPRLUH VXU XQ 3F GH NXUHMX Q·M SMV XQH JURVVH LQIOXHQŃH VXU OH NXGJHP G·XQ XPLOLVMPHXU OH JMLQ GH TXHOTXHV 0R VXU un produit de grande consommation (téléphone, équipement auto mobile, organiseur personnel) a une énorme influence sur le coût final. [Pierre Ficheux, 2003]2

SYSTÈMEEMBARQUÉ

|eNMXŃOH G·XQH GpILQLPLRQ Ń·HVP XQ V\VPqPH pOHŃPURQLTXH HP informatique autonome qui est dédié à une tâche SMUPLŃXOLqUH HP ŃRQPHQXH GMQV XQ V\VPqPH HQJORNMQPB HO Q·HVP " généralement » pas programmable.

y3MV G·(C6 VPMQGMUGV yMatériel et application intimement liés yIRJLŃLHO HQIRXL " QR\p GMQV OH PMPpULHO " SMV IMŃLOHPHQP discernable comme dans un PC. |Il sont partout ; |Radio/réveil |Machine à café |Télévision / télécommande |Moyen de transport |7pOpSORQH SRUPMNOH "B 3

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Un système embarqué: ydes ressources limitées ySystème principalement numérique yLe moins cher possible yUne puissance de calcul limitée y3MV GH ŃRQVRPPMPLRQ G·pQHUJLH LQXPLOH yExécution de logiciel dédié aux fonctionnalités spéciales yUne capacité de communication limitée yNe possède pas toujours de système de fichiers 4

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Faible coût: ySolution optimale entre le prix et la performance yÀ la portée de toute personne yPar conséquent, les ressources utilisées sont minimales y8Q V\VPqPH HPNMUTXp Q·M TXH SHX GH PpPRLUH 5

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Faible consommation: y8PLOLVMPLRQ G·XQH NMPPHULH G·HPPMJMVLQMVVLRQV

G·pQHUJLH

yGérer la consommation pour rester autonome le plus possible yPas de consommation excessive, moins de prix et des batteries de faible capacités 6

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Faible encombrement et faible poids: yMinimiser la taille et le poids pour un système embarqué. yLes composants électroniques (analogique et/ou numérique) doivent cohabiter sur une faible surface. |Fonctionnement en temps réel: yLes applications embarquées doivent répondre rapidement aux évènements internes ou externes. yNécessaire dans les applications de système de contrôles yLe résultat peut être néfaste si le système ne réagit

SMV j O·LPPpGLMP j XQ pYqQHPHQP GX V\VPqPH

7

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Environnement: yUn système embarqué est soumis à des nombreux

ŃRQPUMLQPHV G·HQYLURQQHPHQP

yHO GRLP V·MGMSPHU HP IRQŃPLRQQHU MYHŃ HX[B yExemple: |La température |I·OXPLGLPp |Les vibrations |Les chocs |IHV YMULMPLRQV G·MOLPHQPMPLRQ OHV LQPHUIpUHQŃHV 5) OHV

UMGLMPLRQV" etc

8

I·EMBARQUÉENQUELQUESCHIFFRES

|(Q 1EEE LO M pPp YHQGX GMQV OH GRPMLQH GH O·HPNMUTXp y1,3 milliards de processeurs 4 bits y1,4 milliards de processeurs 8 bits y375 millions de processeurs 16 bits y127 millions de processeurs 32 bits y3,2 millions de processeurs 64 bits. |Il a été vendu 108 millions de processeurs pour le marché du PC |En 2004:

y14 PLOOLMUGV GH SURŃHVVHXUV SRXU O·HPNMUTXp PLŃURSURŃHVVHXU microcontrôleur, DSP, etc.)

y260 millions de processeurs PC. |Moins de 2% (5%) des processeurs vendu sont pour les PC, E8 ED SRXU O·HPNMUTXp |3UL[ PR\HQ G·XQ SURŃHVVHXU 6 2004 MORUV TX·XQ SURŃHVVHXU PC coute 300$. 9

ARCHITECTURED·UNSYSTÈMEEMBARQUÉ

|Trois couches:

|FOMTXH ŃRXŃOH M OM PrPH IRQŃPLRQQMOLPp TX·XQ système normal avec quelques différences de sous composants de chaque couche

|Deux premières couches AEpartie soft |Troisième couche AEpartie hard yEnsemble des éléments physiques cohabitant sur une faible surface yTraitement de données yComposants matériels limités yComposants dédiés à des traitements spécifiques (supplémentaire) 10

ARCHITECTURED·UNSYSTÈMEEMBARQUÉ

|IM PRSRORJLH JpQpUMOH G·XQ V\VPqPH HPNMUTXp

Unité

Centrale

(CPU+R AM) IHM

Réseau

Mémoire

de masse

Autres

Entrées/

sorties 11

ARCHITECTURED·UNSYSTÈMEEMBARQUÉ

|Équipements permanents: yCPU: microprocesseur (s) ou des microcontrôleurs yRAM: mémoire centrale |Équipements supplémentaires: yMémoire de masse: |Disque dur (exp; microdrive2,5-3,5 inches) |Mémoire flash (exp; FlashDisk, DiskOnChip, SDCard" |Utilisation de ROM (exp; Disque virtuel CD, DVD) |Disque à distance (exp; NFS, TFTP) 12 |Équipements supplémentaires: yEntrées: |Les capteurs/convertisseurs (pression, audio, température,..) |Le clavier, boutons poussoirs ou télécommandes (infrarouge, Bluetooth, radio,..) |Les lecteurs de codes barres ySorties: |Les écrans et afficheurs LCD |6\VPqPH G·MOMUPH RX V\QPOqVH YRŃMOH |Imprimante en tous genres comme papier, étiquette, photos, yIHM: |FRPPXQLŃMPLRQ HQPUH O·OXPMLQ HP OM PMŃOLQH |Exp; écran avec les dispositifs " touchScreen»

ARCHITECTURED·UNSYSTÈMEEMBARQUÉ

13

LESAPPLICATIONSD·UNSYSTÈME

EMBARQUÉ

|Les systèmes embarqués peuvent être remarqués par PRXPH XPLOLVMPLRQ G·XQH PMŃOLQH j NMVH GH microprocesseurs ou microcontrôleurs

|IHV GRPMLQHV G·MSSOLŃMPLRQ yTransport; automobile, aéronautique yMilitaire; missile yAstronautique; fusée, satellite artificiel yÉlectroménager; télévision, four ou micro-ondes yTélécommunication; téléphonie, routeur, pare-feu yImpression; imprimante multifonctions, photocopieur yInformatique; disque dur, lecteur de CD yÉquipement médical yMultimédia; console de jeux vidéo yGuichet automatique bancaire (GAB) ymétrologie14

DISPOSITIFSMOBILES

|Un appareil informatique portable possédant VRXYHQP XQ pŃUMQ HP XQH LQPHUIMŃH G·HQPUpHCVRUPLH MYHŃ GHV GLVSRVLPLIV G·LQPHUMŃPLRQ QpŃHVVMLUH RX accessoires |Classification des dispositifs mobiles suivant leurs caractéristiques: yLaptop yTablet PC yPDA (PersonalDigital Assistant) yTéléphone portable ySmartphone yAutres dispositifs; baladeur multimédia personnels

033 034 " ŃRQVROHV GH ÓHX[ SRUPMNOHV15

|Système sur puce (SoC-System on Chip) yCircuit complexe qui intègre tous les éléments fonctionnels

G·XQ SURGXLP VXU XQH PrPH SXŃH

|des modules logiciels (DSP), |des mémoires, |des périphériques, |des coprocesseurs matériels (FPGA ou ASIC) |des modules analogiques ou optoélectroniques yObjectif: diminuer au minimum le nombre de composants sur une carte pour mettre tout sur une seule puce. 16

SYSTÈMEEMBARQUÉS

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Exemple SoC 17

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Introduction |MIPS, 68K, SPARC, ARM, PowerPC 18

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Classification (flexibilité) 19

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Classification 20

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Processeurs CISC et RISC: yIH ÓHX G·LQVPUXŃPLRQ HQVPUXŃPLRQ 6HP $UŃOLPHŃPXUH

ISA) :

|détermine les instructions élémentaires exécutées par le CPU. |est un équilibre entre la complexité matérielle du F38 HP OM IMŃLOLPp G·H[SULPHU OHV MŃPLRQV UHTXLVHV |est représenté de manière symbolique yGHX[ ŃOMVVHV GH ÓHX[ G·LQVPUXŃPLRQV |CISC: ComplexInstructionSet Computer |RISC: Reduce Instruction Set Computer21

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|Processeur CISC (ComplexInstruction Set

Computer) :

yJeu étendu d'instructions complexes (une instruction = plusieurs opérations élémentaires), Ex: un load, une opération arithmétique et un store yCompilation et programmation en assembleur relativement facilitées, code compact, limitation des accès mémoire ytemps de décodage et d'exécution des instructions trop long

Exemples: Vax, Motorola 68000,

Intel x86/Pentium22

PROCESSEURSEMBARQUÉS

|ProcesseurRISC (Reduced Instruction Set

Computer) :

yJeu d'instructions réduit, codage uniforme yModes d'adressage simples, utilisation intensive des registres du processeur yCompilation moins facile, code moins compact, plus d'accès mémoire (pénalisation réduite grâce aux caches) ydécodage et exécution rapides des instructions(un cycle sur architecture pipelinée)

Tous les microprocesseurs modernes utilisent ce

paradigme

Exemples :

SPARC(SUN), MIPS, ARM, PowerPC(Apple, IBM,

Freescale), etc.23

PROCESSEURSEMBARQUÉS

Micro-contrôleurs

|Utilisé pour le contrôle embarqué yCenseur, contrôleurs simples yManipule des événements, quelques données mais en faible quantité

Exemple: caméscope, disque dur, appareil photo

numérique, machine à laver, four à micro-onde |Quelques caractéristiques fréquentes yPériphériques présents sur le circuit (timer, convertisseur analogique numérique, interface de communication), accessible directement grâce aux registres yProgramme et données intégrées au circuit yAccès direct du programmeur à de nombreuses broches du circuit yInstructions spécialisées pour les manipulation de bits. 24

PROCESSEURSEMBARQUÉS

DSP: Digital Signal Processing

|Utilisés pour les applications de traitement du signal yGrande quantités de données numérisées, souvent organisées en flux yFiltre numérique sur téléphone, TV numérique, synthétiseur de sons yConstructeurs: Texas Instrument, puis

AnalogDevices, Motorola

25

PROCESSEURSEMBARQUÉS

Processeurs ARM

|Processeurs développés depuis les années 1980, |maintenant par ARM Limited (http://www.arm.com/) |architecture relativement plus simple que d'autres familles de processeurs |faible consommation, |les processeurs ARM sont devenus dominants dans le domaine de l'informatique embarquée, en particulier la téléphonie mobile et les tablettes. 26

PROCESSEURSEMBARQUÉS

Processeurs ARM

|Architectures récentes : yFamille ARM9E : solutions "DSP-enhanced" (Digital

Signal Processing)

yCoresARM9E et ARM9EJ-S ("Jazelletechnology- enhanced") yMacrocellsARM926EJ-S, ARM946E-S, ARM966E-S,

ARM968E-S et ARM996HS

yFamille ARM10 yFamille ARM11 27

PROCESSEURSEMBARQUÉS

Processeurs ARM

|Caractéristiques : yArchitecture RISC 32 bits yArchitecture load/store : les accès en mémoire ne se font que via des instructions loadet store yStructure pipelinée yARM7 : pipeline 3 étages et ARM9 : pipeline 5 étages yThumbmode: instructions 16 bits (fonctionnalités réduites, mais gain en performance) yJazelle: optimisation pour Java (JVM câblée) 28

PROCESSEURSEMBARQUÉS

Processeurs ARM:

29

COMMUNICATIONS: BUS

30

COMMUNICATIONS: BUS

|Bus pour systèmes embarqués: yBus AMBA: Advanced Microcontroller Bus

Architecture

|Conçu par ARM |3HUPHP GH VLPSOLILHU O·LQPpJUMPLRQ MX QLYHMX V\VPqPHB 31

COMMUNICATIONS: BUS

|Advanced High-performance Bus (AHB) : |Advanced System Bus (ASB) : casouleshautesperformancesdubusAHBne sontpasnécessaires. |Advanced PeripheralBus (APB): synchrone,maîtreunique. 32

COMMUNICATIONS: BUS

|Exemple 33

COMMUNICATIONS: BUS"GÉNÉRALITÉS»

34
‡AHB "AMBA» est utilisé pour la communication entre les composantes nécessitant une communication rapide. ‡APB "amba» est utilisé pour la communication qui ne nécessite pas une haute vitesse et performance. |Les solutions embarquées utilisent des composants Soft conjointement avec le Hard |Par analogie aux ordinateurs, ces composants logiciels devront tournés sur un système

G·H[SORLPMPLRQB

|XQ V\VPqPH G·H[SORLPMPLRQ HPNMUTXp Q·M SMV toutes les fonctionnalités et les caractéristiques TX·XQ XQ V\VPqPH G·H[SORLPMPLRQ SRXU RUGLQMPHXUB 35
|Un ensemble de programmes responsable de la gestion des opérations de: ycontrôle, ycoordination, yutilisation du matériel ySMUPMJH GHV UHVVRXUŃHV G·XQ GLVSRVLPLI HQPUH GLYHUV programmes tournant sur ce dispositif

|Une plateforme logicielle sur laquelle les autres SURJUMPPHV SURJUMPPHV G·MSSOLŃMPLRQV SHXYHQP V·H[pŃXPHU VXU GHV MSSMUHLOV PRNLOHV 3G$ téléphones cellulaires, smartphones"

|ÎLes SEM se diffèrent en fonction des IRQŃPLRQQMOLPpV TX·LOV VRXPLHQQHQPB36

DÉFINITIOND·UNSYSTÈME

D·EXPLOITATIONMOBILE

|Un SEM regroupe un ensemble des fonctionnalités; yLa gestion de la mémoire yIM JHVPLRQ GHV PLŃURSURŃHVVHXUV HP O·RUGRQQMQŃHPHQP yLa gestion de système de fichiers yLa gestion des I/O yLa gestion de sécurité yLa gestion de fonctionnalité multimédia yetc 37

CARACTÉRISTIQUESD·UNSYSTÈME

D·EXPLOITATIONMOBILE

|IHV SULQŃLSMX[ V\VPqPHV G·H[SORLPMPLRQ PRNLOHV yAndroid yBada yBlackBerryOS yiOS yOpenMoko yPalmOS yHP webOS ySymbianOS yWindows CE yWindows Mobile yWindows Phone 738

EXEMPLESDESSYSTÈMESD·EXPLOITATION

MOBILE

|SymbianOS: yLe plus utilisé pour les smartphoneset PDA y)RXUQLP OHV IRQŃPLRQQMOLPpV HVVHQPLHOOHV GX 6( ѱXU du système, les API communes et une interface utilisateur de référence yAdopté par différents fabricants de téléphone portables 2G et 3G 39

EXEMPLESDESSYSTÈMESD·EXPLOITATION

MOBILE

|Palm OS yConnu sous le nom GarnetOS yDéveloppé pour des PDA en 1996 yI·LQPHUIMŃH JUMSOLTXH XPLOLVMPHXU HVP SUpYXH SRXU rPUH utilisée avec un écran tactile y)RXUQL MYHŃ XQH VXLPH G·MSSOLŃMPLRQV GH NMVH SRXU

JHVPLRQQMLUH G·LQIRUPMPLRQV SHUVRQQHOOHV

yAmélioré pour fonctionner sur des smartphones yEn 2007, ACCESS a sorti le successeur de GarnetOS appelé Access Linux Platform 40

EXEMPLESDESSYSTÈMESD·EXPLOITATION

MOBILE

|Android y8Q V\VPqPH G·H[SORLPMPLRQ RSHQ VRXUŃH XPLOLVMQP OH noyau Linux pour smartphones, PDA et terminaux mobiles y([LVPH VXU MXPUHV P\SHV G·MSSMUHLOV PpOpYLVHXUV tablettes yComporte une interface spécifique développée en Java yLes programmes sont exécutés via un interpréteur JIT yConçu pour intégrer au mieux des applications existantes de googlecomme Gmail, Google Maps, *RRJOH 7MON"41

EXEMPLESDESSYSTÈMESD·EXPLOITATION

MOBILE

|Windows mobile, Windows CE et Windows

Phone7

yDéveloppés par Microsoft pour les smartphoneset

Pocket PC

yPropose des applications basiques comme email, internet, chat et multimédia, etc. yWindows Phone 7 est une plateforme a été lancé le 15 IpYULHU 2010 LO Q·H[LVPH MXŃXQH ŃRPSMPLNLOLPp MYHŃ OHV applications Windows Mobile42

EXEMPLESDESSYSTÈMESD·EXPLOITATION

MOBILE

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