Cours de systèmes embarqués avancés avec Arduino

Leçon 1 • Principes essentiels de l'architecture des microcontrôleurs

Couvre les cœurs de CPU, les types de mémoire et les structures de bus à l'intérieur des microcontrôleurs AVR et ARM. Établit le vocabulaire matériel utilisé tout au long du cours.

Leçon 2 • Variantes de cartes Arduino et sélection

Compare les cartes Uno, Mega, Nano et 32 bits selon leurs spécifications et leurs cas d'utilisation. Guide les décisions de sélection matérielle pour les projets embarqués.

Leçon 3 • Structure d'un sketch et modèle d'exécution

Explique setup(), loop() et le modèle d'exécution sur métal nu sans ordonnanceur de SE. Prépare les étudiants à raisonner sur la temporisation et le flux de contrôle.

Leçon 4 • Configuration de l'IDE et de la chaîne d'outils

Installe et configure l'IDE Arduino, l'interface en ligne de commande, les paquets de cartes et les pilotes. Relie la configuration de la chaîne d'outils à des cycles de compilation et de téléversement efficaces.

Leçon 1 • Génération de signaux MLI

Génère des formes d'onde MLI rapides et à correction de phase à l'aide des unités de comparaison des temporisateurs. Applique la MLI au contrôle de la vitesse des moteurs et aux circuits de gradation des DEL.

Leçon 2 • Interruptions externes et de changement de broche

Configure les vecteurs INT0/INT1 et PCINT pour la détection d'événements déclenchés par front. Relie la latence et la priorité des interruptions aux exigences des systèmes en temps réel.

Leçon 3 • Patrons d'ordonnancement non bloquants

Implémente l'ordonnancement coopératif de tâches à l'aide de millis() et de drapeaux de temporisation sans système d'exploitation temps réel. Remplace le code basé sur delay() par des machines d'état pilotées par les événements.

Leçon 4 • Architecture des temporisateurs matériels

Examine les registres des temporisateurs 8 bits et 16 bits, les prédiverseurs et le comportement de débordement. Fournit la base au niveau des registres pour toutes les techniques basées sur les temporisateurs.

Leçon 1 • Algorithmes de filtrage numérique

Implémente des filtres à moyenne mobile, exponentiels et médians dans le micrologiciel. Quantifie la latence du filtre et la réduction du bruit pour les décisions de fusion de capteurs.

Leçon 2 • Conditionnement de signaux et amplification

Conçoit des étages de gain d'amplificateur opérationnel et des circuits de décalage de niveau pour adapter la sortie du capteur à la plage du CAN. Réduit le décalage et l'erreur de gain avant la numérisation.

Leçon 3 • Techniques d'interfaçage de capteurs

Connecte correctement les capteurs résistifs, capacitifs et à sortie de tension aux entrées du CAN. Couvre la polarisation, les effets de charge et l'adaptation d'impédance d'entrée.

Leçon 4 • Architecture et configuration du CAN

Configure le prédiverseur du CAN, la tension de référence et les modes de conversion pour la précision. Relie les paramètres du CAN à la largeur de bande du signal et aux compromis de bruit.

Leçon 1 • Protocole UART et débogage série

Configure le débit en baudes, le format de trame et le contrôle de flux pour la communication UART. Utilise la sortie série comme canal principal de débogage et d'enregistrement de données.

Leçon 2 • Conception du bus I2C et adressage

Implémente les lectures et écritures maître I2C avec une gestion correcte des ACK/NACK. Résout les conflits d'adresses et la contention de bus dans les systèmes multi-périphériques.

Leçon 3 • Capture et analyse par analyseur logique

Capture et décode les transactions UART, SPI et I2C avec un analyseur logique. Corrèle les anomalies de forme d'onde aux bogues du micrologiciel pour un diagnostic rapide.

Leçon 4 • Détection et récupération d'erreurs de protocole

Identifie les erreurs de trame, les blocages de bus et les conditions de temporisation sur les trois protocoles. Implémente la récupération basée sur un chien de garde et une logique de nouvelle tentative.

Leçon 1 • Budget d'alimentation et modes de veille

Calcule les budgets d'alimentation du système et applique les modes de veille AVR pour prolonger la durée de vie de la batterie. Intègre la détection de courant pour la protection contre les surcharges.

Leçon 2 • Techniques de contrôle des moteurs pas à pas

Implémente les séquences de pas complets, demi-pas et micropas pour les moteurs pas à pas. Ajuste le mode de décroissance du courant et les profils d'accélération pour un mouvement fluide.

Leçon 3 • Implémentation du contrôle PID en boucle fermée

Implémente un contrôleur PID discret dans le micrologiciel pour les boucles de vitesse et de position du moteur. Ajuste Kp, Ki et Kd à l'aide d'une analyse de la réponse indicielle.

Leçon 4 • Circuits de commande de moteur à courant continu

Conçoit des circuits en pont en H et sélectionne les circuits de commande de grille pour le contrôle bidirectionnel des moteurs à courant continu. Relie le rapport cyclique de la MLI à la vitesse et au couple du moteur.

Leçon 1 • Intégration d'un système de fichiers sur carte SD

Monte les systèmes de fichiers FAT16/FAT32 sur les cartes SD via SPI et effectue des opérations d'entrée/sortie sur fichiers. Implémente des écritures mises en mémoire tampon pour équilibrer le débit et l'intégrité des données.

Leçon 2 • Optimisation de la mémoire Flash et de PROGMEM

Stocke les données constantes dans la mémoire Flash à l'aide de PROGMEM pour libérer de la SRAM pour les variables d'exécution. Applique les directives du compilateur et les outils d'analyse de taille pour réduire l'empreinte du code.

Leçon 3 • Lecture, écriture et répartition de l'usure des EEPROM

Lit et écrit l'EEPROM avec des écritures de mise à jour uniquement pour minimiser les cycles d'effacement. Implémente la répartition de l'usure pour le stockage de configuration à haute fréquence.

Leçon 4 • Carte mémoire AVR et contraintes

Cartographie les régions de mémoire Flash, SRAM et EEPROM et quantifie leur impact sur la conception du micrologiciel. Identifie la collision pile-tas comme le principal mode de défaillance pendant l'exécution.

Leçon 1 • Sécurité et intégrité des données pour l'IoT

Applique TLS, HMAC et l'authentification basée sur des jetons pour protéger les points d'extrémité IoT embarqués. Aborde la sécurité des mises à jour du micrologiciel et le stockage des identifiants.

Leçon 2 • Communication Bluetooth classique et BLE

Appaire les modules HC-05 pour le Bluetooth série et configure les services GATT BLE sur ESP32. Construit une application embarquée contrôlée par mobile.

Leçon 3 • Intégration du module Wi-Fi

Connecte les modules ESP8266 et ESP32 à Arduino via des commandes AT et le SDK natif. Établit des connexions TCP/IP et HTTP pour le téléversement de données.

Leçon 4 • Protocole MQTT pour la messagerie IoT

Implémente les patrons de publication et d'abonnement MQTT pour la télémétrie légère des capteurs. Configure les niveaux de qualité de service, les messages retenus et les sujets de dernière volonté.

Leçon 1 • Profilage du rendement et optimisation

Mesure la latence des routines de service d'interruption, la temporisation des boucles et l'utilisation de la mémoire à l'aide de basculements de GPIO et de macros de profilage. Applique des optimisations ciblées sans sacrifier la lisibilité.

Leçon 2 • Livraison et révision du projet de synthèse

Livre un système embarqué entièrement documenté répondant aux exigences définies par le biais d'une révision par les pairs et par l'instructeur. Produit un rapport technique et une démonstration.

Leçon 3 • Architecture du système et partitionnement

Décompose un système embarqué complexe en modules matériels et micrologiciels avec des interfaces définies. Applique une architecture en couches pour isoler les dépendances matérielles.

Leçon 4 • Gestion des erreurs du micrologiciel et chien de garde

Implémente la programmation défensive, les macros d'assertion et les réinitialisations par chien de garde pour la tolérance aux pannes. Consigne les codes d'erreur dans l'EEPROM pour une analyse post-mortem.