Cours systèmes embarqués

Leçon 1 • Aperçu de la chaîne d'outils de développement

Présente les compilateurs croisés, les éditeurs de liens, les débogueurs et les programmateurs flash. Les étudiants configurent une chaîne d'outils de base pour compiler et exécuter leur premier programme.

Leçon 2 • Composants matériels de base

Passe en revue les microcontrôleurs, les processeurs, les types de mémoire et les périphériques. Fournit le vocabulaire matériel nécessaire pour tous les chapitres suivants.

Leçon 3 • Contraintes et compromis des systèmes embarqués

Analyse les contraintes d'alimentation, de mémoire, de latence et de coût qui façonnent les décisions de conception. Encadre les compromis d'ingénierie revus tout au long du cours.

Leçon 4 • Définition des systèmes embarqués

Met en contraste les systèmes embarqués avec l'informatique de bureau à l'aide d'exemples concrets. Ancre le chapitre en établissant la portée et la philosophie de conception.

Leçon 1 • Machines d'état et flux de contrôle

Implémente des machines d'état finies à l'aide d'énumérations et d'instructions switch pour un micrologiciel piloté par les événements. Fournit une alternative évolutive aux conditionnelles imbriquées.

Leçon 2 • Qualificateurs Volatile, Const et Restrict

Explique les interactions d'optimisation du compilateur avec les variables mappées au matériel. Les étudiants appliquent correctement les qualificateurs pour prévenir les bogues subtils de concurrence et d'optimisation.

Leçon 3 • Pointeurs et gestion de la mémoire

Couvre l'arithmétique des pointeurs, les pointeurs de fonction et les stratégies d'allocation mémoire statique. Évite les pièges de l'allocation dynamique dans les micrologiciels critiques pour la sécurité.

Leçon 4 • Types à largeur fixe et manipulation de bits

Utilise les types de stdint.h et les opérateurs binaires pour écrire du code portable au niveau des registres. Élimine l'ambiguïté de taille de type courante dans les bogues embarqués.

Leçon 1 • Interruptions et gestion des exceptions

Couvre les vecteurs d'interruption, les niveaux de priorité et les règles de conception des ISR. Les étudiants remplacent les boucles d'attente active par des E/S pilotées par interruptions pour plus d'efficacité.

Leçon 2 • Bases de l'architecture du CPU

Couvre les étages de pipeline, les jeux d'instructions et les fichiers de registres des cœurs embarqués courants. Relie la connaissance de l'architecture à l'écriture de code de bas niveau efficace.

Leçon 3 • Architecture mémoire et mappage

Explique les E/S mappées en mémoire, les espaces d'adressage et l'allocation sur la pile vs le tas. Prépare les étudiants à lire les fiches techniques et à écrire du code d'accès périphérique correct.

Leçon 4 • Interfaces analogiques : CAN et CNA

Explique l'échantillonnage du CAN, la résolution, les tensions de référence et la sortie du CNA. Les étudiants lisent les tensions des capteurs et génèrent des signaux analogiques sous contrôle logiciel.

Leçon 5 • Contrôle des GPIO et des E/S numériques

Enseigne la configuration des GPIO au niveau des registres pour les entrées, les sorties et les fonctions alternatives. Les étudiants réalisent des exercices de contrôle de DEL et d'anti-rebond de boutons.

Leçon 1 • Communication série UART

Configure le débit en bauds, le tramage et le contrôle de flux pour les liaisons UART. Les étudiants implémentent une interface en ligne de commande via un terminal série.

Leçon 2 • Sélection de protocole et débogage

Guide le choix du protocole en fonction de la vitesse, de la distance, du nombre de nœuds et du coût. Les étudiants utilisent des analyseurs logiques et des oscilloscopes pour décoder et déboguer le trafic du bus.

Leçon 3 • Fondamentaux du bus CAN

Présente la structure des trames CAN, l'arbitrage, la détection d'erreurs et la topologie du bus. Prépare les étudiants au travail sur les protocoles automobiles et industriels.

Leçon 4 • Protocole de bus I2C

Explique l'adressage I2C, ACK/NACK, l'étirement d'horloge et l'arbitrage multi-maître. Les étudiants lisent les données des capteurs à partir de dispositifs I2C en utilisant les cartes de registres.

Leçon 1 • Création et gestion des tâches

Crée, suspend, reprend et supprime des tâches à l'aide des API RTOS. Les étudiants construisent une application multitâche avec des tâches de capteurs et d'affichage indépendantes.

Leçon 2 • Concepts RTOS et ordonnancement

Définit les tâches, les ordonnanceurs, la préemption et la commutation de contexte. Met en contraste la conception basée sur RTOS avec les approches en boucle supervisée sur métal nu.

Leçon 3 • Temporisateurs RTOS et gestion de l'alimentation

Configure les temporisateurs logiciels et les modes inactifs sans tic pour réduire la consommation d'énergie. Intègre la temporisation RTOS avec les états de faible consommation matérielle.

Leçon 4 • Communication entre tâches

Utilise des files d'attente, des boîtes aux lettres et des drapeaux d'événement pour échanger des données entre les tâches en toute sécurité. Élimine le partage de variables globales qui provoque des conditions de concurrence.

Leçon 1 • Optimisation de l'alimentation des périphériques

Active et désactive les périphériques à la demande pour éliminer le courant de repos. Applique un cyclage d'utilisation aux capteurs, aux radios et aux affichages.

Leçon 2 • Modes de veille et de faible consommation

Configure les modes veille, veille profonde et veille prolongée avec des sources de réveil appropriées. Les étudiants mesurent les économies d'énergie à chaque transition de mode.

Leçon 3 • Distribution d'horloge et variation de tension

Réduit la puissance active en abaissant la fréquence du CPU et la tension d'alimentation de manière dynamique. Les étudiants implémentent des politiques DVFS liées à la demande de charge de travail.

Leçon 4 • Fondamentaux de la consommation d'énergie

Décompose les composants de puissance dynamique, statique et périphérique. Établit une base de mesure avant le début de l'optimisation.

Leçon 1 • Paysage des menaces embarquées

Cataloguise les vecteurs d'attaque physiques, sur le micrologiciel et réseau ciblant les dispositifs embarqués. Motive l'investissement en sécurité avec des études de cas de brèches réelles.

Leçon 2 • Canaux de communication sécurisés

Configure TLS et DTLS sur les piles embarquées pour des liaisons authentifiées et chiffrées. Gère les certificats et les clés de session dans les contraintes de mémoire.

Leçon 3 • Démarrage sécurisé et intégrité du micrologiciel

Implémente une chaîne de confiance du chargeur d'amorçage ROM jusqu'au micrologiciel applicatif. Les étudiants signent les images du micrologiciel et vérifient les signatures au moment du démarrage.

Leçon 4 • Mise à jour sécurisée du micrologiciel (OTA)

Conçoit un pipeline de mise à jour par liaison radio à sécurité intégrée avec protection de recul. Les étudiants implémentent un schéma de mise à jour flash à double banque avec des vérifications de signature.

Leçon 1 • Techniques et outils de débogage

Utilise les débogueurs JTAG/SWD, les tampons de trace et la journalisation de style printf pour isoler les défauts. Développe des compétences systématiques de recherche de défauts applicables à toute plateforme embarquée.

Leçon 2 • Stratégies de déploiement et de mise à jour sur le terrain

Planifie la programmation flash en production, les diagnostics sur le terrain et le déploiement des mises à jour OTA pour les dispositifs déployés. Aborde la gestion de flotte et le suivi de version à grande échelle.

Leçon 3 • Analyse statique et qualité du code

Exécute des analyseurs statiques et applique des normes de codage pour prévenir les défauts avant l'exécution. Intègre des points de contrôle de qualité dans le pipeline de construction.

Leçon 4 • Tests matériels en boucle

Connecte le matériel réel à des scripts de test automatisés pour valider le comportement temporel et des périphériques. Détecte les bogues d'intégration que les tests unitaires ne peuvent pas détecter.