Cours sur les Systèmes Embarqués

Leçon 1 • Qu'est-ce qu'un système embarqué

Définit les systèmes embarqués en les contrastant avec les ordinateurs généralistes. Ancre le chapitre en établissant les contraintes de conception qui motivent tous les sujets suivants.

Leçon 2 • Présentation de la chaîne d'outils de développement

Couvre les compilateurs, éditeurs de liens, débogueurs et IDE utilisés dans le développement embarqué. Prépare les étudiants à configurer un environnement de travail avant d'écrire du code.

Leçon 3 • Processus de conception des systèmes embarqués

Décrit l'analyse des exigences, la sélection d'architecture et le prototypage itératif. Encadre le flux de travail d'ingénierie que les étudiants suivront tout au long du cours.

Leçon 4 • Composants matériels de base

Passe en revue les microcontrôleurs, processeurs, types de mémoire et périphériques. Fournit le vocabulaire matériel nécessaire pour comprendre l'interaction logiciel-matériel.

Leçon 1 • Cœur du CPU et jeu d'instructions

Examine les étages de pipeline, les registres et les catégories d'instructions assembleur. Ancre les étudiants dans la façon dont le CPU exécute le code avant de passer à la programmation en C.

Leçon 2 • Système d'interruptions et NVIC

Explique les vecteurs d'interruption, les niveaux de priorité et le contrôleur d'interruptions vectorisées imbriquées. Les étudiants implémentent des E/S pilotées par interruption pour remplacer les boucles d'attente inefficaces.

Leçon 3 • GPIO et maîtrise des E/S numériques

Enseigne la configuration des broches, les registres de direction et les modes de pilotage de sortie. Les étudiants écrivent leur premier code au niveau des registres pour faire clignoter des LED et lire des boutons.

Leçon 4 • Temporisateurs et génération de modulation de largeur d'impulsion

Couvre les modes de compteur de temporisateur, les pré-diviseurs et la sortie de modulation de largeur d'impulsion. Les étudiants génèrent des signaux de temporisation précis et des formes d'onde à rapport cyclique variable.

Leçon 1 • Machines d'état dans le firmware

Modélise le comportement du système comme des machines d'état finies implémentées en C. Les étudiants structurent la logique de contrôle complexe pour la lisibilité et la testabilité.

Leçon 2 • Stratégies d'optimisation de code

Aborde les drapeaux d'optimisation du compilateur, l'expansion inline et le déroulage de boucles. Les étudiants équilibrent la vitesse d'exécution par rapport à la taille du code pour les cibles contraintes.

Leçon 3 • Types de données et efficacité mémoire

Couvre les types d'entiers à largeur fixe, le compactage de structures et les règles d'alignement. Les étudiants choisissent des types de données qui minimisent la consommation de RAM et de flash.

Leçon 4 • Pointeurs et gestion de la mémoire

Enseigne l'arithmétique des pointeurs, les pointeurs de fonction et l'allocation mémoire statique. Les étudiants évitent les pièges de l'allocation dynamique courants dans les contextes embarqués.

Leçon 1 • Communication UART et série

Couvre le débit en bauds, le tramage et le contrôle de flux pour les liaisons série asynchrones. Les étudiants implémentent des drivers UART et utilisent la sortie série pour le débogage.

Leçon 2 • Protocole I2C et gestion du bus

Détaille les conditions de start/stop, l'adressage et l'étirement d'horloge. Les étudiants gèrent l'arbitrage multi-maître et diagnostiquent les défauts de bus courants.

Leçon 3 • Protocole SPI et conception de driver

Explique la polarité d'horloge, les modes de phase et la gestion de la sélection de circuit. Les étudiants écrivent un driver SPI full-duplex et interfacent un capteur ou un afficheur.

Leçon 4 • USB et protocoles de plus haut niveau

Passe en revue les classes de périphériques USB, les descripteurs et l'énumération. Les étudiants intègrent une pile USB pour exposer un port COM virtuel ou un périphérique HID.

Leçon 1 • Fondamentaux de l'RTOS et ordonnancement

Définit les tâches, les ordonnanceurs et la préemption dans un contexte temps réel. Les étudiants comparent les algorithmes d'ordonnancement et prédisent les pires temps de réponse.

Leçon 2 • Services de temporisation et temporisateurs logiciels

Explique la résolution de la top d'horloge, les temporisateurs logiciels et la gestion des échéances. Les étudiants implémentent des temporisateurs périodiques et à un coup sans bloquer les tâches.

Leçon 3 • Gestion de la mémoire dans un RTOS

Aborde le dimensionnement de la pile, les allocateurs de tas et les unités de protection mémoire. Les étudiants configurent les piles par tâche et détectent les débordements à l'exécution.

Leçon 4 • Primitives de synchronisation de tâches

Couvre les sémaphores, les mutex et les drapeaux d'événement pour une coordination inter-tâches sécurisée. Les étudiants éliminent les situations de compétition dans les scénarios de ressources partagées.

Leçon 1 • Configuration du CAN et échantillonnage

Couvre la résolution, la tension de référence, la fréquence d'échantillonnage et les modes de déclenchement. Les étudiants configurent un CAN pour acquérir des données de capteur avec un bruit minimal.

Leçon 2 • Conditionnement et filtrage du signal

Introduit les filtres anti-repliement, l'amplification et l'adaptation d'impédance. Les étudiants conçoivent des circuits d'étage d'entrée qui préparent les signaux pour une numérisation précise.

Leçon 3 • Fondamentaux de la fusion de capteurs

Combine les données de plusieurs capteurs en utilisant des filtres complémentaires et de Kalman. Les étudiants produisent des estimations d'orientation ou de position stables à partir d'entrées bruitées.

Leçon 4 • Techniques de filtrage numérique

Implémente des filtres à moyenne mobile, RII et RIF en arithmétique à virgule fixe. Les étudiants réduisent le bruit dans les données échantillonnées sans surcoût de virgule flottante.

Leçon 1 • Analyse de la consommation électrique

Mesure le courant dynamique et statique dans les différents modes de fonctionnement. Les étudiants construisent un budget de puissance qui guide les décisions de conception matérielle et de firmware.

Leçon 2 • Motifs de firmware basse consommation

Applique une architecture pilotée par les événements et un mode inactif sans top d'horloge pour minimiser le temps actif. Les étudiants reconçoivent le code basé sur l'attente active en conceptions pilotées par interruption et compatibles avec la veille.

Leçon 3 • Modes de veille du MCU et sources de réveil

Détaille les modes veille, veille profonde et veille prolongée avec leurs latences de réveil. Les étudiants sélectionnent le mode de veille le plus profond et sûr pour chaque scénario d'application.

Leçon 4 • Désactivation d'horloge et arrêt des périphériques

Enseigne la désactivation sélective de l'horloge et les séquences de mise hors tension des périphériques. Les étudiants réduisent le courant au repos en désactivant les blocs matériels inutilisés.

Leçon 1 • Validation au niveau système et régression

Conçoit des tests d'intégration, des configurations de test matériel dans la boucle et des suites de régression. Les étudiants confirment que le système complet répond aux exigences fonctionnelles et temporelles.

Leçon 2 • Tests unitaires pour le code embarqué

Introduit les frameworks de tests unitaires basés sur l'hôte et l'abstraction matérielle pour la testabilité. Les étudiants écrivent des tests qui s'exécutent sur un PC avant le déploiement sur le matériel cible.

Leçon 3 • Analyse des défauts et codage défensif

Aborde les défauts matériels, les débordements de pile et la récupération par chien de garde. Les étudiants ajoutent des assertions et des gestionnaires d'erreurs qui rendent les défaillances visibles et récupérables.

Leçon 4 • Outils et techniques de débogage

Couvre JTAG, SWD, les points d'arrêt et les points de surveillance pour le débogage en direct. Les étudiants arrêtent l'exécution et inspectent les registres pour diagnostiquer les défauts du firmware.