Formation systèmes embarqués avancés avec Arduino

Leçon 1 • Notions essentielles d'architecture des microcontrôleurs

Couvre les cœurs 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 par leurs spécifications et cas d'usage. 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 le métal sans ordonnanceur du système d'exploitation. Prépare les étudiants à raisonner sur le timing et le flux de contrôle.

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

Installe et configure l'IDE et la ligne de commande Arduino, les packs de cartes et les pilotes. Relie la configuration de la chaîne d'outils aux cycles efficaces de compilation et de téléchargement.

Leçon 1 • Génération de signaux MLI

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

Leçon 2 • Interruptions externes et par 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 temps réel.

Leçon 3 • Modèles d'ordonnancement non bloquants

Implémente un ordonnancement coopératif de tâches utilisant millis() et des drapeaux de temporisation sans RTOS. Remplace le code basé sur delay() par des machines d'état pilotées par événements.

Leçon 4 • Architecture des temporisateurs matériels

Examine les registres des temporisateurs 8 et 16 bits, les pré-diviseurs et le comportement de débordement. Fournit les bases au niveau des registres pour toutes les techniques basées sur les temporisateurs.

Leçon 1 • Algorithmes de filtrage numérique

Implémente des filtres moyenne mobile, exponentiel et médian dans le firmware. Quantifie la latence du filtre et la réduction du bruit pour les décisions de fusion de capteurs.

Leçon 2 • Conditionnement du signal et amplification

Conçoit des étages de gain à amplificateur opérationnel et des circuits de décalage de niveau pour adapter la sortie du capteur à la plage du CAN. Réduit l'erreur de 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 pré-diviseur du CAN, la tension de référence et les modes de conversion pour la précision. Relie les réglages du CAN à la bande passante du signal et aux compromis sur le bruit.

Leçon 1 • Protocole UART et débogage série

Configure le débit en bauds, 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 ACK/NACK. Résout les conflits d'adresse et la contention de bus dans les systèmes multi-périphériques.

Leçon 3 • Capture et analyse avec un analyseur logique

Capture et décode les transactions UART, SPI et I2C avec un analyseur logique. Corrèle les anomalies de forme d'onde avec les bogues du firmware 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 timeout pour les trois protocoles. Implémente une logique de récupération basée sur le chien de garde et de réessai.

Leçon 1 • Budget de puissance et modes de sommeil

Calcule les budgets de puissance du système et applique les modes de sommeil 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 entier, demi-pas et micropas pour les moteurs pas à pas. Règle 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 régulateur PID discret dans le firmware pour les boucles de vitesse et de position de moteur. Règle Kp, Ki et Kd en utilisant l'analyse de la réponse indicielle.

Leçon 4 • Circuits de pilotage de moteur CC

Conçoit des circuits en pont en H et sélectionne des drivers de grille pour le contrôle bidirectionnel des moteurs CC. Relie le rapport cyclique MLI à la vitesse du moteur et au couple de sortie.

Leçon 1 • Intégration du système de fichiers sur carte SD

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

Leçon 2 • Optimisation de la Flash et de PROGMEM

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

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

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

Leçon 4 • Carte mémoire AVR et contraintes

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

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

Applique TLS, HMAC et l'authentification par jeton pour protéger les endpoints IoT embarqués. Aborde la sécurité des mises à jour du firmware et le stockage des identifiants.

Leçon 2 • Communication Bluetooth Classic 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 téléchargement de données.

Leçon 4 • Protocole MQTT pour la messagerie IoT

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

Leçon 1 • Profilage des performances et optimisation

Mesure la latence des ISR, le timing de la boucle et l'utilisation de la mémoire avec des basculements de GPIO et des macros de profilage. Applique des optimisations ciblées sans sacrifier la lisibilité.

Leçon 2 • Remise et revue du projet de synthèse

Livre un système embarqué entièrement documenté répondant à des exigences définies après une revue par les pairs et l'instructeur. Produit un rapport technique et une démonstration.

Leçon 3 • Architecture système et partitionnement

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

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

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