Formation systèmes embarqués

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

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

Leçon 2 • Sélection microcontrôleur vs. microprocesseur

Compare les compromis MCU et MPU en termes de coût, puissance et intégration. Équipe les étudiants pour justifier les choix de plateforme lors des revues de conception.

Leçon 3 • Aperçu de l'architecture des systèmes embarqués

Cartographie les principaux blocs matériels présents dans les cibles embarquées. Fournit un modèle mental structurel utilisé tout au long du cours.

Leçon 4 • Bases de la chaîne d'outils de développement

Présente les outils de compilation, d'édition de liens, de débogage et de programmation utilisés quotidiennement. Relie la connaissance des outils à un travail pratique productif dans les chapitres ultérieurs.

Leçon 1 • E/S mappées en mémoire et accès aux registres

Explique comment les registres périphériques apparaissent dans l'espace d'adressage. Fournit le motif d'accès utilisé dans chaque exercice de pilote ultérieur.

Leçon 2 • Temporisateurs et génération de MLI

Enseigne les modes de compteur de temporisateur, les unités de capture-comparaison et la sortie MLI. Les temporisateurs sous-tendent le contrôle moteur, la génération de signaux et la mesure de temps.

Leçon 3 • Configuration et contrôle des E/S généralistes

Couvre la direction des broches, l'attaque de sortie, les résistances de tirage et les fonctions alternatives. Les E/S généralistes sont le point d'entrée pour toute interaction matérielle physique.

Leçon 4 • Interfaces analogiques : CAN et CNA

Configure les convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique pour l'acquisition de signaux. L'interface analogique est essentielle pour les applications embarquées pilotées par capteurs.

Leçon 1 • Architecture du contrôleur d'interruptions

Explique le contrôleur d'interruptions vectorisées imbriquées et la disposition de la table de vecteurs. Ce socle est nécessaire avant qu'une ISR puisse être écrite en toute sécurité.

Leçon 2 • Modèles de communication pilotés par interruptions

Implémente des tampons circulaires et des machines d'état à l'intérieur des ISR pour les données série. Démontre des modèles de qualité production utilisés dans le firmware commercial.

Leçon 3 • Débogage des problèmes liés aux interruptions

Identifie et résout l'inversion de priorité, les interruptions manquées et le débordement de pile. Les compétences en débogage comblent le fossé entre la théorie et un comportement matériel fiable.

Leçon 4 • Sources d'interruption externes et périphériques

Configure les lignes externes déclenchées par front et les interruptions générées par les périphériques. Relie la théorie des interruptions aux événements réels de capteurs et de communication.

Leçon 1 • Modèles de conception de firmware

Applique les modèles observateur, commande et stratégie adaptés aux cibles à ressources limitées. Les modèles réduisent le couplage et améliorent la maintenabilité à long terme.

Leçon 2 • Modèles d'ordonnanceur et de super-boucle

Compare les ordonnanceurs coopératifs à super-boucle, à tranches de temps et pilotés par événements. Le choix du bon ordonnanceur détermine la réactivité et la complexité du système.

Leçon 3 • Architecture de firmware en couches

Présente les couches d'abstraction matérielle, de pilote et d'application. La stratification isole les dépendances matérielles et permet les tests unitaires de la logique métier.

Leçon 4 • Conception de machines d'état finies

Modélise le comportement du système sous forme d'états, d'événements et de transitions à l'aide de modèles de machines d'état finies (FSM). Les FSM sont l'outil principal pour gérer les flux de contrôle complexes dans le firmware.

Leçon 1 • Communication inter-tâches

Utilise des files d'attente, des boîtes aux lettres et des tampons de flux pour passer des données entre les tâches en toute sécurité. Des modèles de communication corrects éliminent la corruption de données dans le firmware concurrent.

Leçon 2 • Analyse de la mémoire et du timing du RTOS

Mesure l'utilisation CPU des tâches, les niveaux de remplissage maximum de la pile et la fragmentation du tas. L'analyse à l'exécution valide le respect des budgets de temps et de mémoire.

Leçon 3 • Concepts du RTOS et fonctionnement interne du noyau

Explique les algorithmes d'ordonnancement, le changement de contexte et les interruptions de la temporisation système. Comprendre le fonctionnement interne du noyau empêche une mauvaise utilisation des API du RTOS.

Leçon 4 • Primitives de synchronisation

Applique les mutex, les sémaphores et les groupes d'événements pour coordonner l'exécution des tâches. Une synchronisation appropriée prévient les situations de concurrence et les interblocages.

Leçon 1 • Principes fondamentaux et implémentation du bus CAN

Couvre la structure des trames CAN, l'arbitrage et le confinement des erreurs. CAN est le protocole dominant dans les systèmes embarqués automobiles et industriels.

Leçon 2 • Techniques de débogage de pile protocolaire

Utilise des analyseurs de protocole et des décodeurs logiciels pour isoler les défauts de communication. Un débogage systématique réduit le temps d'intégration sur les systèmes multi-nœuds.

Leçon 3 • Modbus et protocoles série industriels

Implémente Modbus RTU et ASCII sur UART pour les réseaux de capteurs et d'actionneurs. Les protocoles industriels sont une connaissance requise pour les postes d'automatisation d'usine.

Leçon 4 • Principes fondamentaux des périphériques USB

Explique l'énumération USB, les descripteurs et la classe CDC pour les ports série virtuels. La connaissance des périphériques USB permet le développement de produits embarqués connectés à un PC.

Leçon 1 • Analyse et validation du budget de puissance

Construit un budget de puissance au niveau système et le valide par rapport aux données mesurées. La validation du budget confirme que les objectifs de conception sont atteints avant la sortie du produit.

Leçon 2 • Mise en veille des horloges et contrôle de puissance des périphériques

Désactive les horloges et les domaines de puissance des périphériques inutilisés à l'exécution. La mise en veille des horloges élimine la puissance des périphériques inactifs sans affecter la fonctionnalité active.

Leçon 3 • Cyclage de travail des capteurs et de la radio

Planifie l'échantillonnage des capteurs et les transmissions radio pour minimiser le temps actif. Le cyclage de travail prolonge la durée de vie de la batterie de plusieurs ordres de grandeur dans les nœuds IoT.

Leçon 4 • Principes fondamentaux de la consommation électrique

Quantifie la puissance dynamique, statique et de fuite dans les circuits MCU et périphériques. Une modélisation précise de la puissance est un prérequis pour tout effort d'optimisation.

Leçon 1 • Tests matériels dans la boucle

Exécute le firmware sur du matériel réel tout en stimulant les entrées par programmation. Les tests HIL valident le timing et le comportement des périphériques que les simulateurs ne peuvent pas reproduire.

Leçon 2 • Injection de fautes et tests de robustesse

Introduit délibérément des perturbations de puissance, des données corrompues et des erreurs de bus pour tester la reprise. Les tests de robustesse révèlent les modes de défaillance avant le déploiement sur le terrain.

Leçon 3 • Analyse statique et qualité du code

Exécute des analyseurs statiques et applique des normes de codage pour éliminer les comportements indéfinis. Les outils de qualité du code complètent les tests dynamiques pour le firmware critique pour la sécurité.

Leçon 4 • Analyse de fiabilité et des modes de défaillance

Applique l'AMDEC pour identifier et atténuer systématiquement les modes de défaillance du firmware. L'analyse de fiabilité est requise pour les produits soumis à une certification de sécurité.