Cours de logiciels embarqués

Leçon 1 • Caractéristiques du logiciel embarqué

Identifie les propriétés uniques du logiciel embarqué : déterminisme, exécution sur métal nu et couplage étroit avec le matériel. Définit les contraintes qui façonnent tous les choix de conception ultérieurs.

Leçon 2 • Composants matériels de base

Passe en revue les microcontrôleurs, les processeurs, les types de mémoire et les périphériques. Relie les capacités matérielles aux décisions de conception logicielle.

Leçon 3 • Présentation de la chaîne d'outils de développement

Présente les compilateurs croisés, les éditeurs de liens, les débogueurs et les programmateurs flash. Les étudiants comprennent comment le code source devient un microprogramme exécutable sur un dispositif cible.

Leçon 4 • Configuration d'un environnement de développement

Guide les étudiants dans l'installation et la configuration d'une chaîne d'outils et d'un IDE complets. Produit un flux de travail fonctionnel de construction et de flash avant d'écrire le code de l'application.

Leçon 1 • Pointeurs et accès mémoire

Explique l'arithmétique des pointeurs, les qualificateurs volatile et l'accès aux registres mappés en mémoire. Permet directement la manipulation des registres matériels couverte dans les chapitres suivants.

Leçon 2 • Normes de codage C embarqué

Présente les directives de codage industrielles pour les microprogrammes critiques pour la sécurité, y compris les conventions de nommage et les fonctionnalités de langage restreintes. Prépare les étudiants aux revues de code professionnelles.

Leçon 3 • Types de données et disposition mémoire

Couvre les types d'entiers à largeur fixe, le regroupement de structures et les règles d'alignement. Garantit que les étudiants contrôlent précisément la disposition mémoire sur toute architecture cible.

Leçon 4 • Directives de préprocesseur et de compilateur

Couvre les macros, la compilation conditionnelle et les fonctions inline pour un microprogramme portable. Les étudiants apprennent à écrire des en-têtes d'abstraction matérielle utilisés dans tous les projets.

Leçon 1 • Communication série UART

Couvre le calcul du débit en bauds, le format de trame et l'accès aux registres d'émission/réception. Les étudiants mettent en œuvre un pilote UART par scrutation utilisé pour le débogage tout au long du cours.

Leçon 2 • Fondamentaux du CAN et du CNA

Explique la résolution de conversion analogique-numérique, la fréquence d'échantillonnage et la sélection de la tension de référence. Les étudiants lisent les données des capteurs et comprennent les exigences de conditionnement du signal.

Leçon 3 • Temporisateurs et génération MLI

Configure les temporisateurs matériels pour les événements périodiques, la capture d'entrée et la sortie MLI. La connaissance des temporisateurs est un prérequis pour les sujets d'ordonnancement en temps réel et de commande de moteur.

Leçon 4 • Configuration et contrôle des GPIO

Explique les modes d'entrée/sortie, les résistances de tirage et les réglages de force d'attaque. Les GPIO sont le périphérique le plus simple et ancrent tout le développement ultérieur de pilotes.

Leçon 1 • Écriture de routines de service d'interruption

Couvre les conventions de nommage des ISR, le temps d'exécution minimal et les séquences d'effacement des indicateurs. Les étudiants écrivent des ISR pour GPIO et temporisateurs qui s'intègrent aux pilotes du chapitre 3.

Leçon 2 • Pilote UART piloté par interruptions

Refond le pilote UART par scrutation du chapitre 3 en une conception entièrement pilotée par interruptions. Démontre une amélioration mesurable de l'utilisation du processeur grâce à un exercice pratique.

Leçon 3 • Transferts de données assistés par DMA

Présente les contrôleurs d'accès direct à la mémoire pour décharger les transferts de masse du processeur. Les étudiants configurent le DMA pour l'UART et le CAN, réduisant considérablement la surcharge des interruptions.

Leçon 4 • Partage de données entre ISR et tâches

Aborde les variables volatile, l'accès atomique et les tampons circulaires pour la communication ISR-vers-principal. Empêche les bugs de corruption de données courants dans les conceptions pilotées par interruptions.

Leçon 1 • Allocation statique vs. dynamique

Compare l'allocation statique avec malloc/free, en mettant en évidence les risques de fragmentation et de non-déterminisme. Guide les étudiants vers des stratégies d'allocation appropriées pour les microprogrammes critiques pour la sécurité.

Leçon 2 • Réduction de l'empreinte code et données

Applique les indicateurs du compilateur, l'optimisation au moment de l'édition de liens et la compression des données pour réduire la taille du microprogramme. Essentiel pour les dispositifs avec une capacité flash limitée.

Leçon 3 • Architecture mémoire embarquée

Mappe les sections flash, SRAM, pile, tas et éditeur de liens aux régions mémoire physiques. Fournit le modèle mental nécessaire pour interpréter les scripts d'édition de liens et les fichiers de carte mémoire.

Leçon 4 • Unités de protection mémoire

Configure les régions de l'UP mémoire pour appliquer les permissions d'accès et détecter les déréférencements de pointeur nul à l'exécution. Ajoute un filet de sécurité matériel au microprogramme fonctionnant sans système d'exploitation.

Leçon 1 • Concepts RTOS et services du noyau

Présente les tâches, les types d'ordonnanceurs, la commutation de contexte et les objets du noyau. Établit le vocabulaire et le modèle mental du RTOS avant toute utilisation de l'API.

Leçon 2 • Temporisateurs, hook idle et gestion de l'alimentation

Utilise des temporisateurs logiciels et le hook idle pour mettre en œuvre des actions périodiques et des modes de veille basse consommation. Relie l'ordonnancement RTOS aux objectifs de consommation électrique du système.

Leçon 3 • Communication inter-tâches avec des files d'attente

Met en œuvre des files de messages pour passer des données entre les tâches et les ISR en toute sécurité. Remplace les motifs de tampon circulaire du chapitre 4 par des files d'attente gérées par le RTOS.

Leçon 4 • Analyse des échéances et ordonnançabilité

Applique l'analyse monolithique à taux fixe et l'estimation du temps d'exécution dans le pire cas pour vérifier que toutes les tâches respectent leurs échéances. Fournit une méthode formelle pour valider les conceptions RTOS.

Leçon 5 • Création et gestion de tâches

Couvre la création de tâches, l'attribution de priorités, le dimensionnement de la pile et la suppression. Les étudiants convertissent le microprogramme sur métal nu des chapitres précédents en une application multitâche.

Leçon 1 • Ethernet et TCP/IP sur microcontrôleurs

Configure un MAC/PHY Ethernet et intègre une pile TCP/IP légère. Les étudiants mettent en œuvre un serveur HTTP simple pour démontrer les dispositifs embarqués en réseau.

Leçon 2 • Mise en œuvre du protocole Modbus

Explique le tramage Modbus RTU, les codes de fonction et le mappage de registres sur UART. Les étudiants construisent un dispositif esclave qui répond aux demandes de lecture et d'écriture du maître.

Leçon 3 • Présentation des protocoles sans fil

Passe en revue les options Bluetooth Low Energy, Wi-Fi et radio sub-GHz pour la connectivité embarquée. Les étudiants évaluent les compromis des protocoles en termes d'alimentation, de portée et de débit.

Leçon 4 • Fondamentaux du périphérique USB

Introduit l'énumération USB, les descripteurs et la classe CDC pour la communication série virtuelle. Les étudiants configurent un périphérique USB CDC à l'aide d'une pile d'intergiciel.

Leçon 1 • Tests d'intégration et au niveau système

Conçoit des tests d'intégration qui vérifient ensemble les pilotes de périphériques, les piles de protocoles et les tâches RTOS. Valide l'image du microprogramme complet par rapport aux exigences système.

Leçon 2 • Instrumentation et traçage

Applique la journalisation printf, la trace SWO et les analyseurs logiques pour observer le comportement à l'exécution de manière non intrusive. Complète le débogage par points d'arrêt pour les problèmes sensibles au timing.

Leçon 3 • Analyse statique et linting

Exécute des outils d'analyse statique pour détecter automatiquement les comportements indéfinis, le code inaccessible et les violations MISRA. Intègre l'analyse dans le pipeline de construction pour un retour continu.

Leçon 4 • Techniques de débogage matériel

Utilise des débogueurs JTAG/SWD, des points d'arrêt, des points de surveillance et l'inspection des registres pour diagnostiquer les défauts du microprogramme. Développe les compétences essentielles pour toutes les tâches de débogage ultérieures.