Tout le monde connaît certainement les logiciels pour PC ou ordinateur portable, mais à côté de cela, une autre forme d’applications s’est établie. Dans les systèmes dits « embarqués », ceux-ci sont reliés de manière fixe au matériel et veillent à ce que l’appareil suive une certaine logique. Le contrôle est alors similaire à celui d’un ordinateur. Dans cet article, nous vous expliquons le fonctionnement des « logiciels embarqués » et vous montrons à quoi ils peuvent servir à l’aide de quelques exemples pratiques.
Non, les programmes embarqués sont développés spécifiquement pour un appareil ou une fonction particulière et ne peuvent pas être échangés ou modifiés.
Les logiciels embarqués se caractérisent d’une part par une faible consommation d’énergie et un faible encombrement et d’autre part, ils nécessitent également très peu de maintenance.
Les applications embarquées sont utilisées dans tous les domaines de l’IoT (« Internet of Things »).
Table des matières
1ère définition : Qu’est-ce qu’un logiciel embarqué ?
Les « logiciels embarqués » (en français : « logiciels intégrés ») sont des programmes développés pour un matériel spécifique. Les applications fonctionnent en arrière-plan sans que l’utilisateur s’en aperçoive et s’occupent de la commande, de la régulation et de la surveillance des fonctions. Le terme « firmware » est souvent utilisé comme synonyme.
Un « logiciel embarqué » se compose essentiellement de trois éléments qui déterminent sa conception et sa fonctionnalité :
- Le chargeur de démarrage s’occupe du chargement ou de la mise à jour du système d’exploitation et du logiciel d’application.
- Le système d’exploitation est responsable de la gestion des fichiers et de la mémoire et gère le multitâche.
- Le logiciel d’application est l’interface avec le système hôte. Il comprend des fonctions spécifiques à l’appareil et traite les données collectées précédemment.
Les systèmes embarqués se caractérisent souvent par des conditions cadres strictes. En font partie, par exemple, des facteurs tels que la minimisation des coûts et de l’espace ainsi que la réduction de la consommation d’énergie. En outre, les exigences en matière d’utilisation, de fiabilité, de comportement en temps réel et bien sûr de sécurité sont généralement élevées. Il n’est donc guère surprenant que les plateformes s’écartent souvent nettement du design habituel (standardisé) des PC.
Il est bon de le savoir : Le pendant du « système embarqué » est ce que l’on appelle le « système autonome », dans lequel les fonctions sont séparées en plusieurs systèmes indépendants les uns des autres. Il s’agit par exemple de commandes automobiles basées sur des microcontrôleurs, mais aussi d’un clavier d’ordinateur ordinaire.
2. les bases de l’ingénierie : comment programmer un logiciel embarqué ?
Le développement de logiciels embarqués diffère de l’écriture de programmes informatiques traditionnels et est également beaucoup plus exigeant. Un système embarqué ne dispose que d’une mémoire limitée, les mémoires de programmes et de données sont en outre séparées les unes des autres. La fréquence d’horloge du processeur embarqué est également souvent bien inférieure à celle d’un système PC traditionnel.
Cela signifie que le code embarqué doit non seulement offrir une fonctionnalité étendue, mais aussi fonctionner à la vitesse requise malgré des ressources limitées. De plus, les exigences en matière d’architecture, de timing et de consommation d’énergie doivent également être respectées.
Heureusement, les développeurs de logiciels embarqués disposent d’un certain nombre d’outils et de techniques leur permettant de réaliser de telles conceptions. En règle générale, les logiciels embarqués sont programmés en assembleur, mais de plus en plus de langages évolués tels que C ou C++ sont désormais utilisés. Ceux-ci disposent généralement d’un meilleur compilateur. De plus, de nombreuses techniques d’analyse et d’optimisation sont également utilisables pour des applications basées sur l’assembleur.
3) Exemples pratiques d’utilisation de logiciels embarqués
L’appareil concerné n’est pas nécessairement un ordinateur. L’un des exemples les plus marquants de système embarqué est celui des automobiles modernes, qui ne peuvent pratiquement plus se déplacer sans électronique.
Qu’il s’agisse de l’ABS, du châssis adaptatif, de l’airbag, de l’ABS ou de la boîte de vitesses automatique , ils sont tous contrôlés par un logiciel très efficace qui, associé au matériel correspondant, exerce une fonction bien définie en tant que sous-système.
Si, par exemple, les capteurs de vitesse de rotation des pneus indiquent à l’ABS que la roue risque de se bloquer au freinage, il modifie la pression de freinage sur la roue concernée à l’aide de soupapes hydrauliques. De cette manière, la capacité de braquage et la stabilité de conduite sont maintenues.
3.1 Le secteur de la construction profite également des logiciels embarqués
Un autre secteur qui profite de l’utilisation de logiciels embarqués est celui de la construction. Ainsi, les machines de chantier du fabricant Liebherr sont équipées d’un système embarqué de Zühlke Engineering qui lit les données d’exploitation et les transmet à une centrale de données via SMS ou Internet. Si, par exemple, la pression d’huile est trop élevée, le système avertit que les tuyaux hydrauliques sont trop sollicités. Il est en outre possible d’assister les techniciens sur place par télémaintenance depuis la centrale.
Et dans la production aussi, on automatise de plus en plus de processus à l’aide de logiciels intelligents. Entre-temps, il existe même des machines de poinçonnage qui sont capables de détecter les irrégularités dans le matériau. De plus, elles détectent les erreurs dans le déroulement de la production et se réajustent en quelques secondes à l’aide de ces données grâce à une mise à jour du logiciel.
Mais on trouve aussi des logiciels embarqués dans ces domaines :
- l’électronique grand public, par exemple les téléviseurs, les radios numériques, les téléviseurs, les consoles de jeux ou les boîtiers de streaming
- les appareils de télécommunication, par exemple les routeurs ou les téléphones portables
- Technique industrielle et médicale
- Technique militaire
- Aéronautique et aérospatiale
- Commandes de lave-linge ou de lave-vaisselle et de réfrigérateurs
Il est bon à savoir : La mise en réseau de systèmes embarqués individuels crée toute une série de nouvelles possibilités pour des environnements complexes, grâce auxquelles des processus peuvent être représentés en temps réel et sans intervention constante de l’homme.
4) Quels sont les avantages et les inconvénients des logiciels embarqués ?
L’intégration du logiciel dans un système global présente quelques avantages essentiels. Comme les systèmes ont dans la plupart des cas une seule fonction, ils trouvent non seulement leur place dans un espace très réduit, mais se caractérisent également par une faible consommation d’énergie. De plus, ils sont relativement bon marché à l’achat et constituent donc un moyen très économique et efficace de contrôler les appareils.
De plus, les logiciels embarqués nécessitent très peu de maintenance, ce qui signifie qu’ils ne nécessitent que très rarement une mise à jour. Cela les rend particulièrement intéressants pour l’intégration dans des appareils qui ne doivent pas nécessairement être entretenus par l’utilisateur final et qui ne nécessitent pas de mise à jour régulière.
4.1 Le logiciel embarqué a aussi ses limites
Malgré tous ses aspects positifs, le logiciel embarqué présente aussi quelques inconvénients que nous ne voulons pas laisser de côté ici. D’une part, il est indispensable au fonctionnement de l’ensemble du système et, du fait de son intégration, il n’est malheureusement pas interchangeable. En revanche, avec une structure modulaire, il est possible d’intégrer ou de retirer ultérieurement des fonctions et des processus.
La mise à jour d’un système embarqué relève également de l’impossible, car le matériel et les logiciels sont spécialement conçus pour fonctionner en permanence sans mises à jour. Pour modifier un système embarqué, il faut d’abord démonter complètement l’appareil hôte pour le réassembler après une nouvelle programmation. Dans la plupart des cas, il est donc nettement plus avantageux de le remplacer directement dans son intégralité.
Un autre point qui pose souvent problème est le fait que les systèmes embarqués ne sont pas entièrement réactifs. Ils communiquent via des capteurs et des actionneurs et attendent une réponse correcte en temps réel. Si celle-ci n’est pas fournie, le résultat est « FAUX », ce qui nuit à son tour au fonctionnement de l’ensemble du système.
Pour savoir ce qu’est un logiciel embarqué, regardez cette vidéo :