Les systèmes embarqués sont présents dans de nombreux objets avec lesquels nous interagissons quotidiennement. On peut les retrouver dans l’électroménager, par exemple (four, micro-ondes, etc.). On peut aussi les retrouver dans des domaines beaucoup plus complexes tels que l’aérospatial (fusées, satellites, etc.) ou les équipements médicaux.
Vous l’aurez compris, les systèmes embarqués sont présents partout, dans notre vie quotidienne, mais aussi dans des applications beaucoup plus complexes qui font partie intégrante de nos vies. Mais c’est quoi un système embarqué ? Et comment ça fonctionne ? On vous explique tout dans cet article !
Systèmes embarqués : définition
Un système embarqué est un système informatique et électronique. Ce système est autonome et a pour fonction de réaliser une tâche en temps réel au sein de l’appareil dans lequel il est intégré. On peut caractériser un système embarqué par deux dimensions : une taille très limitée et une consommation énergétique faible. Il doit pouvoir réaliser la tâche qui lui est attribuée avec un bon compromis entre l’encombrement, sa mémoire, sa consommation d’énergie, sa fiabilité, son poids et son coût.
Avant d’aller plus loin, il faut bien faire la distinction entre le logiciel embarqué et le système embarqué. Même s’ils sont complémentaires, ce n’est pas la même chose.
Différences entre logiciels et systèmes embarqués :
Avant de définir ce qu’est un logiciel embarqué ou un système embarqué, il faut définir ce qu’est « embarqué » : On appelle « embarqué » le fait que les matériels, les logiciels ou les systèmes soient intégrés et déployés sur un équipement spécifique, mobile ou statique : avion, voiture, station météo, ordinateur, télévision etc.
Un logiciel embarqué c’est : On appelle logiciel la partie uniquement logicielle, ou bien même une partie de la partie logicielle (il peut y avoir plusieurs logiciels) du système embarqué de l’équipement concerné.
Un système embarqué c’est : On appelle système l’ensemble du matériel et du logiciel embarqué dans cet équipement spécifique pour assurer son fonctionnement.
Comment fonctionnent les systèmes embarqués ?
On rentre dans le vif du sujet. Un système embarqué est composé de nombreux éléments que l’on va vous présenter juste ici :
- Senseur : par ex un capteur qui reçoit des informations
- Conversion Analog to Digital A/D – Digital to Analog D/A : convertisseur pour transformer un signal physique (ex : électrique) en numérique (des nombres) et inversement
- CPU : Unité de calcul central (processeur ou microprocesseur)
- Mémoire : unité de stockage
- FPGA : Field-Programmable Gate Array est un circuit intégré reprogrammable
- ASIC : Application-Specific Integrated Circuit est au contraire spécifique à une fonction et non modifiable
- Actuateur : composant cible de la fonction par exemple un moteur qui se met en route
- Micro-contrôleur : ensemble d’un circuit avec plusieurs composants
Voici un schéma pour vous que vous puissiez visualiser à quoi cela peut ressembler :
Dans quel cas sont utilisés des systèmes embarqués ?
Comme dit en début d’article, les systèmes embarqués sont utilisés dans de nombreux cas et applications de la vie quotidienne, mais aussi dans des applications qui nous touchent de loin, de très loin. Ils peuvent avoir de nombreuses fonctions et effectuer beaucoup de tâches différentes, tout dépend de l’utilisation que l’on veut en faire. Prenons l’exemple du four à micro-onde, un objet que l’on utilise au quotidien et qui est muni d’un système embarqué. Il fonctionne comme une commande dispositif. A partir du clavier, il prend des directions à partir du clavier qu’il transforme en commandes. Si, vous le programmer pendant 30 secondes à mi-régime, le système embarqué déclenchera le transformateur à mi-régime pendant 30 secondes.
Cette dynamique marche dans beaucoup d’application du quotidien comme pour le lave-vaisselle, le four traditionnel, etc.
Mais il peut avoir autant d’applications différentes que nécessaire, on peut donc le retrouver dans des équipements médicaux de pointe, des voitures, des fusées, etc. Les systèmes embarqués offrent des possibilités quasiment infinies et nous permettent de réaliser des tâches de plus en plus complexes.
Les limites et contraintes du système embarqué
Même si cet objet nous permet de réaliser des prouesses, comme aller sur la lune, il comporte aussi ses faiblesses et ses limites :
L’espace mémoire
Elle peut être très limitée, de l’ordre de quelques GO maximum. Cette contrainte est liée au surcoût de fabrication et de consommation énergétique des systèmes embarqués. Il est donc primordial de calculer avec précision les besoins en mémoire de l’appareil afin de produire un système adapté aux besoins d’utilisation. Même si la miniaturisation des composants a permis d’implanter plus d’espace mémoire, elle reste une contrainte à prendre en compte afin de s’approcher au plus près des besoins du système.
L’autonomie
L’autonomie est l’un des problèmes majeurs des systèmes embarqués. Certains systèmes sont autonomes et doivent donc fonctionner avec une batterie ou des piles. La consommation doit donc être minimisée et calculée le plus précisément possible afin de réduire les coûts, la taille des batteries/systèmes et le changement des piles ou le rechargement des batteries. Il est possible d’implanter un mode veille qui soulage la consommation, mais cette dernière reste toujours un élément qui se doit d’être optimisé au maximum.
La puissance de calcul
La puissance de calcul doit être extrêmement précise et suffisante pour que le système embarqué puisse effectuer la tâche pour laquelle il a été conçu. Mais elle ne doit pas être trop importante pour éviter des problèmes de surconsommation ou qu’elle nécessite un format trop important.
La fiabilité et la sécurité
Les systèmes embarqués sont présents dans des domaines où la moindre erreur peut être dramatique : médical, militaire, aérospatial, etc. Ces derniers doivent donc être d’une fiabilité sans faille pour garantir la sécurité des utilisateurs. Il est possible, dans certains cas, que le système embarqué ait comme fonction la sécurité des utilisateurs pour éviter toute erreur.
Histoire du système embarqué
L’un des premiers systèmes embarqués de l’histoire n’est pas très connu en comparaison du moment historique qu’il a permis de réaliser : la mission lunaire Apollo. Le système embarqué de la mission lunaire Apollo était son système de guidage et il portait le nom d’Apollo Guidance système et a été créé en 1967. C’est grâce à ce système que nous pouvons désormais envoyer des satellites en orbite et recevoir la télévision, les télécommunications, la météo, etc.
Les métiers liés aux systèmes embarqués
Du fait de sa complexité, le système embarqué fait appel à de nombreuses compétences et donc à de nombreux métiers différents. Voici une liste de certains métiers qui permettent leur conception :
L’ingénieur système embarqué
On commence par le plus logique. Il a pour rôle de concevoir et de développer des systèmes embarqués fonctionnels afin de pouvoir être intégrés dans des produits. C’est un métier très polyvalent, un peu touche à tout, il a la charge de la conception du système de A à Z. Il peut aussi bien travailler en industrie quand dans des petites entreprises innovantes.
Pour en savoir plus sur l’ingénieur système embarqué
Le développeur logiciel embarqué
C’est l’expert en développement de logiciel qui seront intégrés dans des systèmes embarqués tels que des voitures, des avions, des micro-ondes, etc. Il développe des logiciels qui permettent de contrôler, gérer et surveiller les systèmes. C’est donc lui qui a la charge de la conception, du développement, de la mise en œuvre et de la maintenance de ses dits logiciels.
Pour en savoir plus sur le développeur logiciel embarqué
Ingénieur électronique embarqué
C’est lui qui a la charge de concevoir les systèmes électroniques. Pour une carte électronique par exemple, il va devoir analyser les besoins, définir les besoins en matériels et composants, tout en respectant les contraintes et limites que l’on a pu voir juste au-dessus.
