Système embarqué

Les systèmes embarqués sont partout : compteurs d’électricité à prépaiement, terminaux de paiement, stations météorologiques du Sahel, pompes solaires d’irrigation, balises de suivi de flottes, capteurs de qualité de l’eau. Ce cours de découverte, rattaché à l’UE « Environnement système et sécurité », donne à l’ingénieur génie logiciel les bases pour concevoir et programmer du logiciel qui s’exécute sur du matériel contraint (mémoire de quelques kilo-octets, alimentation sur batterie, exigences temps réel). Il couvre l’architecture matérielle, la programmation en C au plus près du matériel, l’ordonnancement temps réel et les systèmes d’exploitation temps réel (RTOS), puis l’efficacité énergétique, la sûreté et l’Internet des objets (IoT). Les exemples utilisent des plateformes accessibles à Niamey : Arduino (AVR ATmega328P), ESP32, Raspberry Pi.

Objectifs d’apprentissage

• Décrire l’architecture d’un système embarqué et choisir un microcontrôleur, des capteurs et des actionneurs adaptés à un cahier des charges.
• Programmer en C embarqué les périphériques de base : GPIO, interruptions, temporisateurs, convertisseur analogique-numérique, UART, I2C, SPI.
• Analyser la faisabilité d’un ensemble de tâches temps réel (RMS, EDF, temps de réponse) et utiliser les services d’un RTOS.
• Estimer la consommation et l’autonomie d’un objet connecté et appliquer les techniques d’économie d’énergie.
• Concevoir une chaîne IoT sécurisée (protocoles, passerelle, cloud) adaptée au contexte nigérien.

Prérequis

Programmation en C (pointeurs, opérateurs bit à bit), architecture des ordinateurs (processeur, mémoire, bus), notions d’électricité (tension, courant, loi d’Ohm), bases des systèmes d’exploitation.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Architecture des systèmes embarqués : microcontrôleurs, mémoires, capteurs et actionneurs
2. Leçon 2 — Programmation embarquée en C : GPIO, interruptions, temporisateurs, conversion et bus de communication
3. Leçon 3 — Systèmes temps réel : ordonnancement, analyse de faisabilité et RTOS
4. Leçon 4 — Énergie, sûreté de fonctionnement et Internet des objets

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 20 h de cours magistral, 10 h de travaux dirigés, pas de TP en présentiel (30 h en présentiel), 30 h de travail personnel (TPE), soit 60 h pour 3 crédits. Les manipulations proposées peuvent être réalisées sur simulateur (Wokwi, Tinkercad) dans le cadre du TPE. Évaluation : contrôle continu (TD notés, mini-dossier de conception d’un objet connecté) et examen terminal écrit.

Bibliographie

• Edward A. Lee, Sanjit A. Seshia, Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach, MIT Press.
• Giorgio C. Buttazzo, Hard Real-Time Computing Systems, Springer.
• Jane W. S. Liu, Real-Time Systems, Prentice Hall.
• Elecia White, Making Embedded Systems, O’Reilly Media.
• Documentation technique Microchip ATmega328P et Espressif ESP32 ; documentation FreeRTOS (freertos.org).