INF3610 Systèmes embarqués

PLAN DE COURS

Automne 2014 LE COURS Nombre de crédits: 3 crédits (3-1, 5-4, 5) Cours prérequis: INF2610 : Systèmes d’exploitation INF3500 : Conception et réalisation de systèmes numériques Cours : Vendredi 12:45 à 15:35, local M-2004, Guy Bois Labos: Lundi 12:45 à 15:35, local L-3816, Arnaud Desaulty Responsable : Guy Bois, professeur en GI Bureau : M4115 Téléphone : 340-4711 poste 5944 Courriel : guy.bois@polymtl.ca

Site Web du cours : https://moodle.polymtl.ca/course/view.php?name=INF3610

Présentation générale Les systèmes embarqués sont des systèmes électroniques qui exécutent un nombre limité de tâches fixes, contrairement aux ordinateurs personnels ou station de travail, qui eux sont d’usage général. De nos jours, les systèmes embarqués sont de plus en plus présents comme constituants de produits industriels ou commerciaux. Que se soit le four micro-onde, le contrôleur d’injection et d’allumage d’une voiture, le robot industriel, le téléphone intelligent, le système de pilotage automatique d’un avion, tous ces appareils ou systèmes ont au moins un point en commun, ils sont dédiés à des tâches spécifiques. Le marché des systèmes embarqués est en pleine croissance. À titre d’exemple, une automobile peu incorporer de nos jours plus de 50 processeurs (ECUs) et il est estimé qu’ils représenteront plus de 50% du coût de fabrication des automobiles dans un avenir proche. Afin de concevoir ces systèmes, l’utilisation conjointe de processeurs d’usage général, dont les performances atteignent aujourd’hui des niveaux très élevés (en MIPS mais aussi en fonctionnalité d’entrée/sortie par exemple et en consommation de puissance), et de circuits spécialisés (coprocesseurs) chargés de la réalisation des fonctions très spécifiques (opérateurs particuliers de traitement de signaux, interfaces rapides ou analogiques, protocoles complexes, etc.) nécessite des nouvelles méthodologies de conception.

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Objectifs généraux Le cours vise à :

- présenter une méthode pour concevoir un logiciel embarqué; - présenter l’architecture d’un système embarqué, et - présenter une méthode de modélisation des systèmes embarqués.

Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :

- concevoir le logiciel et l’interface logicielle (e.g. pilotes) d’un système embarqué à partir d’un système d’exploitation temps réel, et

- modéliser un système embarqué.

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Structure du cours (contenu et heures)

1. Introduction aux systèmes embarqués

Définition et caractéristiques Domaines d’application (contrôle versus traitement de données)

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2. Conception de la partie logicielle d’un système embarqué (logiciel embarqué) Étude de cas du système d’exploitation temps réel (RTOS) :

o Gestion des interruptions des tâches, du temps (timers), des événements et de la mémoire

o Port d'un RTOS Techniques d’ordonnancement pour le temps réel et analyse de performance

o Tests pour l’ordonnancement o Problème d’inversion de priorité o Ordonnancement selon l’analyse du temps de réponse o Estimation du pire cas d’exécution o Modèle pour l’analyse du temps de réponse

3. Architecture type d’une plate-forme de conception pour systèmes embarqués

Architectures d’un processeur embarqué selon le domaine d’application : o Processeurs RISC (Reduced Instruction Set Computer) , DSP (Digital

Signal Processor) et ASIP (Application Specific Instruction Set Processor)

Pipeline d’exécution et aléas Protocole de bus et système multibus pour systèmes sur puce Étude de cas de l’architecture Zynq (architecture qui associe une matrice de

FPGA Series 7 de la société Xilinx avec un bicœur ARM Cortex-A9)

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4. Modélisation d’un système embarqué Niveaux d'abstraction Introduction à SystemC pour la modélisation : modèle de programmation,

modules et ports, canaux de communication, interfaces et canaux, processus, types de données, horloge, événements, constructeur et ordonnanceur de SystemC

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Examen intra

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TOTAL : 39 heures

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Méthode d’évaluation Quiz 25 % Laboratoires 1 à 3 inclusivement 40 % Final 35 % 100 % L'intra, d'une durée de 2 heures aura lieu le 24 octobre et portera sur la matière couverte jusqu'au 10 octobre, ainsi que sur le premier laboratoire. L'examen final portera principalement sur la matière de la deuxième partie du cours (dépendamment de la réussite de l'intra), ainsi que les 2 derniers laboratoires.

Objectifs généraux des travaux pratiques

Les séances de laboratoire permettent à l'étudiant de:

concevoir le logiciel et l’interface logicielle (e.g. pilotes) d’un système embarqué à partir d’un système d’exploitation temps réel, et

modéliser un système embarqué.

Plus précisément, les travaux pratiques amèneront l’étudiant à faire la programmation de systèmes embarqués. Les travaux seront principalement réalisés en C/C++ et en SystemC. Les travaux pratiques seront réalisés en équipe de deux.

Thèmes et dates des laboratoires

Laboratoire no 1 (1 séance)

22 septembre

Introduction à µC

Laboratoire no 2 (2 séances)

6 et 27 octobre

Conception d’un logiciel embarqué sur FPGA avec uC

Laboratoire no 3 (2 séances)

10 et 24 novembre

Modélisation d’un système embarqué avec SystemC