{"id":50050,"date":"2022-03-16T08:00:00","date_gmt":"2022-03-16T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/magazinnew.reichelt.de\/magazin\/?p=50050"},"modified":"2022-11-10T17:01:39","modified_gmt":"2022-11-10T16:01:39","slug":"informatique-embarquee-grace-aux-microcontroleurs-monocartes-lintelligence-distribuee","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.reichelt.com\/magazin\/fr\/articles-techniques\/informatique-embarquee-grace-aux-microcontroleurs-monocartes-lintelligence-distribuee\/","title":{"rendered":"L\u2019intelligence distribu\u00e9e"},"content":{"rendered":"\n<p><em>Dans le cas de nombreuses applications \u00e9lectroniques, il est souvent plus rapide de d\u00e9velopper des syst\u00e8mes sur mesure adapt\u00e9s \u00e0 chaque sous-syst\u00e8me pour les assembler en fonction des besoins que de mettre en place une solution globale. A ce titre, les microcontr\u00f4leurs monocartes sont des composants rentables pour des solutions contr\u00f4l\u00e9es par logiciel qui ex\u00e9cutent des t\u00e2ches de commandes individuelles ou de traitement des donn\u00e9es. Ils apportent l&#8217;intelligence n\u00e9cessaire pour y parvenir directement sur le lieu de l&#8217;action, dans des unit\u00e9s m\u00e9catroniques \u00e0 l&#8217;espace limit\u00e9.<\/em><\/p>\n\n\n\n<p>Pour de nombreuses personnes, les termes \u00ab&nbsp;transformation num\u00e9rique&nbsp;\u00bb et \u00ab&nbsp;Internet des objets&nbsp;\u00bb sont directement li\u00e9s aux appareils \u00e0 usage personnel, \u00e0 l\u2019image des smartphones, des tablettes ou des assistants num\u00e9riques comme Alexa. Le terme \u00ab&nbsp;contr\u00f4l\u00e9 par ordinateur&nbsp;\u00bb, quant \u00e0 lui, \u00e9voque chez la plupart des dispositifs de commande \u00e0 logique programmable (PLC),des PC, parfois m\u00eame de vastes armoires remplies de mat\u00e9riel informatique.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Contr\u00f4lable gr\u00e2ce \u00e0 la modularit\u00e9<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>N\u00e9anmoins, la miniaturisation constante de la micro\u00e9lectronique a drastiquement transform\u00e9 et \u00e9tendu les possibilit\u00e9 li\u00e9es \u00e0 la construction et au d\u00e9veloppement de syst\u00e8mes \u00e9lectroniques contr\u00f4l\u00e9s par ordinateur. Gr\u00e2ce \u00e0 la disponibilit\u00e9 de puissance de calcul et de capacit\u00e9 de m\u00e9moire peu co\u00fbteuses, la quantit\u00e9 des fonctions qui peuvent \u00eatre ex\u00e9cut\u00e9es dans le cadre de projets individuels ne fait qu\u2019augmenter. Etant donn\u00e9 que cela provoque une croissance disproportionn\u00e9e des efforts de d\u00e9veloppement dans le cadre de projets complexes, de plus en plus de solutions sur mesure voient le jour afin d\u2019accomplir des t\u00e2ches secondaires individuelles. Ainsi, la solution globale est assembl\u00e9e \u00e0 partir de celles-ci en fonction des besoins.<\/p>\n\n\n\n<p>Les microprocesseurs et les microcontr\u00f4leurs ont depuis longtemps \u00e9t\u00e9 introduits au sein d\u2019appareils et de syst\u00e8mes techniques \u00e0 destination des consommateurs finaux sans que ceux-ci s\u2019en aper\u00e7oivent. C\u2019est notamment le cas des autoradios, des syst\u00e8mes d\u2019ABS ou encore des thermostats domestiques. Il est tout \u00e0 fait possible aujourd\u2019hui qu&#8217;un compteur de gaz, par exemple, ait plus d&#8217;intelligence de calcul que le PC du service comptable.. C\u2019est la tendance que suivent depuis longtemps les applications industrielles. Des machines autrefois purement m\u00e9caniques sont aujourd\u2019hui \u00e9lev\u00e9es au rang d\u2019appareils ind\u00e9pendants gr\u00e2ce aux processeurs et aux contr\u00f4leurs. Alors que les commandes \u00e9taient autrefois g\u00e9r\u00e9es en d\u00e9tails par des syst\u00e8mes plus sophistiqu\u00e9s, la modularisation de la t\u00e2che globale permet \u00e0 ces syst\u00e8mes de se concentrer davantage sur un r\u00f4le de coordination.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Application pratique<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Un exemple montre clairement que cette \u00e9volution n\u2019a rien de nouveau&nbsp;: les skieurs, tout comme les visiteurs de salons ou de stades, sont fr\u00e9quemment confront\u00e9s \u00e0 des syst\u00e8mes de contr\u00f4le de validit\u00e9 des billets d\u2019admissions. Il s\u2019agit de syst\u00e8mes complexes au sein desquels tous types de traitement des donn\u00e9es \u00e9lectroniques s\u2019entrem\u00ealent. En arri\u00e8re-plan, des syst\u00e8mes informatiques classiques sont charg\u00e9s de configurer et de contr\u00f4ler le syst\u00e8me dans son ensemble, ainsi que de consolider et de traiter les donn\u00e9es obtenues \u00e0 partir des lecteurs de cartes, tout en op\u00e9rant des v\u00e9rifications suppl\u00e9mentaires.<\/p>\n\n\n\n<p>Le contr\u00f4le de la validit\u00e9 et le stockage des donn\u00e9es des billets a lieu au sein m\u00eame des lecteurs, qui sont dot\u00e9s d\u2019un processeur mat\u00e9riel et logiciel d\u00e9di\u00e9 \u00e0 cette t\u00e2che. De plus, des processeurs et des contr\u00f4leurs additionnels sont g\u00e9n\u00e9ralement charg\u00e9s d\u2019assurer le mouvement des billets dans le m\u00e9canisme de lecture, le pr\u00e9traitement des donn\u00e9es contenues sur les bandes magn\u00e9tiques ou de la puce et la communication avec le syst\u00e8me environnant. Par ailleurs, des syst\u00e8mes programmables int\u00e9gr\u00e9s au tourniquet contr\u00f4lent \u00e9galement le mouvement des barres en fonction de l\u2019occasion.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Flexibilit\u00e9 gr\u00e2ce \u00e0 l\u2018intelligence locale<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Autrefois les appareils \u00e9lectroniques \u00e9taient \u00e9troitement connect\u00e9s au mat\u00e9riel m\u00e9canique au moyen de c\u00e2bles. Aujourd\u2019hui, les processeurs et autres contr\u00f4leurs permettent de doter les appareils au sein desquels ils sont int\u00e9gr\u00e9s de l\u2019intelligence n\u00e9cessaire \u00e0 leur fonctionnement. Ces derniers disposent ainsi d\u2019un certain degr\u00e9 de flexibilit\u00e9 et d\u2019ind\u00e9pendance par rapport aux syst\u00e8mes environnants, qui serait autrement inatteignable, et s\u2019int\u00e8grent plus facilement au sein de solutions globales plus vastes, soit gr\u00e2ce \u00e0 une connexion directe, soit via l\u2019Internet des objets (IoT).<\/p>\n\n\n\n<p>Les solutions dot\u00e9es de processeurs int\u00e9gr\u00e9s sont g\u00e9n\u00e9ralement appel\u00e9s \u00ab&nbsp;syst\u00e8mes embarqu\u00e9s&nbsp;\u00bb. Le terme est sur toutes les l\u00e8vres et pourtant, son sens demeure assez confus. Il semble important de s\u2019int\u00e9resser \u00e0 une situation pr\u00e9cise afin de tenter d\u2019apporter un \u00e9clairage sur ce sujet.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Des fronti\u00e8res difficiles \u00e0 d\u00e9finir<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Les fronti\u00e8res entre les syst\u00e8mes embarqu\u00e9s et les ordinateurs traditionnels sont \u00e9videmment changeantes, \u00e9tant donn\u00e9 que des PC entiers peuvent d\u00e9sormais \u00eatre enti\u00e8rement int\u00e9gr\u00e9s au sein d\u2019autres syst\u00e8mes. Toutefois, l\u2019un des principaux \u00e9l\u00e9ments distinctifs repose sur le fait que les syst\u00e8mes embarqu\u00e9s se consacrent en g\u00e9n\u00e9ral exclusivement \u00e0 des fonctions de communication ou des t\u00e2ches de commande concernant les appareils au sein desquels ils sont int\u00e9gr\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n<p>Le limites du terme \u00ab&nbsp;m\u00e9catronique&nbsp;\u00bb sont encore plus floues. Il existe un recoupement, puisque pour de plus en plus d\u2019\u00e9l\u00e9ments \u00e9lectroniques int\u00e9gr\u00e9s aux appareils m\u00e9caniques, ce ne sont plus des appareils connect\u00e9s par des c\u00e2bles qui dotent l\u2019appareil d\u2019intelligence, mais bien des processeurs et des microcontr\u00f4leurs int\u00e9gr\u00e9s. D\u2019autre part, les syst\u00e8mes embarqu\u00e9s vont bien au-del\u00e0 de la m\u00e9catronique \u00e0 proprement parler, car il est rare de les trouver dans des armoires ou des bo\u00eetiers de commandes s\u00e9par\u00e9s. Au contraire, ils sont directement int\u00e9gr\u00e9s au c\u0153ur des m\u00e9canismes complexes de l\u2019appareil, d\u2019o\u00f9 l\u2019expression \u00ab&nbsp;int\u00e9gr\u00e9s en profondeur&nbsp;\u00bb.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>S\u00e9paration entre couche mat\u00e9rielle et logicielle<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Il y a seulement 15&nbsp;ans, les couches mat\u00e9rielles et logicielles des syst\u00e8mes embarqu\u00e9s devaient \u00eatre d\u00e9velopp\u00e9es s\u00e9par\u00e9ment. Cela n\u00e9cessitait des connaissances techniques solides dans le domaine de la programmation des syst\u00e8mes pour micro-ordinateurs, mais aussi dans la conception professionnelle de circuits \u00e9lectroniques complexes. En ce qui concerne les syst\u00e8mes informatiques classiques, le logiciel \u00e9tait d\u00e9velopp\u00e9 s\u00e9par\u00e9ment du mat\u00e9riel largement standardis\u00e9 de l\u2019\u00e9poque. Cela permettait aux d\u00e9veloppeurs logiciels de se concentrer sur leur c\u0153ur de m\u00e9tier.<\/p>\n\n\n\n<p>Les ordinateurs monocartes au format \u00ab&nbsp;carte de cr\u00e9dit&nbsp;\u00bb, comme le Raspberry Pi qui a vu le jour en 2012, sont de v\u00e9ritables PC complets. Ils permettent aux utilisateurs \u00e0 leur domicile ou dans le domaine de l\u2019\u00e9ducation de profiter de cet avantage, en particulier pour ce qui concerne les syst\u00e8mes embarqu\u00e9s. Les b\u00e9n\u00e9fices d\u2019une telle modularisation et standardisation ont permis d\u2019introduire ce type de produits au sein de certains appareils sans m\u00eame que les ing\u00e9nieurs \u00e9lectroniques industriels ne s\u2019en aper\u00e7oivent imm\u00e9diatement, comme les pompes \u00e0 essence, les distributeurs automatiques ou les machines \u00e0 caf\u00e9.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Modularisation et standardisation<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>\u00ab&nbsp;La tendance indique clairement un penchant pour la modularisation et la standardisation, \u00e0 la fois en termes de plateformes mat\u00e9rielles et de syst\u00e8mes d\u2019exploitation,&nbsp;\u00bb commente Sven Pannewitz, Responsable produit en charge des ordinateurs monocartes et des cartes de d\u00e9veloppement chez reichelt elektronik, \u00e9diteur de solutions \u00e9lectroniques, en d\u00e9crivant l\u2019\u00e9volution actuelle. \u00ab&nbsp;Dans le m\u00eame temps, en plus de syst\u00e8mes comparables \u00e0 de v\u00e9ritables ordinateurs, il existe une grande vari\u00e9t\u00e9 de syst\u00e8mes de commande monocartes dot\u00e9s de nombreuses entr\u00e9es et sorties et capables d\u2019interagir directement avec les capteurs et les actionneurs.&nbsp;\u00bb<\/p>\n\n\n\n<p>Les ordinateurs monocartes comme le Raspberry Pi ne sont d\u00e9sormais plus des produits isol\u00e9s. La marque PiXtend, par exemple, propose une gamme de cartes de PLC destin\u00e9es aux t\u00e2ches de commande exigeantes qui se fondent sur la m\u00eame technologie. \u00c0 l\u2019autre extr\u00e9mit\u00e9 du spectre, il existe des microcontr\u00f4leurs monocartes, \u00e0 l\u2019image des cartes de la plateforme open source Arduino ou des cartes de d\u00e9veloppement Nucleo dot\u00e9es de contr\u00f4leurs ARM Cortex\u2122 compatibles en termes de connectivit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Des sp\u00e9cialistes miniatures<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Ces microcontr\u00f4leurs monocartes constituent des plateformes compactes sp\u00e9cifiquement d\u00e9di\u00e9es aux t\u00e2ches de commande individuelle ou de traitement des donn\u00e9es. Leurs dimensions r\u00e9duites leur permettent d\u2019op\u00e9rer dans des espaces confin\u00e9s \u00e0 l\u2019emplacement de l\u2019action. Gr\u00e2ce aux entr\u00e9es et sorties num\u00e9riques et analogiques, ils peuvent directement communiquer avec les p\u00e9riph\u00e9riques connect\u00e9s. Des adaptateurs pour les diff\u00e9rentes technologies, comme le WLAN ou le GSM, garantissent leur capacit\u00e9 \u00e0 se connecter facilement au monde ext\u00e9rieur.<\/p>\n\n\n\n<p>\u00c0 la difference des ordinateurs monocartes dot\u00e9s d\u2019architectures de PC, ces microcontr\u00f4leurs n\u2019ont pas besoin de syst\u00e8me d\u2019exploitation. Ils ex\u00e9cutent directement le programme d\u00e9velopp\u00e9 pour la fonction correspondante, compil\u00e9 via un environnement de d\u00e9veloppement libre et transf\u00e9r\u00e9 sur le module. Dans de nombreux cas, les utilisateurs peuvent compiler ce programme \u00e0 partir de fonctions disponibles gratuitement sur Internet. Cela leur permet d\u2019atteindre de bons r\u00e9sultats en peu de temps, sans avoir besoin de disposer de connaissances logicielles approfondies.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>La diversit\u00e9 a besoin de choix<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Cependant, une bonne compr\u00e9hension des t\u00e2ches \u00e0 accomplir est indispensable \u00e0 la cr\u00e9ation d\u2019applications pratiques pertinentes. Cela implique de bien conna\u00eetre les m\u00e9canismes \u00e0 contr\u00f4ler et de les \u00e9quiper de capteurs et d\u2019actionneurs, de disposer d\u2019un concept clair qui permet de guider les utilisateurs sur des \u00e9crans et d\u2019\u00e9changer des donn\u00e9es avec les syst\u00e8mes sophistiqu\u00e9s voisins.<\/p>\n\n\n\n<p>Ces crit\u00e8res aident \u00e9galement \u00e0 s\u00e9lectionner les cartes appropri\u00e9es. Le nombre d\u2019entr\u00e9es et de sorties analogiques et num\u00e9riques n\u00e9cessaire, tout comme la taille, sont d\u00e9finis en fonction de l\u2019application. L\u2019\u00e9quipement d\u2019interfaces de communication et de connexions r\u00e9seau \u2013 par exemple au bus de donn\u00e9es CAN \u2013 d\u00e9pend de l\u2019environnement syst\u00e8me au sein duquel le produit sera utilis\u00e9.<\/p>\n\n\n\n<p>Concernant les autres crit\u00e8res, il est souvent n\u00e9cessaire de mesurer l\u2019importance des diff\u00e9rentes variables les unes par rapport aux autres. Par exemple, la puissance de calcul des puces de microcontr\u00f4leurs et l\u2019\u00e9quipement m\u00e9moire sous forme de RAM, de flash ROM ou de EEPROM influencent la consommation d\u2019\u00e9nergie du module. \u00ab&nbsp;En particulier pour les applications au sein de syst\u00e8mes aliment\u00e9s par des batteries, les besoins en mati\u00e8re de performances doivent \u00eatre pr\u00e9cis\u00e9ment d\u00e9finis sans \u00eatre surdimensionn\u00e9s, tout en tenant compte des besoins additionnels \u00e0 venir,&nbsp;\u00bb conseille Sven Pannewitz. \u00ab&nbsp;De mani\u00e8re g\u00e9n\u00e9rale, les fabricants de cartes mettent continuellement sur le march\u00e9 de nouvelles versions de ces produits qui sont compatibles en mati\u00e8re de forme, de connexion et de programme.&nbsp;\u00bb<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\"><strong>Des produits p\u00e9rennes<\/strong><\/h2>\n\n\n\n<p>Les systemes embarqu\u00e9s ne constituent ni une nouveaut\u00e9 ni une r\u00e9volution. La miniaturisation constante de l\u2019\u00e9lectronique a permis de distribuer encore davantage l\u2019intelligence de syst\u00e8mes complexes et de d\u00e9placer certaines composantes logicielles lorsque cela se r\u00e9v\u00e8le n\u00e9cessaire, afin de les rapprocher du mat\u00e9riel ou du m\u00e9canisme. Cela permet aux syst\u00e8mes techniques de s\u2019adapter encore mieux aux individus et \u00e0 leurs besoins en perp\u00e9tuelle \u00e9volution.<\/p>\n\n\n\n<p><\/p>\n\n\n\n<p>photo: Adobe Stock<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Dans le cas de nombreuses applications \u00e9lectroniques, il est souvent plus rapide de d\u00e9velopper des syst\u00e8mes sur mesure adapt\u00e9s \u00e0 chaque sous-syst\u00e8me pour les assembler en fonction des besoins que de mettre en place une solution globale. 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