Comment les systèmes embarqués transforment le contrôle d’accès à l’UMC ?

Les applications pratiques des systèmes embarqués sont révélées à travers la mise en place d’un système de pointage RFID à l’Université Mariste du Congo. Découvrez comment cette innovation transforme le contrôle d’accès et améliore l’identification des agents, tout en répondant à des défis technologiques spécifiques.

CHAPITRE III. NOTIONS DE SYSTEMES EMBARQUES

III.1. INTRODUCTION

Un système embarqué (enfoui) peut être défini comme un système électronique et informatique autonome, qui est dédié à une tâche bien précise. Ses ressources disponibles sont généralement limitées. Cette limitation est généralement d’ordre spatial (taille limitée) et énergétique (consommation restreinte).

Les systèmes embarqués font très souvent appel à l’informatique, et notamment aux systèmes temps réel. Le terme de système embarqué désigne aussi bien le matériel que le logiciel utilisé.

III.2. CARACTERISTIQUES DES SYSTEMES EMBARQUES^[8]

Les systèmes embarqués sont principalement caractérisés par :

• La criticité : les systèmes embarqués sont souvent critiques. En effet et, comme un tel système agit sur un environnement physique, les actions qu’il effectue sont irréversibles.
• Exécution temps réel : Ces systèmes doivent interagir avec leur environnement dans un laps de temps qui est imposée par ce dernier. Ceci induit donc des impératifs de temps de réponse. C’est pour cette raison que l’informatique embarquée est souvent basée sur un système temps réel.
• L’autonomie : Les systèmes embarqués doivent en général être autonomes, c’est à dire remplir leur mission pendant de longues périodes sans intervention humaine. Cette autonomie est nécessaire lorsque l’intervention humaine est impossible, mais aussi lorsque la réaction humaine est trop lente ou insuffisamment fiable.
• La robustesse : un système embarqué doit faire face à des conditions environnementales extrêmes, tels que les chocs, la variation de température, l’eau, le feu, etc. Ce dernier doit donc donner les mêmes performances dans n’importe quelles conditions environnementales, qu’elles soient extrêmes ou normales.
• Tolérance aux fautes : Certains systèmes embarqués doivent pouvoir remplir leurs fonctions malgré la présence de fautes, qu’elles soient d’origine physique ou humaine. Des méthodes de tolérance aux fautes sont nécessaires pour permettre au système, de remplir ses fonctions en dépit des fautes pouvant affecter ses composants.
• Fiabilité et sécurité de fonctionnement : Les systèmes embarqués sont la plupart du temps dans des machines qui doivent fonctionner en continu pendant de nombreuses années, sans erreurs et, dans certains cas, réparer eux-mêmes les erreurs quand elles arrivent. Le système doit rester en marche pour des raisons de sécurité.

Et enfin ces systèmes sont soumis à des contraintes non fonctionnelles, comme par exemple :

• L’espace compté : La mémoire est une ressource limitée dans un grand nombre de systèmes embarqués (de quelques Kilo-octets dans une carte à puce à quelques Méga-octets dans un téléphone portable), et par conséquent une bonne utilisation de la ressource mémoire est cruciale pour la gestion de ces systèmes.
• Le packaging et l’encombrement : difficulté de faire cohabiter dans un faible volume, l’électronique analogique et l’électronique numérique.
• Consommation d’énergie maitrisée le plus faible possible, due à l’utilisation de batteries et, ou, de panneaux solaires. Une consommation excessive augmente le prix de revient du système embarqué car il faut alors des batteries de plus forte capacité.

III.3. DOMAINES D’APPLICATION

L’électronique embarquée est introduite dans divers domaines, à savoir :

• Le domaine grand public : Smart phone, console de jeux, appareil photos, lecteur audio
• Les moyens de transport : Ordinateur de bord, GPS, système de navigation, automobiles, avions, trains, bateau
• Les équipements médicaux : Imagerie (rayon X, ultra-sons, IRM) endoscopie, caméra, monitoring, perfusion, lasers, chirurgie, stimulateur cardiaque
• Les équipements de télécommunication : Station mobile, routeur, gateway, satellite
• Les équipements industriels : Productions automatisées, systèmes de commande d’énergie, équipements de stockage
• Les équipements de bureautiques : Répondeurs, copieurs, imprimante.
• Les équipements de bâtiment : Ascenseurs, système de surveillance, contrôle d’accès, systèmes d’éclairage…

III.4. GENERALITE SUR LES MICROCONTROLEURS

Un microcontrôleur (en notation abrégée µc, ou uc ou encore MCU en anglais) est un circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels d’un ordinateur : processeur, mémoires (mémoire morte pour le programme, mémoire vive pour les données), unités périphériques et interfaces d’entrées-sorties. Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d’intégration, une plus faible consommation électrique, une vitesse de fonctionnement plus faible (de quelques mégahertz jusqu’à plus d’un gigahertz) et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels.

Par rapport à des systèmes électroniques à base de microprocesseurs et autres composants séparés, les microcontrôleurs permettent de diminuer la taille, la consommation électrique et le coût des produits. Ils ont ainsi permis de démocratiser l’utilisation de l’informatique dans un grand nombre de produits et de procédés.

Les microcontrôleurs sont des circuits à architecture RISC (Reduce Instructions Construction Set), ou encore composant à jeu d’instructions réduit. L’avantage est que plus on réduit le nombre d’instructions, plus leur décodage sera rapide ce qui augmente la vitesse de fonctionnement du microcontrôleur. La famille des microcontrôleurs est subdivisée en 3 grandes familles :

• La famille Base-Line : qui utilise des mots d’instructions de 12 bits,
• La famille Mid-Range : qui utilise des mots de 14 bits, et enfin
• La famille High-End : qui utilise des mots de 16 bits.

Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l’électroménager, les jouets, la téléphonie mobile, etc.^[9]

III.4.1. CARACTERISTIQUES

Les microcontrôleurs sont des composants qui permet la gestion des cartes, ils sont caractérisés par :

• De nombreux périphériques d’E/S
• Une mémoire de programme
• Une mémoire vive (en général de type SRAM)
• Eventuellement une mémoire EEPROM destinée à la sauvegarde par programme de données à la coupure de l’alimentation.
• Un processeur 8 ou 16 bits
• Faible consommation électrique

III.4.2. ARCHITECTURE D’UN MICROCONTROLEUR

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Figure III.1. Architecture interne d’un Microcontrôleur

• PC : Compteur Programme
• ALU : Unité Arithmétique et Logique.
• PIA : Interface Parallèle Programmable (Parallel Interface Adaptator)
• TIMER : Générateur de signaux d’horloge
• USART : Transmetteur Série Synchrone – Asynchrone (Universal Synchronous – Asynchronous Receiver/Transmitter)
• BUS d’Adresse : Permet d’activer le circuit pour lequel les données sont envoyées ou lues.
• BUS de Données : Contient l’information binaire devant être traité par l’ALU ou le circuit adressé.

III.4.3. INTERET DES MICROCONTROLEURS^[10]

Les microcontrôleurs sont de taille tellement réduite qu’ils peuvent être sans difficulté implantés sur l’application même qu’ils sont censés piloter.

Leur prix et leurs performances simplifient énormément la conception de système électronique et informatique.

On peut encore préciser :

• Les performances sont identiques voir supérieurs à ses concurrents.
• Très utilisé donc très disponible.
• Les outils de développement sont gratuits et téléchargeables sur le web.
• Le jeu d’instruction réduit est souple, puissant et facile à maîtriser.
• Les versions avec mémoire flash présentent une souplesse d’utilisation et des avantages pratiques indéniables.

La communauté des utilisateurs est très présente sur le web. L’utilisation des microcontrôleurs ne connaît de limite que l’ingéniosité des concepteurs, on les trouve dans nos cafetières, les magnétoscopes, les radios, etc…