Linux Embarque

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    15-Jul-2015

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<p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes Embarqus Linux pour l embarqu</p> <p>Patrice KADIONIKENSEIRB</p> <p>email http</p> <p>: kadionik@enseirb.fr : http://www.enseirb.fr/~kadionik</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -1-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>HISTORIQUE V1.0 09/02 : cration du document V2.0 09/03 : MAJ des offres Linux embarqu pour plus de clart. Ajout mesures performances TR. V2.1 09/03 : Ajout chapitre sur la mise au point des systmes embarqus.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -2-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>CHAPITRE 0 : INTRODUCTION</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -3-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>INTRODUCTION Cette formation a pour but de prsenter tous les lments techniques pour apprhender le mode des systmes embarqus d aujourd hui : Les systmes embarqus aujourd hui: systmes embarqus, Temps Rel, Linux embarqu, Codesign Le codesign aujourd hui : le mariage du matriel avec le logiciel. La mise au point des systmes embarqus : conception, les outils de debug, trucs et astuces. La connectivit Internet : protocoles Internet pour une connectivit IP. Positionnement par rapport l offre rseau de terrain.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -4-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>INTRODUCTION Cette formation a pour but de prsenter tous les lments techniques pour apprhender le mode des systmes embarqus d aujourd hui : Linux embarqu : Les concepts. Le panorama aujourd hui. Prsentation de la mise en uvre de Clinux comme exemple. Le Temps Rel et Linux. Les concepts. Le panorama aujourd hui. Prsentation de la mise en uvre de RTLinux comme exemple.</p> <p> Des exemples d applications ENSEIRB mettant en uvre les concepts dvelopps prcdemment seront donns.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -5-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>CHAPITRE 1 : LES SYSTEMES EMBARQUES AUJOURD HUI. LE BESOIN D EMBARQUER INTERNET</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -6-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>PARTIE 1 : CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -7-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Les systmes (numriques) embarqus ont vu leur importance progresser au rythme de limportance prise par les microprocesseurs. 1971 : premier microprocesseur 4 bits 4004 dIntel 92,5 kHz vendu 200 $. Le succs a t l tout de suite. Juin 1978 : premier processeur x86 8086 4,77 MHz (technologie 3 m, 29000 transistors), bus d adresse 20 bits 9,1 Mo/s, bus de donnes 16 bits. Juin 1979 : 8088 intgr dans le premier IBM-PC en 1981. Motorola, Zilog, TI ont embot le pas Le march des microprocesseurs est un march qui crot de faon exponentielle.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu -8-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Deux lois empiriques sont vrifies depuis 30 ans (en plus de la loi de Moore) : Loi de JOY : la puissance CPU en MIPS double tous les 2 ans. Loi de RUGE : on a besoin dune Bande Passante de 0,3 1 Mb/s par MIPS. Le march du microprocesseur a aussi tir le march des systmes embarqus (et des tlcommunications !).</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu -9-</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Grce aux progrs de lintgration sur silicium, on est pass rapidement du processeur 4 bits au : processeur 8 bits. processeur 16 bits. processeur 32 bits. processeurs 64 bits. Il ne faut pas croire que le march du microprocesseur se rsume celui du PC via les processeurs x86.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 10 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE La figure suivante dmontre le contraire (anne 1999) :</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 11 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>IMPORTANCE DU MARCHE DE L EMBARQUE Il a t vendu 108 millions de processeurs x86 pour le march du PC contre 1,4 milliard de processeurs 8 bits pour le march des systmes embarqus (appel aussi march de lembarqu) ! On voit ainsi que 5 % des processeurs vendus sont pour le march du PC. Dans 85 % des cas, Microsoft Windows est utilis. Pour 95 % des autres processeurs vendus, on utilisera gnralement un autre systme dexploitation (OS : Operating System). On trouvera ici dans 60 % des cas un OS propritaire ; beaucoup optent pour des OS libres comme Linux pour limiter les cotsENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 12 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUEEmbedded Processor System Requirement I/O Control Feature Benefit I/O Ports with bit-level Efficient control of external control devices Direct interface to actuators, switches and digital status signals Peripheral Communication Serial Ports : SPI, IC, Hardware support for Microwire, UART, CAN expansion &amp; external device networking and communications Precision control of motors Sophisticated timers and Low software overhead and actuators PWM peripherals Quickly resolve complex Conditional jumps Efficiently implement software program control Bit test instructions control oriented algorithms flow Interrupt priority control Fast response to external External interrupts with Program control events multiple priority levels immediately redirected on event occurrence with minimal overhead Conversion of sensor data Analog-to-Digital (A/D) Hardware support for Converters external sensors</p> <p>Microcontroller</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 13 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUE</p> <p>Embedded Processor</p> <p>System Requirement Software Filters</p> <p>DSP</p> <p>Benefit Digital filtering in few cycles Interface to codecs Hardware support for translation of analog signals High data Throughput from Peripheral DMA Less wasted cycles fetching serial ports data from serial ports Fast data access Harvard architectures and Fast execution of signal variants processing algorithms</p> <p>Feature Multiply/Accumulate Unit Zero-overhead loops High-speed serial ports</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 14 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>LE CHOIX D UN PROCESSEUR POUR L EMBARQUEBesoin Taille RAM Taille ROM/FLASH Processeurs Miniature x Mo Go-To Pentium PowerPC</p> <p>Caractristiques matrielles Exemples dapplications</p> <p>DragonBall 68K Mcore ColdFire ARM MMU optionnelle</p> <p>Camra numrique PDA Tlphone</p> <p>2-4 Mo 4-16 Mo FLASH FLASH MIPS Hitachi SH x86 PowerPC Ardoise Internet Carte unit centrale System on Chip (SoC) Routeur Dcodeur Stockage en rseau Imprimante en rseau</p> <p>CompactPCI</p> <p>Commutateur tlphonique Routeur haute performance Serveur central</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 15 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION Un systme embarqu peut tre dfini comme un systme lectronique et informatique autonome ne possdant pas des entres/sorties standards comme un clavier ou un cran d'ordinateur (PC). Le systme matriel et lapplication sont intimement lis et noys dans le matriel et ne sont pas aussi facilement discernables comme dans un environnement de travail classique de type PC.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 16 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION</p> <p> Un systme embarqu : Est un systme numrique. Utilise gnralement un processeur. Excute un logiciel ddi pour raliser une fonctionnalit prcise. Remplace souvent des composants lectromcaniques. N a pas rellement de clavier standard (BP, clavier matriciel...). L affichage est limit (cran LCD) ou n existe pas du tout. N est pas un PC. N excute pas une application scientifique ou commerciale traditionnelle.ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 17 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>SYSTEME EMBARQUE : DEFINITION</p> <p> Diffrences avec un ordinateur de bureau : L interface IHM peut tre aussi simple qu une led qui clignote ou aussi complexe qu un systme de vision de nuit en Temps Rel. Des circuits numriques FPGA, ASIC ou des circuits analogiques sont utiliss en plus pour augmenter les performances du systme ou sa fiabilit. Le logiciel a une fonctionnalit fixe excuter et est spcifique une application.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 18 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>LES 4 TYPES DE SYSTEMES EMBARQUESGeneral Computing Application similaire une application de bureau mais empaquete dans un systme embarqu. jeu vido, set- top box. Control Systems Contrle de systmes en Temps Rel. Moteur dautomobile, process chimique, process nuclaire, systme de navigation arien. Signal Processing Calcul sur de grosses quantits de donnes. Radar, Sonar, compression vido. Communication &amp; Networking Transmission dinformation et commutation. Tlphone, Internet. ENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 19 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLES DE SYSTEMES EMBARQUESOffice systems and mobile equipment Answering machines Copiers Faxes Laptops and notebooks Mobile Telephones PDAs, Personal organisers Still and video cameras Telephone systems Time recording systems Printer Microwave Building systems Air conditioning Backup lighting and generators Building management systems CTV systems Fire Control systems Heating and ventilating systems Lifts, elevators, escalators Lighting systems Security systems Security cameras Sprinkler systems Manufacturing and Process Control Automated factories Bottling plants Energy control systems Manufacturing plants Nuclear power stations Oil refineries and related storage facilities Power grid systems Power stations Robots Switching systems Water and sewage systems</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 20 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLES DE SYSTEMES EMBARQUESTransport Aeroplanes Trains Buses Marine craft Jetties Automobiles Air Traffic Control Signalling Systems Radar Systems Traffic Lights Ticketing machines Speed cameras, Radar speed detectors Communications Telephone systems Cable systems Telephone switches Satellites Global Positioning System Other equipment Automated teller systems Credit card systems Medical Imaging equipment Domestic Central Heating control VCRs</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 21 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLE : WIRELESS</p> <p>Telematics System for Automobiles Hand-held GPS UnitsENSEIRB Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 22 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLE : GUIDAGE MISSILE</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 23 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLE : ROBOTIQUE</p> <p>Spider robot constructed with LEGO Mindstorms Components</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 24 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>EXEMPLE : AUTOMOBILE</p> <p>Car with an automatic headlight leveling system. 1: Rear distance Sensor, 2: Control unit, 3: Speed signal, 4: Front distance sensor, 5: Motor, 6: Lamps.</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. 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Prise en compte des volutions des caractristiques des composants en fonction de la temprature, des radiations...</p> <p>ENSEIRB</p> <p>Les Systmes embarqus. Linux embarqu - 28 -</p> <p> pk/2003 v 2.1 Reproduction et exploitation des fins commerciales interdites sans l'accord exprs des auteurs</p> <p>CARACTERISTIQUES D UN SYSTEME EMBARQUE Fonctionnement critique pour la scurit des personnes. Sret : Le systme doit toujours fonctionner correctement. Sret faible cot avec une redondance minimale. Sret de fonctionnement du logiciel Systme oprationnel mme quan...</p>