Chapitre 1 informatique embarqu e probl matique
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ENSEM 3ème année. Chapitre 1 Informatique embarquée Problématique. 2005 – 2006 Françoise Simonot-Lion ( [email protected] ) http://www.loria.fr/~simonot. Exemples de systèmes embarqués. Disappearing computers Systèmes ambiants. Définition.

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Presentation Transcript
Chapitre 1 informatique embarqu e probl matique l.jpg

ENSEM

3ème année

Chapitre 1 Informatique embarquéeProblématique

2005 – 2006

Françoise Simonot-Lion ([email protected])

http://www.loria.fr/~simonot


Exemples de syst mes embarqu s l.jpg
Exemples de systèmes embarqués

Disappearing computers

Systèmes ambiants

Françoise Simonot-Lion


D finition l.jpg
Définition

  • Système embarqué : appareillage remplissant une mission spécifique en utilisant un ou plusieurs microprocesseurs (boîte noire)

    • Électronique numérique, microprocesseurs, calculateurs, …

    • Logiciels

Françoise Simonot-Lion


Syst me embarqu vs autonomie l.jpg
Système embarqué vs Autonomie

  • Système embarqué (définition alternative) : (ensemble d’) unité(s) de traitement possédant une certaine autonomie

    • Autonomie de fonctionnement

      {processeurs, mémoires, réseaux, entrées-sorties, logiciels + source d’énergie}

      Exemple : téléphone portable

    • Autonomie fonctionnelle

      fourniture de services sans sollicitation à d’autres systèmes

      Exemple : calculatrice

    • Systèmes embarqués à autonomie fonctionnelle partielle

      Exemple : système électronique embarqué dans l’automobile

      « smart fridge »

Françoise Simonot-Lion


Quelques donn es g n rales l.jpg

1990

2000

applications industrielles / militaires / aéronautiques

applications grand public

2004

marché des systèmes embarqués

supérieur au

marché des architectures clients / serveurs + PC

2004

le citoyen de pays développé utilise quotidiennement,

de manière transparente, en moyenne 100 processeurs

Quelques données générales

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 1 l.jpg
Caractéristiques générales - 1

  • Complexité des systèmes et services

    • du nombre de services fournis par le système

      • Exemple : téléphone, …

    • de la mission des systèmes (cf. authentification, calculs numériques, navigation / Internet, …)

      • Exemple : agendas électroniques, systèmes de contrôle de suspension dans une automobile, …

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 2 l.jpg
Caractéristiques générales - 2

  • Complexité des architectures informatiques

    • de la puissance et de la complexité d’architecture des processeurs

      • architectures RISC, pipe-line, DSP, …

    • répartition des services sur plusieurs calculateurs communicants par des bus locaux, réseaux locaux, réseaux sans fil, …

      • exemple : équipements de téléphonie autour de Bluetooth, …

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 3 l.jpg
Caractéristiques générales - 3

  • Systèmes interagissant …

    • Intégration de services fournis en local + services distants

      • Exemple : téléphone, aide à la navigation par GPS, « cartes à puces », …

    • autonomie fonctionnelle

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 4 l.jpg

30 … ans

3 à 5 ans

1 à 2 ans

1 an

 Diminution des temps de conception

6 mois

Caractéristiques générales - 4

  • Cycle de renouvellement des produits

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 5 l.jpg
Caractéristiques générales - 5

  • Validation : sûreté versus qualité

    • Risques supportés / satisfaction + confiance des utilisateurs

    • Deux aspects imbriqués :

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques g n rales 6 l.jpg
Caractéristiques générales - 6

  • Paradigmes de conception

    • « design for cost »

    • « design for performance »

    • « design for safety »

  • Un challenge : la certification

    • contexte de réglementation

    • standards

    • procédure de certification

    • organismes de certification

Françoise Simonot-Lion



Contexte g n ral 1 l.jpg

Coût de l’électronique embarquée

> 20%

Coût du véhicule

Contexte général - 1

  • Production de véhicules

    • 40 millions (1998)  60 millions (2010)

  • Coût des systèmes électroniques embarqués

    • 37 000 M$ (1995)  60 000 M$ (2000)

  • Logiciel

    • 1,1 KBytes (1980)  2MBytes (2000) 10MBytes (2004)

Françoise Simonot-Lion


Contexte g n ral 2 l.jpg
Contexte Général - 2

Extrait de la présentation de Joseph Beretta / PSA - 16 et 17 Juin 2003– http://www.systemes-critiques.org/SECC/

Intégration et maturité des systèmes électriques & électroniques

Génèse de l’électronique automobile

Prolifération de l’électronique

Électricité de base

% du coût de l ’électronique dans le véhicule

35

Multimédia, Soupapes électromagnétiques

Télématique, alternodémarreurGestion d’énergie

30

GMP

25

Multiplexage, ABS

20

Injection électronique

Régulateur de vitesse

15

Allumage

électronique

Alternateur

10

Lampes,

radio,

démarreur,

dynamo

5

0

1940

1920

1960

1980

2000

2010

Françoise Simonot-Lion


Contexte g n ral 3 l.jpg

nouveaux services

  • Time to market

  • Coût

développés facilement

Contexte Général - 3

  • Lois sur le niveau d’émission de gaz d’échappement

  • Demande du client final

  • Demande du constructeur

90% innovation par l’électronique embarquée chez Daimler Chrysler

Technologie logicielle

Françoise Simonot-Lion


Contexte g n ral 4 l.jpg
Contexte Général - 4

  • coût des composants matériels

  • performance et fiabilité des composants matériels

    • loi de Moore

    • domaine automobile versus composants électroniques

Françoise Simonot-Lion


Contexte g n ral 5 l.jpg
Contexte Général - 5

  • Composants électroniques et le contexte automobile

Puissance des processeurs

Taille des circuits imprimés

mm

GHz

3,4GHz

1

300

125mm

0,1

100

56MHz

80mm

1992

2000

2004

2008

1992

2000

2004

2008

Composants électroniques

Composants électroniques dans l’automobile

Françoise Simonot-Lion


Contexte g n ral 6 l.jpg
Contexte Général - 6

  • Émergence des réseaux et instruments de terrain

    • Réduction de câblage

      • 40% poids pour une portière Mercedes

      • 41% de longueur de câble entre les Peugeot 306 et 307

    • Partage des capteurs

    • Amélioration des fonctions

      • disponibilités d’informations sur l’état des autres systèmes embarqués

      • évolutivité des systèmes embarqués (« plug and play »)

Françoise Simonot-Lion


Probl matique 1 l.jpg
Problématique - 1

  • Complexité fonctionnelle

    • Lois de contrôle multi-variables

    • Modes de fonctionnement

    • Interactions entre les fonctions

    • Fonctions critiques :sécurité – fiabilité – disponibilité

      performances / contraintes de temps

Françoise Simonot-Lion


Probl matique 2 l.jpg

Fonctions critiques

Architecture de communication complexe

Chassis - Power Train Network

Comfort Network

Steering

Wheel -ctl

Power Train

ABS

A-C

Radio ...

ISU

Amplifier

Airbags

Doors

Calculateurs

Body Network

Problématique - 2

  • Complexité architecturale

PSA communication service

Françoise Simonot-Lion


Probl matique 3 l.jpg
Problématique - 3

  • Complexité architecturale

    • Nombre de réseaux

      • 3 (voiture de gamme moyenne)  10 (VW Phaeton)

    • Nombre de calculateurs

      • ~30 (voiture de gamme moyenne), 61 (VW Phaeton), 70 (BMW Séries 7)

      •  80 dans les modèles haut de gamme DC

    • Nombre d’informations échangées au sein du véhicule

      • ~2500 (VW Phaeton)

PSA communication service

Françoise Simonot-Lion


Probl matique 4 l.jpg
Problématique - 4

Extrait de la présentation de Joseph Beretta / PSA

16 et 17 Juin 2003

http://www.systemes-critiques.org/SECC/

A340 = ??

Taille mémoire

  • Complexité architecturale

MULTIMEDIA

A330 = 12 Mo

10Mo

A320 = 5 Mo

607 Peugeot = 2 Mo.

1Mo

Airbus

Automobile.

Augmentation de la taille du code

100Ko

A300 = 23 Ko

10Ko

1Ko

CX Citroën = 1,1 Ko.

1980

1970

1990

2000

2010

Françoise Simonot-Lion


Probl matique 5 l.jpg
Problématique - 5

  • Coût d’une étude

    • plusieurs millions d’euros

  • Coût d’une piece

    • 40/80 Euros

  • Développement

    • Partagé entre plusieurs acteurs

      • Équipementiers (« suppliers » / « subcontractors ») / rang 1 / rang 2

      • Constructeurs

    • Interactions entre partenaires

      • Boîtes noires / Boîtes blanches / Boîtes grises

      • Propriétés intellectuelles (IP)

    • Processus

      • Top - Down

      • Bottom - Up (réutilisabilité)

    • Standards

    • Services et maintenance à assurer pendant ~15 ans

Sous contraintes

Coût

Qualité

Variantes

Sécurité

Françoise Simonot-Lion


Domaine moto propulseur powertrain l.jpg

Pédale

d’accélérateur

Pédale

de frein

Agrément de conduite

Consommation

Pollution

Contrôleur A-C

Contrôleur ESP

  • Multi-tâches

  • instantsd’échantillonnage

  • / temps moteur (~ 0,1ms.)

  • périodiques (~ 1 à 5ms)

  • Contraintes de temps strictes

    • Échéances

    • Fraîcheur / promptitude

Importante puissance

de calcul

(coprocesseurs, mP 16/32 bits,

DSP, …)

Domaine moto-propulseur (Powertrain)

Peu de variantes

Contrôle-commande du moteur

Lois de contrôle complexes

Françoise Simonot-Lion


Domaine chassis l.jpg

Colonne

de direction

Pédale de

frein

  • Forces

    • sol

    • air

autres systèmes

Multi-tâches

périodesd’échantillonnage

différentes (0,1 ms 100ms.)

Distribution

Contraintes de temps strictes

Importante puissance

de calcul

(coprocesseurs)

Domaine Chassis

Peu de variantes

Contrôle-commande des roues, de la suspension, … (ABS – ESP – ASC – 4WD - …)

Lois de contrôle complexes

Sécurité

X-by-Wire

Françoise Simonot-Lion


Domaine carosserie body l.jpg

Conducteur

Passagers

Systèmes réactifs

Fonctions nombreuses

Central Body Electronic

Autres domaines

Lights

Wipers

Seats

Entité critique

Tolérance aux fautes

Contraintes de temps temps de réponse, cohérence temporelle

Ordonnancement optimal des tâches

Windows

Réactivité

Conception incrémentale

Sous-système mécatronique

Système distribué hiérarchisé

Mirrors

Doors

LIN

s

a

s

Domaine Carosserie (Body)

Variantes nombreuses

PSA communication service

Françoise Simonot-Lion


Domaine t l matique l.jpg

Conducteur

Passagers

Internet

GPS

Télédiagnostic

  • Constraintes de sécurité

  • Partage de ressources

    • « Fluid data streams »

    • Bande passante

  • QoS multimedia

Equipements « upgradable »

Applications « upgradable »

Téléchargement

Conception « Plug and Play »

Domaine Télématique

Nombreuses variantes

(hors domaine)

Interface Homme-Machine

Voiture communicante

Applications multimédia

Françoise Simonot-Lion


Caract ristiques des domaines l.jpg

Garantie en moyenne

Garantie stricte de sûreté et qualité

Caractéristiques des domaines

Françoise Simonot-Lion


Slide29 l.jpg
Plan

  • Généralités - Définitions

  • Caractéristiques générales

    Systèmes embarqués dans l’automobile

  • Contexte général

  • Problématique

  • Domaines

  • Problèmes ouverts

    • Standards

    • Réglementation – « X-by-Wire »

  • Conclusions

Françoise Simonot-Lion


En guise de conclusions l.jpg
En guise de conclusions

  • Les systèmes embarqués

    • sont omniprésents à l’heure actuelle,

    • interagissent au sein de systèmes plus vastes

  • Les challenges :

    • coût, performances, qualité

    • réglementations, responsabilités,

    • sûreté : disponibilité, fiabilité, sécurité-innocuité, sécurité-confidentialité,

    • maîtrise de leur développement, de leur évaluation

    • logiciels prépondérants + systèmes (environnement, matériels)

 nouveaux métiers pour les informaticiens

Françoise Simonot-Lion


Quelques pointeurs l.jpg
Quelques pointeurs

  • Projet européen ITEA EAST-EEA (2001/2004)

    http://www.east-eea.net/

  • Projet industriel international AUTOSAR (2004/2006)

    http://www.autosar.org/

  • Quelques bons papiers

    • Expanding Automotive Electronic Systems – G. Leen, D. Heffernan, IEEE Computer Society, janvier 2002.

    • Les systèmes électroniques embarqués, un enjeu majeur pour l’automobile - J. Beretta - PSA Peugeot-Citroen, journées de réflexion et de prospective sur les systèmes embarqués, juin 2003,

      http://www.systemes-critiques.org/SECC/

  • Sans vouloir faire de publicité : travaux du LORIA (projet TRIO)

    http://www.loria.fr/equipes/TRIO/

Françoise Simonot-Lion


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