Principe de base des systèmes embarqués et étude théorique sur les freinages par détection d’obstacle

Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études

L’architecture matérielle

L’architecture matérielle est l’ensemble des composants physiques nécessaire à un processus pour réaliser l’application. Ils sont définis comme suit:

Les microprocesseurs:

Un microprocesseur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d’interprétation et d’exécution des instructions d’un programme. Il est chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C’est le cerveau du système. [6]
Un microprocesseur est construit autour de deux éléments principaux :

Une unité de commande :

Appelé aussi Unité de commande et de contrôle (UCC). Elle permet de séquencer le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l’instruction. Comme chaque instruction est codée sous forme binaire, elle en assure le décodage pour enfin réaliser son exécution puis effectue la préparation de l’instruction suivante.

Une unité de traitement :

C’est le cœur du microprocesseur. Elle regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l’exécution des instructions. L’unité de traitement est Composée de trois principales unités d’exécution, la première est l’unité arithmétique et logique (UAL) puis deux autres ont été ajoutés qui sont l’unité de calcul en virgule flottante et l’unité multimédia pour des raisons d’optimisation des performances des microprocesseurs.

Les microcontrôleurs :

Un microcontrôleur est un microprocesseur intégrant un certain nombre d’interfaces supplémentaires (mémoires, timers, PIO : Parallel Input Output, décodeurs d’adresse, etc.). Ces nombreuses entrées-sorties garantissent un interfaçage aisé avec un environnement extérieur tout en nécessitant un minimum de circuits périphériques; ce qui les rend particulièrement bien adaptés aux applications temps réel embarquées.
Les microcontrôleurs améliorent l’intégration et le coût (lié à la conception et à la réalisation) d’un système à base de microprocesseur en rassemblant ces éléments essentiels dans un seul circuit intégré. On parle alors de « système sur une puce » (en anglais : « System On chip »). Voici généralement ce que l’on trouve à l’intérieur d’un tel composant [6][7]:
– Un microprocesseur (C.P.U),
– Des bus,
– De la mémoire de donnée (RAM et EEPROM),
– De la mémoire programme (ROM, OTPROM, UVPROM ou EEPROM),
– Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées / sorties,
– Des interfaces séries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avec d’autres unités,
– Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.

Les actionneurs:

Un actionneur est un dispositif qui convertit un signal électrique en un phénomène physique (moteur, vérin électrique, voyant, etc.) censé modifier l’état courant du processus. Le signal de commande fourni par le calculateur est un signal numérique qu’il faut convertir en signal électrique analogique à l’aide d’un Convertisseur Numérique Analogique (C.N.A).

L’architecture logicielle

Le logiciel devra assurer l’acquisition, le traitement des données fournies par les périphériques d’entrée (capteurs par exemple) et l’archivage temporaire des informations. Enfin, tout ceci devra être fait en prenant compte de la consommation énergétique.
Dans le domaine du logiciel embarqué, quelques expressions sont à savoir dans le domaine du logiciel embarqué :
– Un programme informatique : C’est une séquence d’instructions qui spécifie étape par étape les opérations à effectuer pour obtenir un résultat.
– Une application : l’action que le programme informatique exécute. Elle est utilisée pour effectuer des tâches personnelles.
– Logiciel : c’est un ensemble d’informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont incluses les instructions de traitement, regroupées sous forme de programmes, des données et de la  documentation. Le tout est stocké sous forme d’un ensemble de fichiers dans une mémoire ou un disque dur.

Fonctionnement du processeur

Les instructions d’un programme, mémorisées sous forme d’octets en mémoire centrale, sont stockées séquentiellement. L’exécution d’un programme par un processeur consiste donc, schématiquement, à charger une instruction à partir de la mémoire, l’exécuter, aller chercher l’instruction suivante et ainsi de suite. La figure 1.2 décrit cette mémoire.
Figure 1.2 : Représentation de la mémoire centrale d’un processeur [5]
– Un séquenceur de commandes permet d’initier et de contrôler le déroulement d’une instruction. C’est cet élément qui cadence le fonctionnement du processeur à la fréquence d’horloge du processeur ;
– Le compteur ordinal est un registre spécifiant l’adresse en mémoire de la prochaine instruction à exécuter ;
– Un registre d’instruction stocke l’instruction en cours d’exécution ;
– Un registre d’adresse permet de requérir ou de modifier des données ou instructions se situant à une certaine adresse en mémoire centrale ;
– Une unité arithmétique et logique (UAL), se chargeant de l’exécution des instructions comme un calcul en nombres entiers, une opération logique, ou une opération de manipulation binaire;
– Des registres généraux permettent de stocker les données utilisées lors des calculs ;
– Un registre d’état (flags), dont un des rôles est de communiquer des informations d’état de l’unité arithmétique et logique.

Les caractéristiques d’un système embarqué

Plusieurs problèmes sont rencontrés dans le domaine du système embarqué. Il faut donc faire un effort dans la partie conception surtout logiciel pour garantir le bon fonctionnement du système. On aura besoin d’un minimum d’architecture fiable et souple. L’informatique embarquée à des impératifs différents de l’informatique personnelle (les microordinateurs). Ce sont principalement :

Les contraintes de temps

Un système embarqué doit généralement respecter des contraintes temporelles fortes (Hard Real Time) et l’on y trouve enfoui un système d’exploitation ou un noyau Temps Réel (Real Time Operating System).

La criticité

Les systèmes embarqués sont souvent critiques, et les systèmes critiques sont presque toujours embarqués. En effet, comme un tel système agit sur un environnement physique, les actions qu’il effectue sont irrémédiables. Le degré de criticité est fonction des conséquences des déviations par rapport à un comportement nominal, conséquences qui peuvent concerner la sûreté des personnes et des biens, la sécurité, l’accomplissement des missions.

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’accès humain est impossible.

La robustesse, la sécurité et la fiabilité

L’environnement est souvent hostile, pour des raisons physiques (chocs, variations de température, impact d’ions lourds dans les systèmes spatiaux, …) ou humaines (malveillance). C’est pour cela que la sécurité au sens de résistance aux malveillances et la fiabilité au sens de continuité de service sont souvent rattachées à la problématique embarquée.

Table des matières

 Chapitre 1 : Principe de base des systèmes embarqués et étude théorique sur les freinages par détection d’obstacle
1.1. Les systèmes embarqués
1.2. Le Freinage
1.3. Généralité sur la détection d’obstacle
Chapitre 2 : Etude et mise en place du système
2.1. Présentation du projet :
2.2. Système de détection d’obstacle:
2.3. Système d’alerte à la collision:
2.4. Système de freinage:
2.5. Le microcontrôleur de traitement de signal
Chapitre 3 : Conception et montage du Système
3.1. Unité d’acquisition
3.2. L’unité d’action
3.3. Unité de traitement
Chapitre 4 : SIMULATION DU SYSTEME
4.1. Le circuit de traitement analogique
4.2 Simulateur d’alerte du conducteur
CONCLISION
ANNEXE
REFERENCES

Télécharger le rapport complet