L électronique grand public au service de l instrumentation scientifique

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1 L électronique grand public au service de l instrumentation scientifique Réseau des électroniciens de la recherche - Rhône-Auvergne 14 décembre 2006

2 Introduction GNU/Linux L électronique grand public miniaturisation de plus en plus performante une foule de nouveaux produits Instrumentation scientifique nouveaux moyens de communication avec le monde exterieur : Ethernet Wi-Fi USB systèmes de plus en plus complexes développement à l unité ou en petite série nécessité de développer vite, bien et pas cher

3 GNU/Linux Système d exploitation Le noyau : Linux L espace utilisateur : GNU Système UNIX Logiciel libre Multitâche, temps réel possible (RTAI) Support TCP/IP natif Nécessite peu de ressources Fonctionne sur un grand nombre d architectures (15+) Un grand nombre de distributions

4 GNU/Linux : vers l électronique grand public Au début, un challenge d informaticien sur : les assistants numériques personnels (PDA) les consoles de jeux (X-Box, PS2, etc.) Ensuite utilisé de base par les fabricants sur : les consoles de jeux les assistants numériques personnels les baladeurs MP3 les boxes ADSL les routeurs ADSL les points d accès Wi-Fi les disques durs réseau les caméras IP les téléphones voix sur IP etc.

5 Des modifications possibles Des modifications possibles Utilisations Avantages Les sources sont disponibles, profitons en! Firmware alternatifs Souvent basé sur le firmware original, quelques fonctionnalités supplémentaires Distributions spécifiques Spécifique à un ou plusieurs produits Nombreux logiciels disponibles Limité par la taille de la mémoire FLASH Distributions généralistes Fonctionne sur un grand nombre de machines, du baladeur MP3 au supercalculateur, en passant par le PC de bureau Environnement logiciel identique Un très grand nombre de logiciels disponibles Nécessite de rajouter de la mémoire de masse (disque dur, clé USB)

6 Pour quoi faire? GNU/Linux Des modifications possibles Utilisations Avantages Pour l informaticien : Serveur faible coût petit silencieux Plateforme de développement Pour le bricoleur : Caméra autonome Centrale météo Et pour l électronicien?

7 Et pour l électronicien? Des modifications possibles Utilisations Avantages Exploiter les possibilités d entrées/sorties, quitte à modifier la carte Ethernet, Wi-Fi Ports RS232 (µc, capteurs, etc.) Ports USB (disque dur, webcam, Wi-Fi, etc.) I 2 C (très nombreux composants) E/S disponibles ( GPIO ) Exemples : Centrale de mesure Contrôle à distance Surveillance vidéo Traitement du signal

8 Avantages GNU/Linux Des modifications possibles Utilisations Avantages Materiel quasiment prêt à l emploi puissance de calcul faibles dimensions, faible consommation Logiciel système multitâche, temps réel possible TCP/IP natif très grand nombre de logiciels, bibliothèques même environnement qu un PC de bureau Des langages de programmation standards C, C++, C#, Fortran, Java, Ada Mais aussi des langages de haut niveau Shell UNIX, Python, Perl, Ruby, Smalltalk, Eiffel, Lisp, OCaml, etc.

9 Les critères Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de développement CPU supporté par Linux 8 Mo de mémoire minimum, 32 Mo conseillés au moins 4 Mo de mémoire FLASH si possible au moins 1 port USB pour mettre un disque dur / clé USB des E/S (RS232, I 2 C, GPIO) Pour l électronicien, un produit pour lequel le travail de développement logiciel a été fait.

10 ARM ou MIPS ou? GNU/Linux Les critères Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de développement Marché réparti entre ARM (60 %) et MIPS (30 %) ARM sur les assistants personnels MIPS sur les produits orientés réseaux M32R au Japon et en Corée PowerPC sur les produits haut de gamme x86 (486, Geode, Via C3 ou C7), mais peu répandu Une fois GNU/Linux installé, peu de différences pour l utilisateur, excepté le problème big/little endian.

11 Les CPU ARM GNU/Linux Les critères Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de développement Processeur RISC 32 bits conçu en 1983 Ré-orientation vers l embarqué au début des années 1990 Faible consommation Mode Thumb 16 bits Jusqu au dual-coeur 1,2 GHz Disponible en tant qu IP Nombreux fabricants : Intel, IBM, Infineon, NXP, STMicroelectronics, Freescale, Texas Instrument, etc. Souvent disponible en temps que System-on-a-Chip FPU souvent absent

12 Les CPU MIPS GNU/Linux Les critères Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de développement Processeur RISC 32 bits conçu en 1981 Premier CPU 64 bits en 1991 Utilisé par Silicon Graphics pour ses stations graphiques Utilisé dans les supercalculateurs Ré-orientation vers l embarqué fin des années 1990 Faible consommation Jusqu au quad-coeur 64 bits à 1,0 GHz Disponible en tant qu IP Nombreux fabricants : NEC, Toshiba, Broadcom, Infineon, NXP, Texas Instrument, etc. Souvent disponible en temps que System-on-a-Chip

13 GNU/Linux E lectronique grand public Le choix du produit a modifier De monstration Les crite res Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de de veloppement Quelques exemples de produits Linksys WRT54G Thecus N2100 D-Link DSMG600 Netgear WGT634U Netgear SC101 Aure lien Jarno E lectronique grand public et instrumentation scientifique

14 Outils de développement Les critères Les grande familles de CPU Les CPU ARM Les CPU MIPS Quelques exemples de produits Outils de développement Les mêmes que sur un PC Compilateur GCC Debugger GDB L éditeur de son choix Possibilité d installer les outils de développement sur la machine cible sur une autre machine (cross-compilation) limité par les capacités de la machine Pas de compilation pour la plupart des langages de haut niveau (langages interprétés) Possibilité d utiliser un émulateur (par exemple QEMU)

15 Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Un exemple concret : le Linksys NSLU2

16 Le NSLU2 GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Fonction originale : Network Attached Storage Partage d un disque dur USB sur un réseau TCP/IP (Ethernet) Environ 100 e dans les grandes surfaces et chez les revendeurs informatiques Processeur Intel IXP MHz (ou 266 MHz) 32 Mo de SD-RAM 8 Mo de Flash Interface Ethernet 100 Mbit/s Contrôleur USB 2.0 (2 prises) Horloge Interface I 2 C, interface RS232

17 NSLU2 : La carte GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles

18 Les supports de masse Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Disque dur externe Disques de très grande taille Attention aux disques durs alimentés par l USB! Clé USB Les clés USB de 2 ou 4 Go sont devenues abordables Le nombre d écriture est limité en théorie, peu de problèmes en pratique Éviter les clés USB no-name De préférence, choisir une clé USB rapide

19 NSLU2 : Choix de la distribution Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Installation à partir des sources Installation d une distribution qui supporte ce produit : SlugOS Gentoo Debian Choix de Debian Installeur Logiciels déja compilés Environ 15 Go de logiciels disponibles

20 Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Installation de Debian GNU/Linux (1/2) Changer le firmware

21 Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Installation de Debian GNU/Linux (2/2) Connexion via SSH à la machine, utilisation de Debian Installer

22 Première connexion à la machine Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Connexion via SSH à la machine Shell UNIX standard Outils d administration standards

23 Overclocking GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Fonctionne de base à 133 MHz Spécification Intel : 266 MHz sans dissipateur Une résistance à enlever

24 GNU/Linux E lectronique grand public Le choix du produit a modifier De monstration Les supports de masse Installation de GNU/Linux Premie re connexion Modifications mate rielles Ajouter de la me moire 2 x 16 Mo de base SD-RAM standard Superposition des composants Aure lien Jarno E lectronique grand public et instrumentation scientifique

25 Port RS232 GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Souder un connecteur à l emplacement prévu Logique 3,3 V (si besoin utiliser un composant de type MAX232)

26 Bus I 2 C (1/2) GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Bus Inter Integrated Circuit devéloppé au début des années 1980 par Philips Bus 3 fils : masse, données (SDA), horloge (SCL) Bus maître / esclave ; plusieurs maîtres et plusieurs esclaves possibles ; une adresse par esclave 100 kbit/s, 400 kbit/s, ou 1 Mbit/s Un grand nombre de composants disponibles : microcontrôleurs E/S 8 ou 16 bits convertisseurs A/N et N/A mémoires (RAM, EPROM, EEPROM, etc.) capteur de température afficheurs LCD, LED,... audio, video, télétexte etc.

27 Bus I 2 C (2/2) GNU/Linux Les supports de masse Installation de GNU/Linux Première connexion Modifications matérielles Il s agit en fait de broches GPIO Récupérer les broches SDA et SCL sur l horloge Récupérer une masse et un +3,3 V ou +5 V près de l alimentation Logique 3,3 V

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29 (1/3) WebCam Isolateur I 2 C

30 (2/3) E/S 8 bits Thermomètre / thermostat

31 (3/3) CAN 4 entrées 8 bits / CNA 8 bits Ventilateur de PC

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33 Linux : http ://fr.wikipedia.org/wiki/linux Langages de programmation : http ://fr.wikipedia.org/wiki/langage de programmation NSLU2-Linux : http :// Debian : http :// Debian on the : http :// Le bus I 2 C : http ://