Rapport d étude sur les systèmes embarqués en 2012

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1 Rapport d étude sur les systèmes embarqués e 2012 Présetatio des toutes derières tedaces techologiques et méthodes qui impactet le marché des systèmes embarqués techologies et & architectures stratégies busiess et strategies processus & processes commerciaux i.com/embeddedsystems/f

2 Souteir ue iovatio effréée das la coceptio de systèmes embarqués Natioal Istrumets propose des outils de coceptio graphique de systèmes destiés aux igéieurs et aux scietifiques désireux de développer des systèmes de cotrôle et de surveillace de ouvelle géératio, pour toute ue gamme d idustries, dot l éergie, le cotrôle idustriel, la biologie et les trasports. Grâce aux systèmes à base de matériel RIO (E/S recofigurables) de NI dotés de la techologie embarquée FPGA (field-programmable gate array) et du logiciel de coceptio graphique de systèmes NI LabVIEW, des équipes de coceptio relativemet réduites peuvet prototyper et déployer plus rapidemet des systèmes embarqués qui écessitet du cotrôle et du traitemet de sigaux avacés.

3 Les tedaces e matière de systèmes embarqués e 2012 Quelque sociétés basées das le mode etier utiliset les outils de Natioal Istrumets. E outre, NI collabore avec les pricipaux fabricats techologiques comme Itel, Xilix et Aalog Devices pour que les systèmes embarqués NI profitet des meilleures avacées techologiques récetes. E utilisat l écosystème de ses cliets et parteaires, NI a rédigé ce rapport qui révèle les tedaces et pricipaux défis auxquels doivet faire face les équipes de coceptio chargées de costruire des systèmes de cotrôle et de surveillace embarqués. techologies et architectures Plates-formes embarquées Les plates-formes itégrées combiet des composats matériels avec u framework logiciel pour assurer le développemet de systèmes embarqués. Calcul iformatisé recofigurable U ombre croissat de coceptios avacées de systèmes de cotrôle et de surveillace utiliset la logique programmable. Les appareils mobiles et le «uage» Les équipes de coceptio peuvet profiter de la multiplicatio des techologies mobiles et du «uage iformatique» (cloud ) au sei de systèmes embarqués. stratégies et processus commerciaux Iover avec des équipes réduites Des équipes de coceptio plus réduites costituet u moye plus efficace d iover pour les sociétés. L évolutivité au travers du logiciel L évolutio costate des exigeces liées aux systèmes exige de ouvelles approches pour mettre à jour les systèmes au fil du temps.

4 Natioal Istrumets est fier de supporter des igéieurs qui coçoivet des applicatios embarquées tout à fait icroyables. Nos cliets travaillet à résoudre les problèmes techiques les plus poitus auxquels ous sommes cofrotés, comme les 14 grads défis techiques idetifiés par la Natioal Academy of Egieerig. Ces défis comptet des tâches aussi moumetales que le décryptage du foctioemet du cerveau humai, la productio d éergie à partir de la fusio, l élaboratio de médicamets plus efficaces, la restauratio de l ifrastructure urbaie, et l accès à l eau potable pour les populatios du mode etier. La visio de Natioal Istrumets est d offrir ue approche basée plate-forme destiée aux igéieurs, scietifiques et équipes de coceptio e vue d accélérer l iovatio et la découverte das des applicatios qui écessitet de la mesure et du cotrôle. Nous sommes covaicus qu ue plate-forme logicielle et matérielle très itégrée représete le moye le plus productif pour les igéieurs de rapidemet mettre e œuvre et cocrétiser de ouvelles idées. L aalogie que j utilise pour illustrer otre visio das le marché de l embarqué est «d apporter à l embarqué ce que le PC a apporté au bureau.» Le PC a créé ue architecture matérielle stadard combiée à u système d exploitatio permettat aux cliets d utiliser des ordiateurs de bureau. Les stadards que le PC a créés ot formé u écosystème de matériels et de logiciels pour permettre aux utilisateurs de rapidemet erichir le PC afi de résoudre toute ue variété de problèmes. À l heure actuelle, le marché de l embarqué cotiet des chaîes d outils de coceptio complexes et fragmetées qui compliquet, pour la commuauté des igéieurs, la costructio de systèmes embarqués combiat Rapport d étude sur les systèmes embarqués

5 Apporter au marché de l embarqué ce que le PC a apporté au bureau. mesures et cotrôle avacés. Nous souhaitos trouver ue solutio à ce problème et offrir ue plate-forme logicielle et matérielle stadard, e plus d u écosystème évolutif, pour permettre à importe quelle petite équipe de coceptio de rapidemet recotrer et résoudre de ouveaux problèmes de faço plus efficace. Le travail de os cliets a cotribué à prouver qu ue approche basée plate-forme est très avatageuse et productive comparée aux chaîes d outils de coceptio traditioelles. E utilisat les outils de coceptio graphique de systèmes, les cliets issus de domaies aussi variés que l éergie, la biologie et la robotique, ot résolu des problèmes très complexes e matière de cotrôle et surveillace de systèmes embarqués. Qu il s agisse de cocevoir des matériels d imagerie médicale avec la tomographie par cohérece optique (OCT) e 3D ou d approvisioer des villages isolés e électricité via des techologies reouvelables iovates, os cliets sot bie la preuve qu avec les bos outils, de petites équipes de coceptio peuvet avoir la cofiace écessaire pour affroter des tâches de traitemet de sigaux et de cotrôle plus complexes, et iover plus rapidemet. J ai hâte de voir ce que l aveir réserve à NI e matière d applicatios de systèmes embarqués. Qu il s agisse de travailler avec des sociétés comme LEGO et des uiversités pour attirer les meilleurs talets de la ouvelle géératio vers l igéierie ou d aider les physicies à résoudre les problèmes liés à la fusio «à froid», NI souhaite aider les igéieurs à veir à bout des problèmes techiques les plus épieux. Très sicèremet, Dr. James Truchard, PDG et Co-fodateur de Natioal Istrumets Rapport d étude sur les systèmes embarqués

6 techologies et architectures Plates-formes embarquées Les fourisseurs de techologies sot e trai de développer des plates-formes embarquées qui combiet des composats matériels avec u framework logiciel itégré pour aider les équipes de coceptio à costruire plus rapidemet des systèmes embarqués complexes. Réfléchissez u istat à la jourée qui viet de s écouler. Combie de systèmes embarqués avez-vous touchés ou utilisés aujourd hui? Pesez aux appareils électroméagers, aux horloges, aux télévisios, aux tablettes, aux téléphoes, à l éclairage des rues, aux asceseurs, aux claviers sas fil, aux lecteurs mp3 ou aux équipemets sportifs. O ajoute de l itelligece à de plus e plus de systèmes chaque jour. Les matériels itelligets de mesure de cosommatio, de domotique et médicaux à domicile sot quelques exemples qui serot omiprésets das quelques aées. No seulemet les systèmes embarqués se multipliet et se diversifiet, mais ils devieet aussi de plus e plus complexes! Le téléphoe portable d il y a dix as coteait u seul et uique processeur aisi qu ue radio cellulaire qui servait à passer des appels e dehors de la maiso ou du bureau. Ce matériel est deveu u smartphoe avec radios cellulaires, Bluetooth et Wi-Fi doté de plusieurs processeurs, capable de lacer des applicatios pour lire des s, so caledrier, des vidéos, de la musique, des photos, jouer à des jeux et bie sûr des appels! Les automobiles sot aussi deveues des systèmes complexes pouvat coteir jusqu à 100 processeurs pour cotrôler le moteur, les freis, la tractio, l ordiateur de bord, le positioemet des fauteuils et des rétroviseurs, l autoradio et le système de avigatio. La même tedace se retrouve égalemet das l idustrie. Les machies et les systèmes électroiques ajoutet des systèmes de cotrôle et de surveillace qui amélioret les performaces, la qualité et la différeciatio. U ombre toujours croissat de ouveaux projets de coceptio et ue complexité gradissate obliget les équipes de coceptio de systèmes embarqués à être plus efficaces et à mieux détermier la techologie à utiliser. Pour satisfaire les besois du marché de la coceptio des systèmes embarqués et aider les équipes à mettre les produits sur le marché plus rapidemet, les fourisseurs de techologie sot e trai de développer des composats, des modules ou même des platesformes embarquées complètes avec des iveaux d itégratio plus élevés et des foctioalités accrues. Fialemet, ils viset ue plate-forme complète pour la coceptio de systèmes embarqués coteat des iterfaces de commuicatios, des uités de traitemet, des E/S système aisi qu u logiciel itégré de coceptio de systèmes. Exemples de techologies Cette tedace a commecé avec les fourisseurs de techologies qui proposaiet davatage de systèmes-surpuce (SOC) et systèmes-sur-module (SOM) visat les besois spécifiques des systèmes embarqués et les applicatios liées. Les SOC et les SOM icluet tous les circuits électroiques écessaires à u système das u seul et uique package ou module. Les SOC et SOM icluet souvet les trois élémets essetiels d u Iterface de commuicatio Uités de traitemet E/S système Logiciel itégré de coceptio de systèmes Ue plate-forme complète de coceptio de systèmes embarqués, coteat ue iterface de commuicatio, des uités de traitemet, des E/S spécifiques au système et u logiciel itégré de coceptio de systèmes, doit itégrer tous ces élémets matériels et être très flexible pour le développemet d applicatios, l aalyse, le cotrôle et les commuicatios. Rapport d étude sur les systèmes embarqués

7 système embarqué, à savoir : ue iterface de commuicatio, ue uité de traitemet et des E/S propres au système. Parmi les exemples les plus courats, citos le traitemet de sigaux umériques vidéo (DSP), le DSP audio, les solutios radio, les solutios de mise e réseau, ou ue plate-forme complète de calcul iformatisé das u seul et uique module ou puce. Les ordiateurs-sur-module (COM) costituet ue souscatégorie particulière de SOM. E itégrat u ordiateur tout etier ou u sous-système embarqué das u seul et uique matériel, les sociétés proposet ue offre à plus forte valeur ajoutée aux cocepteurs de systèmes embarqués avec des foctioalités accrues, ue meilleure itégratio, ue coceptio testée avec plus de précisio, ue plus grade compacité et ue cosommatio électrique iférieure. Les SOC et les SOM sot habituellemet proposés e stadard et peuvet être dédiés à ue applicatio verticale ou bie à des applicatios plus géérales. Ils sot, e gééral, vedus e volumes importats à des équipes de coceptio das différets domaies, réduisat du même coup les coûts et garatissat ue qualité supérieure. Les SOC et SOM se caractériset icotestablemet par ue réductio des coûts, de la cosommatio et de la taille tout e garatissat ue qualité et des capacités supérieures. Désormais, il est fréquet que les équipes de coceptio utiliset des SOC et des SOM. Das certais domaies d applicatios même, presque toutes les équipes utiliset le même SOC ou SOM. Ce faisat, il est difficile de maiteir la différeciatio du produit fial. Pour y parveir, la plupart des équipes de coceptio complètet le SOC et/ou le SOM avec des composats discrets supplémetaires et ue logique programmable. E utilisat la logique programmable, comme le FPGA (field-programmable gate array), lors de la coceptio, les équipes peuvet ajouter u traitemet spécialisé, améliorer les performaces et faire évoluer la coceptio avec la possibilité de mettre à jour la logique à importe quel momet au cours du développemet ou même ue fois le système déployé. L ajout de FPGA aux systèmes embarqués est deveu si fréquet que de ouveaux SOC sortet désormais dotés à la fois d u microprocesseur complet et d u FPGA das u seul et uique package. L élémet le plus itéressat prévu e 2012 est la plate-forme EPP (Extesible Processig Platform) Zyq-7000 de Xilix. Le Zyq de Xilix itègre u processeur ARM Cortex-A9 double cœur combié à u circuit FPGA programmable de la Série 7 de Xilix à travers ue iterface AXI stadard. Ces élémets offret u iveau extrêmemet élevé de performaces avec ue flexibilité accrue pour permettre aux équipes de coceptio de systèmes embarqués de maiteir la différeciatio das leur coceptio tout e profitat des coûts, de la taille et de la cosommatio réduits d u SOC. Problèmes liés à la plate-forme embarquée Même si les progrès liés aux SOC et aux SOM sot otoires et tout à fait passioats, la plupart d etre eux e proposet pas de plate-forme embarquée complète. Das les dix aées à veir, les outils logiciels jouerot u rôle plus critique das la coceptio et le développemet de systèmes. Das le passé, bo ombre de coceptios de systèmes embarqués étaiet dictées par les capacités du matériel embarqué et leur respect des exigeces du système. Grâce à la réductio de la cosommatio, des coûts et de la taille du matériel embarqué depuis ue dizaie d aées, le matériel e va plus limiter i dicter les choix e matière de coceptio de systèmes embarqués. La productivité sera détermiate. La productivité de la coceptio des systèmes embarqués sera guidée par des outils de coceptio logicielle étroitemet itégrés capables d utiliser les capacités des matériels vedus das le commerce avec u eviroemet suffisammet ituitif pour être utilisé par importe quel igéieur ou scietifique, et o pas juste ceux qui sot expérimetés e lagages de descriptio matérielle, e développemet de firmware ou e logiciels embarqués. Le géie d Apple Pour compredre l impact que de meilleurs outils de développemet logiciel peuvet avoir sur la coceptio de systèmes embarqués, preos l exemple du smartphoe. Même si les smartphoes sot sur le marché depuis bie plus de dix as, l itroductio de l iphoe d Apple e 2007 a radicalemet fait évoluer la techologie des smartphoes et du divertissemet grad public. E quelques aées seulemet, Apple occupe désormais ue positio domiate sur le marché. L iphoe satisfait les besois de la plupart des propriétaires de smartphoes. Pourtat, il est évidet que l iphoe s est véritablemet distigué grâce au logiciel, et pas seulemet avec l ios, mais aussi par l écosystème eviroat icluat itues et des cetaies de milliers d applicatios désormais dispoibles das l Apple Store. Les plates-formes itégrées de coceptio de systèmes embarqués devraiet viser le même iveau d itégratio, de qualité et de modularité qu Apple a atteit avec l écosystème autour de l iphoe. Ue plate-forme embarquée complètemet itégrée doit iclure u seul et uique eviroemet de développemet logiciel permettat de programmer des systèmes de traitemet hétérogèes, coteat ue grade bibliothèque d algorithmes d aalyse et de cotrôle, et possédat ue itégratio étroite avec les E/S et les commuicatios propres aux applicatios, tout e doat à l équipe de coceptio la capacité de choisir parmi toute ue variété d approches de programmatio différetes basées sur les besois particuliers des applicatios. La plate-forme embarquée doit aussi être suffisammet flexible et modulaire pour permettre aux équipes de coceptio de faire évoluer le système tout au log du cycle de coceptio, du premier prototype jusqu au déploiemet fial, tout e coservat le même code du début jusqu à la fi. Bie que les objectifs d ue plate-forme de coceptio de systèmes embarqués diffèret de ceux de l iphoe, l esprit reste le même : améliorer l expériece géérale de coceptio avec ue approche matérielle/logicielle étroitemet itégrée de la coceptio de systèmes embarqués. Plates-formes embarquées

8 techologies et architectures Calcul iformatisé recofigurable Les systèmes avacés de cotrôle et de surveillace sot à l origie de l augmetatio des coceptios à base de logique programmable. Das le passé, la décisio d utiliser u microcotrôleur faible coût ou ue uité cetrale très performate était assez évidete et basée sur les besois escomptés e termes de performaces du système embarqué. Au fur et à mesure que les systèmes de cotrôle et de surveillace gaget e foctioalités, u traitemet embarqué et ue logique programmable supplémetaires devieet choses courates pour des capacités avacées comme : des réposes plus rapides et plus fiables aux E/S ue maiteace prévetive pour prévoir des paes et améliorer la sécurité u traitemet des images et des sos des commuicatios sas fil et ue coectivité Iteret le filtrage de sigaux aalogiques et umériques pour obteir des mesures plus précises des commuicatios umériques vers des capteurs itelligets et d autres sous-systèmes u prétraitemet au iveau des E/S pour la réductio des doées. Techologie Avatages Cotreparties Microcotrôleurs Microprocesseurs DSP GPU FPGA ASSP ASIC Écoomiques, faible ecombremet, simples à programmer Vitesses d horloge élevées pour les applicatios haute performace, simples à programmer Composats dédiés au traitemet de sigaux, calcul e virgule flottate Moteurs de traitemet parallèle pour l accélératio du processeur Matériel flexible via ue circuiterie reprogrammable et défiie par logiciel, avec traitemet parallèle par ature Rapides et optimisés pour les applicatios spécifiques, circuits stadard et commercialisés Circuits complètemet persoalisés, optimisés e u seul et uique package pour ue applicatio uique Pas assez de puissace pour les applicatios haute performace Cosommatio élevée, architecture de traitemet séquetiel Traitemet séquetiel par ature Cosommatio assez élevée, écessite la présece d u processeur Complexité de programmatio avec les lagages de descriptio matérielle Aucue souplesse pour modifier quoi que ce soit Ivestissemets iitiaux importats, uiquemet possibles e grads volumes Rapport d étude sur les systèmes embarqués

9 La grade majorité des coceptios de systèmes embarqués commecet par u système basé processeur, e utilisat u microcotrôleur ou u microprocesseur comme élémet cetral pour prévoir et traiter les tâches élémetaires de cotrôle et de surveillace, commuiquer avec des iterfaces utilisateur, et superviser tous les autres aspects de la coceptio. Pour les systèmes embarqués traditioels, cette architecture fourissait ue puissace de traitemet suffisate pour réaliser toutes les boucles de cotrôle et eregistrer des doées. Pour des systèmes plus complexes qui itègret des tâches avacées de cotrôle et de traitemet de sigaux, les équipes sot obligées d utiliser des composats de traitemet supplémetaires comme des FPGA (field-programmable gate arrays), des DSP (digital sigal processors) et des GPU (graphics processig uits) afi d atteidre u traitemet des doées très haute vitesse aisi qu u cotrôle plus détermiiste. Logique programmable Les FPGA sot utilisés depuis plus de 30 as comme lie umérique flexible etre les différets composats présets sur la même carte d u circuit imprimé (PCB). La logique recofigurable itrisèque au FPGA reste idéale pour mettre e œuvre des machies d état complexes aisi qu ue circuiterie umérique propre à l applicatio qui foctioet de faço idépedate des cycles de l horloge du processeur, avec ue fiabilité et u détermiisme supérieurs. D aée e aée, les performaces des FPGA ot fait qu augmeter tadis que la puissace et les coûts chutaiet. C est pour cette raiso que l utilisatio des FPGA das les coceptios de mesure et de cotrôle de systèmes embarqués a évolué de la simple logique de liaiso à des tâches de traitemet de sigaux, comme par exemple des filtres umériques persoalisés, des FFT (trasformées de Fourier rapides) et des algorithmes de cotrôle PID (dérivée itégrale proportioelle). Les FPGA dédiés au traitemet présetet u avatage importat : plusieurs algorithmes peuvet foctioer e parallèle, cotrairemet à l architecture séquetielle d u processeur. Mais malgré toutes les performaces et la souplesse qu offret les FPGA, ils e sot pas prêts de remplacer les microcotrôleurs i les microprocesseurs das les coceptios de systèmes embarqués. E comparaiso, les processeurs restet plus écoomiques et s accompaget d u écosystème bie établi d abstractio logicielle, dot des systèmes d exploitatio, des drivers matériels stadard aisi que des bibliothèques cosacrées au traitemet de sigaux avec ue arithmétique à virgule flottate simple. L adoptio de la techologie FPGA résulte de systèmes très performats qui combiet à la fois des processeurs et u circuit FPGA pour diviser et satisfaire des besois complexes e matière de traitemet via des architectures à la fois séquetielles et parallèles. L itégratio de matériel reprogrammable das des coceptios est le moye le plus rapide d évoluer sas avoir à passer du temps i dépeser de l arget à cocevoir à ouveau des cartes à circuits imprimés. Exemples idustriels L associatio de processeurs et de FPGA das les coceptios de systèmes embarqués est très répadue das bo ombre d idustries. Preos comme exemple epower Techology, société d igéierie basée au Daemark, qui a coçu u système de cotrôle embarqué pour u équipemet destié à la rééducatio musculaire et à l etraîemet. Le système électrique à résistace variable SYGNUM utilise u moteur breveté à ciq phases offrat u meilleur cotrôle de la force de résistace durat l effort. Ils ot utilisé u FPGA pour les boucles de cotrôle haute vitesse qui régulet les cosiges de vitesse et de positio, aisi qu u processeur avec u système d exploitatio temps réel pour d autres boucles de cotrôle basse fréquece. Das le secteur de l éergie, Xtreme Power est ue société américaie qui a coçu u système distribué de stockage d éergie composé de plusieurs œuds de cotrôle et de surveillace embarqués basés sur le duo FPGA et processeur. Ils utiliset la techologie FPGA pour relever des mesures précises et à haute vitesse sur des réseaux électriques triphasés et exécuter des algorithmes Microprocesseur Système d exploitatio temps réel Logiciel d applicatio Drivers de périphériques d E/S et commuicatio réseau IP d applicatio IP de cotrôle IP de DSP FPGA Iterface et drivers d E/S spécialisés IP d applicatio IP d applicatio IP d applicatio IP d applicatio Cette architecture de calcul iformatisé recofigurable stadard est utilisée das les systèmes de cotrôle et de surveillace avacés. Calcul iformatisé recofigurable

10 avacés afi de détermier la meilleure faço de réagir à des istabilités sur le réseau électrique. Le processeur système gère la commuicatio Etheret vers plusieurs autres œuds distribués, de sorte qu ils puisset accéder à distace aux doées pour la gestio et les diagostics du système. Derièremet, la société fraçaise O Mos a coçu u système embarqué pour cotrôler les broyeurs à côe istallés das les carrières. Ils peuvet sas cesse observer et traiter les valeurs des capteurs pour prévoir la pae d ue machie et détecter u dysfoctioemet, réduisat du même coup les coûts d immobilisatio et de maiteace de la machie. Ils ot utilisé les E/S basées FPGA pour procéder au traitemet e lige de plusieurs paramètres physiques, dot la pressio, la température, la vibratio et le flux. Ils ot cosacré la partie processeur du système à l eregistremet de fichiers de doées et à la commuicatio avec l iterface homme-machie locale. Ceux qui ot adopté très tôt les coceptios de calcul iformatisé recofigurable profitet du traitemet parallèle pour atteidre les performaces escomptées sas impact importat sur les coûts ou le temps de développemet du système. Grâce à la ature recofigurable des circuits FPGA, u grad ombre d exemples de coceptios de systèmes embarqués peuvet être déployés plus rapidemet car o peut supprimer les délais itermiables associés aux révisios écessaires à la coceptio de cartes persoalisées. Le résultat fial est u système de cotrôle et de surveillace plus performat, développé plus rapidemet et répodat à des applicatios exigeates e termes de précisio et de fiabilité. Ue ouvelle ère d iovatio pour les systèmes embarqués Les microprocesseurs embarqués e sot pas ouveaux das le mode du FPGA. E réalité, les fourisseurs de FPGA offret différets types de processeurs embarqués pour leurs FPGA depuis que le ombre de trasistors composat les FPGA y est suffisammet élevé. Fi des aées 90, les fourisseurs de FPGA ot commecé à proposer des cœurs logiciels (cœurs de processeur 8 bits, 16 bits puis 32 bits e Verilog ou VHDL, ou sous forme de etlists préroutées) que les cocepteurs matériels pouvaiet programmer e FPGA avec des outils de sythèse et de «place-ad-route». Esuite, début des aées 2000, la loi de Moore a permis de disposer de suffisammet de place et de trasistors pour permettre aux fourisseurs de FPGA de mettre e œuvre des microprocesseurs directemet das le silicium, à côté des blocs à logique programmable. Implémeter des cœurs au sei même de la structure du FPGA permet de gager de la place pour la logique programmable sur le circuit, accélère le traitemet et les performaces géérales du circuit tout e réduisat la cosommatio. Xilix a utilisé cette méthode lors de la mise e œuvre des processeurs PowerPC das les dérivés de ses matériels Virtex-4 et Virtex-5. Même si ces FPGA coaisset toujours u gros succès das certais marchés, la société a éprouvé le besoi de passer à l étape supérieure e créat u système de traitemet complètemet ecapsulé qui coviee à u public plus varié qu à des cocepteurs matériels uiquemet. E mars 2011, Xilix a officiellemet aocé les quatre premiers circuits de sa ouvelle gamme EPP (Extesible Processig Platform) Zyq m. Chaque circuit cotiet u système de traitemet MPCore Cortex-A9 double cœur ARM avec des caches Niveau 1 et Niveau 2, des cotrôleurs de mémoire, de gros blocs de logique programmable aisi que toute ue série de périphériques très répadus. Le produit EPP est le fruit d aées de recherche et de leços tirées pour rassembler des processeurs et de la logique programmable sur le même matériel. Résultat des courses : Xilix a fii par créer ue toute ouvelle classe de circuits. Ce qui distigue u EPP d u FPGA traditioel doté d u processeur c est que le processeur mèe la dase. Par coséquet, les igéieurs logiciels peuvet commecer à développer avec l EPP sas rie coaître d es lagages de descriptio matérielle comme Verilog ou VHDL. Larry Getma Vice Presidet, Processig Platforms, Xilix, Ic. Programmer la partie logique programmable d u EPP écessite d abord u certai iveau de coaissaces e coceptio matérielle ou l aide d u igéieur matériel. Cepedat, Xilix aisi que des cliets et des parteaires de valeur comme Natioal Istrumets sot e trai de se pecher sur le développemet de ouveaux outils capables de simplifier la programmatio de la partie matérielle des EPP et d ouvrir ecore plus de possibilités pour l iovatio de systèmes embarqués. Rapport d étude sur les systèmes embarqués

11 techologies et architectures Les appareils mobiles et le «uage» Les équipes de coceptio peuvet profiter de ouveaux appareils mobiles et des techologies du uage iformatique (cloud) au sei des systèmes embarqués de ouvelle géératio. Des aciees calculatrices portables à l ordiateur portable Osbore 1, la promesse de doées portables, de calcul iformatisé et de commuicatio est letemet passée du cocept à la réalité e 40 as. Ces quatre derières aées, la combiaiso de la techologie et de l iovatio a trasformé l outil commercial qu était le smartphoe e u ordiateur mobile très accessible et foctioel. E outre, l écosystème des logiciels mobiles (à la fois Web et atifs) a permis davatage de possibilités tout e augmetat les attetes du public evers les téléphoes. Cette prolifératio relativemet récete des tablettes a ecore davatage fragmeté u secteur techologique déjà complexe. Sas aucu grad gagat et davatage de perturbatios à l horizo, le secteur du calcul iformatisé mobile est loi de s istaller sur ue architecture commue «à la Witel». Les défis s accompaget aussi d opportuités pour les igéieurs désireux de costruire des systèmes de cotrôle et de surveillace embarqués et d offrir de ouvelles foctioalités. Sas aucu coût matériel supplémetaire, vous pouvez fourir aux utilisateurs ue iterface utilisateur riche, spécialisée et facile d accès. Cet article révèle certaies des tedaces et décisios importates sur les plates-formes que vous avez besoi de predre e compte au momet de faire évoluer votre système embarqué sur des appareils mobiles Autres 8,3 % Autres 3,1 % Adroid 1,6 % Widows Mobile 10,2 % Symbia 16,9 % ios 10,5 % Symbia 48,8 % Adroid 52,5 % Blackberry 11,0 % ios 15,0 % Blackberry 20,6 % Widows Mobile 1,5 % Malgré ue évolutio spectaculaire das la part de marché des smartphoes, la fragmetatio reste de mise. Source : Les appareils mobiles et le «uage»

12 ios Adroid Microsoft Autres 150 Millios d uités Les prévisios motret bie u marché e perpétuelle évolutio pour les tablettes mobiles. Tedaces techologiques et fragmetatio La fragmetatio sur le marché des mobiles est pas prête de s arrêter. E observat que le marché des smartphoes, o ote u chagemet spectaculaire depuis Pedat ce temps, Adroid et ios ot gagé des parts de marché pedat que Symbia, Blackberry OS et Widows Mobile ot sesiblemet dimiué. Le marché des tablettes est même plus volatile, avec ios qui coserverait ue part de marché massive et plusieurs fourisseurs importats dot Google, Microsoft, RIM et HP qui costituet ue ouvelle catégorie de cocurrets. Efi, avec toutes les iformatios dispoibles à l heure actuelle, le choix semble se porter sur l ue des deux plates-formes domiates. Sur u marché si récet, il est impossible de prévoir à quoi ressemblera le secteur das deux as. Ue autre force iattedue pourrait à ouveau chager la doe. E partat du pricipe que la plupart des systèmes de cotrôle et de mesure embarqués ot ue durée de vie supérieure à ciq as, le mieux à faire est d avoir recours à des cycles de coceptio courts, itératifs et flexibles tout e surveillat le marché de près. Cloud Computig Outre l omiprésece de réseaux coectés, l ue des pricipales techologies de la révolutio des mobiles est le «cloud computig», qu o peut traduire par «iformatique dématérialisée ou hébergée». Das le cadre d applicatios de mesure et de cotrôle embarquées, le «cloud computig» offre habituellemet l u des avatages suivats : Agrégatio des doées : si la distace etre les élémets de votre système s exprime e kilomètres plutôt qu e millimètres, ous vous coseillos d evisager le stockage des doées das le cloud. Par exemple, si vous êtes e trai de cotrôler l état de chacue des boîtes de vitesse d u parc éolie costitué de cetaies d éoliees, recueillir les doées peut se révéler extrêmemet coûteux et fastidieux. Avec le stockage e «uage», de tels systèmes peuvet stocker des doées e u lieu commu de sorte que vous puissiez facilemet les collecter, les aalyser et les comparer. Accès aux doées : das certais cas, le système de cotrôle et de surveillace embarqué que vous êtes e trai de cocevoir est difficile à atteidre physiquemet. Par exemple, si vous êtes e trai de cotrôler l état d u pipelie au fi fod de l Alaska, vous aurez sas doute pas evie d evoyer u techicie afi d eregistrer les iformatios et vérifier l état du système. Si ces doées sot stockées sur le «uage», vous pouvez y accéder de importe où, par exemple depuis des PC coectés et des appareils mobiles. Dématérialisatio du traitemet : les ressources de calcul iformatisé quasi ifiies qui existet das le «uage» offret ue occasio pour le logiciel de trasférer des tâches de calculs lourds. Il peut s agir d u traitemet complexe d images ou de sigaux, d ue compilatio. Par exemple, Natioal Istrumets a récemmet itroduit u service de compilatio das le «uage» pour NI LabVIEW FPGA où vous pouvez trasférer et effectuer e parallèle des compilatios FPGA. U grad ombre de sociétés offret des services et du stockage das le «uage». La plupart facturet des frais d accès abordables, e foctio de la cosommatio pour que vos coûts soiet proportioels à la quatité de ressources utilisées. Natioal Istrumets offre aussi u Rapport d étude sur les systèmes embarqués

13 uage pour les doées techiques, coçu spécialemet pour stocker et accéder aux doées de mesure. Sécurité du système embarqué Malheureusemet, permettre l accès déporté aux systèmes embarqués egedre des risques supplémetaires qui doivet être pris e compte, le pricipal état la sécurité du système. Les otios de «suffisammet sécurisés» peuvet varier de faço très importate d u idividu à l autre car ce sot des défiitios très subjectives. À la base, la sécurité est ue sorte de compromis. Plus les systèmes sot sécurisés, plus ils écessitet d ivestissemets coséquets e temps et e coûts tout e sacrifiat le caractère pratique. Par coséquet, il est écessaire d évaluer le bo ivestissemet e matière de sécurité pour chaque applicatio e foctio du dager et du risque de pae. Pour les systèmes de cotrôle et de surveillace embarqués, les mesures de sécurité peuvet être ragées das l ue des quatre couches suivates : applicatio, système d exploitatio, réseau et physique. Il est importat d avoir ue protectio pour chaque couche. Certaies pratiques précoisées pour la sécurité des systèmes embarqués peuvet être recommadées pour tous les besois élémetaires, tadis que d autres e sot écessaires que pour les besois les plus complexes. Voici ue liste de domaies où vous pouvez sécuriser votre système d exploitatio et votre réseau. Élémetaire Désactiver les services qui laisset les ports du réseau ouverts (comme le FTP) Activer le support SSL pour importe quel service Web Physique Système d exploitatio Applicatio Réseau Il est importat d itégrer la sécurité das chaque couche de votre système embarqué mis e réseau. Istaller les mises à jour et les patchs de sécurité fouris pour votre système d exploitatio Cofigurer votre logiciel ativirus et votre pare-feu Avacé Chager tous les ports du réseau par défaut Cofigurer u accès VPN Mettre e place ue liste blache des applicatios tierces Ecrypter tous les sigaux de commuicatio iteres et exteres. Supporter plusieurs plates-formes Des plates-formes de développemet croisées sot e trai d émerger et se présetet comme ue optio raisoable pour élimier certais problèmes liés à la fragmetatio. Cepedat, il y a quelques icovéiets à l utilisatio de tels outils car ils limitet l optimisatio et la prise e compte des spécificités de chaque plateforme ciblée. Expériece d utilisateur et plates-formes croisées E e cosidérat qu Adroid et ios, chaque plate-forme possède des covetios et des modèles d utilisatio légèremet différets. Ce qu u utilisateur d Adroid peut cosidérer comme tout à fait ormal peut sembler très étrage à u utilisateur d ios. Cela limite le développemet avec des plates-formes croisées, das la mesure où vous devez éviter toutes les opératios qui e sot pas commues aux deux plates-formes. Voici quelques exemples : la plupart des développeurs d Adroid sot rebutés par ue barre de avigatio alors que cette pratique est courate pour l iphoe. certais élémets d ios sot redodats avec les boutos d Adroid. Par exemple, les boutos propriétés ou d actio, aisi qu ue barre de recherche au-dessus d ue liste. La plupart des utilisateurs peuvet certes les utiliser, mais ils trouverot cela redodat et o optimisé, ce qui aura tedace à avoir des répercussios égatives sur leur perceptio de l applicatio. certais élémets d ios ot besoi d être remplacés par les covetios d Adroid. U exemple flagrat est le bouto Retour qui est préset physiquemet sur les termiaux Adroid. HTML5 L approche la plus commue et recoue pour supporter plusieurs plates-formes est de baser ue applicatio Web sur l HTML5. Cette techologie est deveue le moye préféré pour préseter u coteu dyamique aux utilisateurs das des avigateurs mobiles. Même Adobe a récemmet ajusté sa stratégie pour préférer HTML5 à Flash mobile et Microsoft a aocé que le avigateur Iteret itégré à l iterface Metro de Widows 8 e supporterait pas les plug-is au profit du HTML5. Aussi prometteuse que soit cette techologie, les outils e sot pas ecore tout à fait aboutis et il reste des zoes d ombre sur la richesse de l expériece utilisateur que vous pouvez offrir avec HTML5 comparé aux techologies de bureau comme Silverlight et Flash. Les appareils mobiles et le «uage»

14 stratégies et processus commerciaux Iover avec des équipes réduites Face à la situatio écoomique actuelle, les sociétés disposet de mois de ressources pour iover. E recherchat de ouvelles sources d iovatio, les sociétés doivet aller bie au-delà des activités habituelles des services R&D et des pratiques d igéierie vieilles de plusieurs dizaies d aées. Des cocurrets plus petits et plus souples sot e trai de voir le jour das le mode etier et prouvet que l iovatio peut proveir aussi vite, voire plus vite, d équipes de coceptio réduites. Ils proposet sur le marché des iovatios majeures e beaucoup mois de temps avec ue qualité équivalete, voire supérieure das certais cas, que celle des acteurs traditioels. C est e trai de se passer das des pays dot l écoomie est établie et de la même faço, voire de faço ecore plus impressioate, das des pays dot l écoomie est émergete. «E exploitat à fod otre parteariat stratégique avec NI et ses techologies, otre petite équipe a été e mesure de proposer et de gager de ouveaux marchés comme avec FedEx Express, e offrat ue solutio de qualité e deux fois mois de temps et à eviro 50 % du prix de os cocurrets.» Jeremy Sow, Presidet ad CEO, Vetura Aerospace Rapport d étude sur les systèmes embarqués

15 Équipes réduites et outils système E regardat de plus près les outils et les plates-formes techologiques existats sur le marché actuellemet, ous otos deux approches prédomiates e matière de coceptio qui s opposet. L ue est la faço habituelle de peser : pour iover, ue société doit itégrer de faço verticale la pile logicielle et matérielle par ses propres moyes et «avoir la mai» sur la coceptio de tous ces composats pour assurer la qualité et le savoir-faire que les cliets attedet. Cette méthode requiert ormalemet ue équipe de coceptio assez importate et semble mieux coveir aux idustries où les volumes de produits sot éormes ou alors là où l équipe de coceptio s ispire d ue coceptio persoalisée existate, comme le marché des produits électroiques grad public. L autre méthodologie est l approche émergete qui cosiste à utiliser des outils sur étagère au iveau système avec u écosystème stadard de techologie qui permet d accélérer le processus d iovatio sas compromettre pour autat la capacité à les différecier. Cette méthode s est révélée être plus efficace das des secteurs d iovatio dyamique, comme les éergies reouvelables ou la biologie, état doé qu elle utilise des composats matériels stadard et des outils logiciels précostruits qui sot plus coviviaux et plus adaptés face à de rapides chagemets. Les outils logiciels système permettet de réduire le iveau d expertise écessaire e matière d outils logiciels spécialisés et de lagage de descriptio de matériel. Aisi, ue petite équipe peut mettre e œuvre ue grade partie du système. Plusieurs outils de coceptio dispoibles aujourd hui satisfot ce besoi, dot l outil de coceptio graphique de systèmes NI LabVIEW, les outils de sythèse de haut iveau Autels C-to-Gates de Xilix et Metor Graphics Catapulta C Sythesis. Les plates-formes matérielles stadard optimisées pour les systèmes de cotrôle et de surveillace itègret la coectivité, le coditioemet de sigaux, les covertisseurs aalogiques/umériques et umériques/ aalogiques avec u iveau élevé de modularité pour satisfaire les besois de la plupart des applicatios. Das bo ombre de cas, le besoi d ue coceptio discrète aalogique et umérique peut complètemet disparaître, réduisat ecore d autat la taille de l équipe de coceptio. L avatage d ue équipe réduite Ue chaîe d outils de coceptio itégrée offre u iveau élevé d abstractio et de productivité pour permettre aux igéieurs et scietifiques, o formés aux outils de coceptio umérique i aux logiciels traditioels, de participer à des portios plus importates de la coceptio du système sas sacrifier les performaces. Les experts du domaie scietifique et les spécialistes du marché peuvet aussi occuper u rôle plus actif das le processus de coceptio, e mettat e œuvre des prototypes et des foctioalités comme d autres membres de l équipe, réduisat aisi le ombre d itératios écessaires pour fialiser la coceptio. La quatité de savoir-faire différets écessaires a pu aisi être réduite, avec ue collaboratio et ue efficacité accrues au momet de faire correspodre les exigeces aux foctioalités. U seul et uique igéieur das l équipe de coceptio peut implémeter l applicatio, les DSP, les mesures et la logique de cotrôle qui s exécute sur le processeur et le FPGA, rapprochat aisi les deux modes de l igéierie matérielle et logicielle, et créat le ouveau profil d u architecte ou d u cocepteur système. Ue équipe de coceptio composée d experts du domaie et d architectes système costitue u cotraste flagrat avec les équipes de coceptio habituelles importates qui utiliset des outils traditioels. Les équipes de coceptio de taille importate peuvet être iefficaces et recotrer des difficultés e exécutat tous les besois e matière de coceptio e parallèle sas créer ue liste de besois e perpétuelle évolutio. Le simple fait de détermier les besois du système peut se révéler compliqué. Les équipes de coceptio de taille importate ot du mal à faire correspodre les exigeces du marché avec les foctioalités du système. Par Experts du domaie Experts du domaie Cocepteurs FPGA Cocepteurs logiciels Cocepteurs FPGA Cocepteurs de circuits itégrés persoalisés Cocepteurs système Cocepteurs ASIC Le passage à ue équipe de coceptio plus petite doe aux sociétés la possibilité d iover de faço plus efficace et de mieux satisfaire les besois du marché. Iover avec des équipes réduites

16 exemple, les experts des domaies scietifiques ou les spécialistes du marché présets das l équipe peuvet recotrer des problèmes à commuiquer avec précisio les performaces, la précisio ou le comportemet du système aux autres membres de l équipe. Tomber d accord sur le bo esemble de foctioalités et de coceptio peut écessiter plusieurs itératios et révisios du système. Les experts du domaie et les architectes système qui utiliset u outil commu de coceptio travaillet de faço plus étroite, itèret plus rapidemet et fot mieux correspodre les besois du marché à la mise e œuvre. Avec des outils système stadard, les experts du domaie aisi que les architectes système peuvet collaborer avec u outil commu de coceptio pour mettre e œuvre u système plus efficace, raccourcir la mise sur le marché et réduire les coûts. Exemples idustriels et d acquisitios Plusieurs exemples idustriels illustret l adoptio d équipes de coceptio plus petites. Par exemple, Neiget Cosultace, basé e Ide, a mis sur le marché u système AMR (Advaced Meter Readig) pour aider les gestioaires d ifrastructures à accéder à des doées précises et suffisates proveat de matériels de mesure afi d améliorer l état du réseau de distributio électrique actuel e Ide. Des sociétés comme Neiget das les pays e voie de développemet doivet relever u défi tout à fait uique qui peut deveir ue chace icroyable. Il e leur maque pas juste les ressources écessaires qu o retrouve das la plupart des pays développés mais leur fait aussi défaut l u des élémets les plus importats pour l iovatio : ue méthodologie. C est là que se situe la chace d iover. Elles peuvet rechercher de ouveaux moyes pour faire des choses sas avoir à expliquer à u grad ombre de ges pourquoi elles optet pas pour la faço «ormale» de procéder. Vetura Aerospace Ic., fourisseur de solutios de ragemets et d extictios d icedies pour le fret aérie, est u exemple de petite société et d équipe de coceptio réduite iovat plus rapidemet das les idustries du trasport et de l aérospatiale. E ayat recours à ue petite équipe d experts du domaie et de cocepteurs système aisi qu aux outils de coceptio graphique de systèmes NI, Vetura Aerospace a développé u système de cotrôle d extictio d icedie tout à fait iovat pour FedEx, et ce, plus rapidemet, mois cher et avec ue bie meilleure qualité qu u cocurret plus importat et implaté das ce secteur. C est bie la preuve que de petites équipes peuvet gager des parts de marché et être plus efficaces avec les outils appropriés. Le phéomèe peut aussi se recotrer das u ombre croissat de petites sociétés et structures iovates acquises par des cocurrets plus importats et plus traditioels. U exemple récet das le secteur des systèmes embarqués est la société OptiMedica Corp. qui a revedu ses produits pour le traitemet de la rétie et du glaucome à Topco Corp. OptiMedica, petite startup basée e Califorie, a réussi à costruire u matériel médical ophtalmique iovat e utilisat les outils de coceptio graphique de systèmes proposés par Natioal Istrumets. Topco Corp. basé à Tokyo, au Japo, et fodé e 1932, est l u des fabricats les plus importats au mode de systèmes ophtalmiques, optométriques, de cotrôle de positioemet et GPS. L aveir d équipes iovates Le passage à des équipes de développemet plus petites et doc plus souples gagera ecore du terrai au fur et à mesure que les acteurs des idustries déjà bie établies verrot des acteurs mois cous les dépasser e termes d iovatio. E trasmettat la capacité d iovatio aux experts métier, les petites sociétés peuvet aisi résoudre des problèmes e utilisat des structures plus écoomiques que leurs cocurrets traditioels. Hormis les coûts réduits, les petites sociétés peuvet aussi offrir des solutios de meilleure qualité développées par ceux qui sot les plus cofrotés aux problèmes recotrés. Pour les d applicatios de cotrôle et de surveillace de systèmes embarqués, le besoi d accélérer l iovatio se fait ettemet setir afi de résoudre des problèmes urgets das des domaies comme l éergie et la biologie. Nombreux sot les idustriels qui compreet que l iovatio peut être u puissat atout cocurretiel. Les etrepreeurs, les iveteurs et les dirigeats de startups recherchet de ouvelles méthodologies et de ouvelles plates-formes techologiques capables d accélérer le cycle d iovatio das leurs sociétés. Les équipes de coceptio réduites pourraiet deveir u moye stratégique d atteidre cet objectif sas compromettre pour autat la qualité de leurs solutios i la retabilité de leurs affaires. Rapport d étude sur les systèmes embarqués

17 stratégies et processus commerciaux L évolutivité au travers du logiciel Face à l évolutio costate des exigeces et des stadards liés aux systèmes embarqués, les équipes sot e trai d adopter le mot d ordre «le logiciel avat tout» pour la mise à jour de leurs produits. Ces dix derières aées, o a oté ue déferlate de techologies embarquées icorporées das les appareils grad public, des systèmes GPS aux aspirateurs autoomes e passat par les tablettes tactiles. Cette croissace du marché offre à la fois de ouvelles opportuités et de ouveaux défis à relever pour les cocepteurs de systèmes embarqués. Les capacités existates e termes de performaces et de commuicatio faible coût sot e trai d exploser de même que les attetes des cliets pour visualiser des doées, la coectivité et les performaces. E outre, pour la plupart des systèmes embarqués, les attetes sur la péreité de la coceptio et des services dépasset largemet dix aées. Le logiciel avat tout! Pour cotourer ces restrictios, u grad ombre de développeurs couroés de succès ot adopté la philosophie du «logiciel avat tout» selo laquelle le logiciel est le premier à satisfaire les besois du système. Cette approche du «logiciel avat tout» peut être u éorme atout pedat la phase de coceptio, e doat aux cocepteurs la capacité de mieux profiter des processeurs 32 bits moderes, d optimiser rapidemet leurs coceptios e cas de besois et de réduire le temps de mise sur le marché. De surcroît, la philosophie du «logiciel avat tout» peut représeter u avatage stratégique tout au log du cycle de vie d u produit grâce à la capacité de faire évoluer les coceptios. Avec ue capacité d évolutivité, les cocepteurs de systèmes embarqués peuvet créer des produits qui e se cotetet pas de satisfaire les besois des cliets actuels mais qui satisferot aussi les attetes du marché das les dix prochaies aées. Ces ouvelles exigeces pourraiet impliquer : l itégratio d autres systèmes via des protocoles de commuicatio ou des techologies Web la protectio cotre des meaces cyberétiques l ajout de ouvelles foctioalités comme de meilleurs algorithmes de cotrôle ou ue cosommatio réduite d électricité la résolutio d u problème ou d ue pae système comme la correctio d u bug logiciel ou le dépaage d ue pae de capteur ou de matériel. La capacité techique à aticiper ou à faire évoluer des coceptios peut aussi costituer u avatage commercial primordial. Les sociétés peuvet supporter et résoudre les problèmes des cliets à moidres coûts et accroître leur fidélité via des optios de persoalisatio et des amélioratios apportées aux foctioalités. Les cliets sot déjà habitués aux mises à jour logicielles à des fis d évolutivité. Des histoires comme la mise à jour du logiciel de la Toyota Prius pour résoudre u problème de frei ou la mise à jour du système d exploitatio «par les airs» d u smartphoe Adroid e maquet pas. Ces mêmes approches s appliquet aux systèmes de cotrôle et de surveillace embarqués comme la surveillace du courat électrique et les radios défiies par logiciel. L évolutivité au travers du logiciel

18 Le «Smart Grid» Les systèmes embarqués qui sot e trai de coaître ue vraie refote techologique sot les systèmes de cotrôle et de surveillace qui supportet le réseau de distributio électrique des États-Uis. À l origie du réseau électrique, il y avait pas de surveillace distribuée i de retour de sectios déportées du réseau de distributio, et les mécaismes de cotrôle pour traiter des coditios de suritesité étaiet de simples fusibles ou des disjocteurs mécaiques. Doréavat, les gestioaires des ifrastructures das tout le pays sot e trai de mettre à jour les mécaismes de détectio et de cotrôle électriques sur le réseau afi de garatir ue meilleure visibilité das les flux de courat et l état du réseau. Cette tedace au «smart grid» est u ivestissemet fodametal qui va assurer ue plus grade fiabilité, la capacité d itégrer ue éergie verte et reouvelable, et permettre ue meilleure visibilité pour les cliets aisi que des écoomies d éergie. Toutefois, les gestioaires des ifrastructures électriques sot cofrotés à u défi : pedat qu ils fot des ivestissemets coséquets pour déployer des systèmes de cotrôle et de surveillace embarqués, de ouvelles techologies, des sources d éergie alteratives et de ouveaux besois apparaisset, alors que les besois fiaux et les capacités désirées du «smart grid» sot ecore icous. Les recherches et les iovatios e cours de développemet laisset présager de ouvelles possibilités telles que les réseaux HAN (home area etworks) itégrés au réseau électrique, des topologies de distributio capables de s auto-dépaer aisi que des algorithmes de prédictio de défaut pour préveir les arrêts. Les mises e œuvre fiales écessaires pour evisager ces capacités, comme par exemple, obteir des compteurs itelligets qu ils dialoguet avec les chargeurs de voitures et les bouilloires, savoir itégrer de ouveaux protocoles de commuicatio évéemetiels et temps réel, ou quels algorithmes appliquer aux formes d odes de tesio et de courat mesurées, sot e cours de développemet permaet ; par coséquet, u grad ombre de sociétés s orietet vers des systèmes qu o peut mettre à jour de faço logicielle. E déployat des œuds de mesure et de cotrôle qui peuvet être mis à jour de faço déportée afi de supporter de ouveaux algorithmes et protocoles de commuicatio, les gestioaires des ifrastructures procèdet à des ivestissemets das l ifrastructure de réseau tout e faisat évoluer leurs istallatios pour des capacités futures. Radio défiie par logiciel La coceptio radio implique habituellemet de choisir et d itégrer avec précautio des composats discrets pour effectuer la modulatio/démodulatio, le filtrage et l amplificatio. Aujourd hui, face à l explosio des appareils sas fil, à l augmetatio de l utilisatio du spectre et so ecombremet, aisi qu à la rapidité d iovatio autour des protocoles sas fil, les cocepteurs evisaget u ouveau paradigme das la coceptio radio qui permettrait aux processeurs et au logiciel de traiter plus de foctioalités. L origie de cette approche viet d applicatios militaires dot l objectif était de réduire le ombre de radios que les soldats devaiet porter sur le terrai. Das ue radio défiie de faço logicielle, les composats matériels aalogiques et spécialisés de la coceptio sot réduits au miimum et u sigal umérisé est trasféré vers ue uité cetrale pour u traitemet des sigaux. Vu que le protocole est plus défii par le matériel spécifique, plusieurs protocoles radio peuvet être supportés sas modificatios matérielles. La radio défiie par logiciel, aisi qu u autre domaie de recherche, les atees défiies par logiciel, pourraiet redre possibles u ombre importat de capacités futures du support de protocoles de commuicatio de la prochaie géératio (imagiez que votre téléphoe 3G puisse supporter le LTE avec ue seule mise à jour logicielle) à la radio cogitive où les radios ajustet automatiquemet l utilisatio de leur bade et la puissace d émissio afi d optimiser l utilisatio du spectre tout e réduisat au miimum l iterférece. Même s il s agit ecore d u domaie expérimetal, l évetualité d avoir ue coceptio uiverselle capable d évoluer de faço logicielle et de supporter rapidemet de ouveaux protocoles et de ouvelles foctioalités a doé des idées à ue commuauté active de développeurs qui sot désormais e trai de travailler sur ue approche de la coceptio radio où le logiciel prime. Commet aticiper les coceptios futures Cocevoir u système évolutif écessite trois critères essetiels : ue plate-forme matérielle défiissable par logiciel, des capacités de mise à jour sur le terrai, et ue compatibilité e amot das la chaîe d outils. Matériel défiissable par logiciel U paradigme de coceptio où le logiciel prime repose sur ue architecture système qui miimise l impact des foctios figées d u matériel. Cela iclut évidemmet des matériels aux foctioalités figées comme des ASIC (Applicatio-Specific Itegrated Circuits) et des filtres matériels. Das ces matériels aux foctios détermiées le coût des composats par pièce est iférieur, c est au détrimet de la modularité. Les plates-formes matérielles défiies par logiciel, comme les processeurs, les DSP (processeurs de sigaux umériques) et les FPGA offret aux cocepteurs système la souplesse écessaire pour chager de faço plus complète le comportemet d u matériel sas modificatios électroiques supplémetaires. Même si les coûts de ces composats sot plus élevés, ils peuvet réduire de faço coséquete les coûts de coceptio, augmeter la part de marché par ue mise sur le marché plus rapide, et sur le log terme, augmeter Rapport d étude sur les systèmes embarqués

19 le volume et faire baisser le coût e utilisat ue seule et uique coceptio pour plusieurs matériels. Ifrastructure et capacités de mise à jour sur le terrai Bie qu il soit acceptable de revoyer u produit fii e réparatio au fourisseur, das bo ombre de cas les matériels embarqués sot motés de faço permaete sur le terrai et il est souhaitable de maiteir les matériels sur place. Par exemple, das l idustrie de l électricité, les coûts associés à ue opératio de maiteace d u système de surveillace déporté et moté sur u pylôe peut rivaliser avec le coût iitial du cotrôleur embarqué. Les cocepteurs de systèmes embarqués mettet habituellemet e œuvre des mécaismes de mise à jour sur place pour leurs matériels. Au fur et à mesure qu ils créet ces systèmes, ils ot besoi de choisir l ifrastructure appropriée et les mécaismes adéquats pour leur coceptio spécifique dot u support physique, la sécurité, la fiabilité et la gestio système. Ue clé USB est ue méthode de mise à jour courate et les besois d u accès physique et d ue itervetio de l utilisateur permettet de répodre aux questios de sécurité et de gestio du système. Ue autre optio courate et plus souple réside das des mises à jour déportées e utilisat les services Web via ue coexio sas fil ou câblée. Das cette coceptio, le matériel embarqué utilise des services Web aisi que des mécaismes de sécurité comme le SSL pour commuiquer avec u serveur distat de faço régulière pour coaître so état et évetuellemet obteir ue mise à jour. Le serveur distat gère les versios des matériels aisi que les capacités déployées sur le terrai. Si ue mise à jour est écessaire, le matériel peut télécharger u ouvel esemble de logiciels ou de fichiers FPGA, lacer u CRC (cyclic redudacy check) ou d autres tâches afi de valider la réceptio correcte des fichiers, et esuite appliquer la ouvelle versio. Ces mécaismes peuvet être soit autoomes soit icorporés das des outils de gestio idustriels existats. Choisir ue chaîe d outils Vu que les matériels embarqués restet dispoibles sur le marché pedat des aées voire des dizaies d aées, il est essetiel que les outils logiciels de développemet et de coceptio offret u support à log terme et répodet à des exigeces commerciales que les cocepteurs système ot pas l habitude de cosidérer. Par exemple, bie que les outils logiciels ope source offret u bo rapport qualité/prix, u cocepteur peut e pas obteir les bos outils de développemet ou le support techique approprié das l aveir lorsque les outils aurot cotiué à évoluer. Sur le même pricipe, il y a peu de chaces pour que l équipe de développemet iitiale soit toujours là lorsque les mises à jour des matériels serot écessaires, et, à ce momet-là, la dispoibilité future d autres développeurs formés sera à cosidérer. Le choix d outils logiciels établis et la sélectio de fourisseurs réputés pour les outils matériels et logiciels aiderot à assurer le support à log terme de systèmes embarqués. Chaîe d outils logiciels uifiés permettat u support à log terme Coceptio 1 Coceptio 2 Système défiissable par logiciel 1 Système défiissable par logiciel 2 Système défiissable par logiciel N Système défiissable par logiciel 1 Système défiissable par logiciel 2 Système défiissable par logiciel N Commuicatio et ifrastructure pour les mises à jour à distace Commuicatio et ifrastructure pour les mises à jour à distace Les équipes de coceptio de systèmes utiliset des chaîes d outils basées logiciel qui leur doet la possibilité de facilemet mettre à jour les systèmes et les solutios à log terme. L évolutivité au travers du logiciel

20 NATIONAL INSTRUMENTS Frace 2 rue Heape Naterre Cedex, Frace Tél. : Fax : (0) Société de droit américai capital social dollars NIC US N Mopac Expwy, Austi-Texas USA RCS Naterre SIRET B APE 516J - N.I.I. FR Natioal Istrumets. Tous droits réservés. LabVIEW, Natioal Istrumets, NI et i.com sot des marques de Natioal Istrumets. LEGO est ue marque de LEGO Group. Les autres oms de produits et de sociétés metioés sot les marques ou les oms de leurs propriétaires respectifs. Les membres du programme «Natioal Istrumets Alliace Parter Program» sot des etités professioelles idépedates de Natioal Istrumets et aucue relatio d agece, de parteariat ou "joit-veture" existe etre ces etités et Natioal Istrumets