chapitre système embarqués et...
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Dr. M.W. Youssef –
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INSTITUT SUPÉRIEUR D’INFORMATIQUE
Dr. Mohamed-Wassim YOUSSEF © 2012 [www.wassimyoussef.info]
Co-design & Sécurité des Systèmes Embarqués
M2 SSICE – ISI
Système embarqués et SoC CHAPITRE 1
Dr. Mohamed Wassim Youssef – Codesign& Sécurité (SoC) M2 SSICE - ISI 2012
Qu’est ce qu’un Système Embarqué ? [ref1]
Un système embarqué peut être défini comme un
système électronique et informatique autonome ne
possédant pas des entrées/sorties standards comme un
clavier ou un écran d'ordinateur (PC).
Caractéristique principale: Le système matériel et
l’application sont intimement liés et noyés dans le
matériel et ne sont pas aussi facilement discernables
comme dans un environnement de travail classique de
type PC.
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Qu’est ce qu’un Système Embarqué ? [ref2]
Tout système conçu pour résoudre un problème ou une
tâche spécifique mais n’est pas un ordinateur d’usage
général.
Utilise généralement un microprocesseur combiné avec
d’autres composants matériels et logiciels pour résoudre
un problème de calcul spécifique.
N’est pas visible en tant que tel, mais est intégré dans un
équipement doté d’une autre fonction, on dit aussi que le
système est enfoui (Embedded).
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Qu’est ce qu’un Système Embarqué ? [ref1]
Un système embarqué :
Est un système numérique.
Utilise généralement un processeur.
Exécute un logiciel dédié pour réaliser une fonctionnalité
précise.
Remplace souvent des composants électromécaniques.
N ’a pas réellement de clavier standard (clavier matriciel,
boutons...).
L ’affichage est limité (écran LCD…) ou n ’existe pas du tout.
N ’est pas un PC.
N ’exécute pas une application scientifique ou commerciale
traditionnelle.
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Qu’est ce qu’un Système Embarqué ? [ref1]
Différences avec un ordinateur de bureau :
L’interface IHM peut être aussi simple qu’une led qui clignote ou
aussi complexe qu’un système de vision de nuit en Temps Réel.
Des circuits numériques FPGA1, ASIC2 ou des circuits
analogiques sont utilisés en plus pour augmenter les
performances du système ou sa fiabilité.
Le logiciel a une fonctionnalité fixe à exécuter et il est spécifique
à une application.
(1) FPGA : Field-Programmable Gate Array
(2) ASIC : Application Specific Integated Circuit
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Qu’est ce qu’un SoC et qu’un MPSoC?
Système monopuce : Réunit sur une même puce toutes les composantes de
l’architecture d ’un système.
C’est un système embarqué
System on Chip (SoC)
Tendance actuelle :
Intégration de 1 processeur ou plus sur la même puce
Multiprocessor system on chip MPSoC
Pour plusieurs raisons (performance / énergie, possibilité technologique)
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Exemple de systèmes embarqués
Office systems and mobile equipment
Building systems Transport Communication
Laptops and notebooks
Air conditioning Trains Telephone systems
Mobile telephones Fire control systems Buses Cable systems
Video cameras Lifts, Elevators,.. Automobiles Telephone switches
Telephone systems Security systems Radar systems Satellites
Printer Fire control systems Traffic lights Global Positioning systems
Microwave Heating and ventilation systems
Aeroplanes
PDAs Security cameras Air traffic control
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Les 4 types de systèmes embarqués
General Computing Application similaire à une application de bureau mais empaquetée
dans un système embarqué.
jeu vidéo, set-top box.
Control Systems Contrôle de systèmes en Temps Réel.
Moteur d’automobile, process chimique, process nucléaire, système de navigation aérien.
Signal Processing Calcul sur de grosses quantités de données.
Radar, Sonar, compression vidéo.
Communication & Networking Transmission d’information et commutation.
Téléphone, Internet
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Exemple de cas d’utilisation 9
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Exemple: l’intérieur d’un PDA 10
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Exemple 2: Intérieur d’un iPhone 3G (1/2)
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Source : iphone8 - http://www.iphone8.net/skill/iphone_disassembly/iphone_disassembly.htm
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Exemple 2: Intérieur d’un iPhone 3G (2/2)
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Source : Techonline - http://www.techonline.com/showArticle.jhtml?pgno=1&articleID=209000013
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Processeurs pour l’embarqué
ARM, PowerPC (IBM, Motorolla)
OMAP (Texas Instrument)
Nomadik (STMicroelectronics)
Nexperia (Philips)
CELL (Sony, IBM, Toshiba )
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Les systèmes sur puce (SoC)
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ou
ja
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Les grandes classes de systèmes
Caractéristique Ordinateur de bureau
Serveur Enfoui/embarqué
Prix du microprocesseur
100 à 1000 € 200 à 2000 € par processeur
0,20 à 200 € par processeur
Microprocesseurs vendus en 2000
150 millions 4 millions 300 millions (en ne comptant que les 32 et 64 bits)
Critères Prix-performance Performance graphique
Débit, disponibilité, extensibilité
Prix, puissance dissipée, performance pour l’application
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Choix du processeur
Besoin Miniature Petit Moyen Haut de gamme
PC embarqué
Embarqué haute disponibilité
Taille RAM <0.1 Mo 0.1 – 4 Mo
2 – 8 Mo
8 – 32 Mo
16 – 64 Mo
> x Mo
Taille ROM/Flash 0.1 – 0.5 Mo
0.5 – 2 Mo
2 – 4 Mo Flash
4 – 16 Mo Flash
xx Mo Go - To
Processeurs DragonBall 68Ko Mcore ColdFire ARM
MIPS Hitachi SH x86 PowerPC
Pentium PowerPC
Caractéristiques matérielles
MMU optionnelle Ardoise Internet Carte unité centrale System on Chip (SoC)
CompactPCI
Exemples d’application
Caméra numérique PDA Téléphone
Routeur Décodeur Stockage en réseau Imprimante en réseau
Commutateur téléphonique Routeur haute performance Serveur central
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Loi de Moore: nb de transistor x2 tout les
18mois
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Source: intel.com
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Wafer/die et coût [ref3]
Le passage vers des
plateaux (wafer) de
300mm est obligatoire
pour assurer des prix
bénéfiques et
compétitifs
Plus de cellules (die)
par plateau
prix moins cher de la
cellule
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Loi de Moore en action (1/3) [ref3]
Année 1971 2001
Transistors 2300 42 000 000 x 18 000
Freq (KHz) 108 2 000 000 x 18 000
Techno (µm) 10,00 0.13 / 6 000
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Loi de Moore en action (2/3) [ref4]
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Loi de Moore en action (3/3) [ref3]
appliquée dans d’autres domaines
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En plus de la loi de Moore
Loi de JOY :
La puissance CPU en MIPS(1) double tous les 2 ans.
Loi de RUGE :
On a besoin d’une Bande Passante
de 0,3 à 1 Mb/s par MIPS.
(1) MIPS : Million Instruction Per Seconde
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Le problème de l’énergie 23
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Importance du marché de l’embarqué
Grâce aux progrès de l’intégration sur silicium, on est
passé 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 marché du microprocesseur
se résume à celui du PC via les processeurs x86.
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Vente de microprocesseurs, qcq chiffres
Processeurs enfouis/embarqués
4 bits : 2 milliards
8 bits : 4,7 milliards
16 bits : 700 millions
32 bits : 400 millions
DSP (traitement du signal)
600 millions
Généralistes classiques
150 millions
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[Année 1999]
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Tendances technologiques: le +
A la fin de la décennie (2010) seront 1O fois plus rapides
et embarqueront ~16x plus de transistors, pour la même
surface
Le coût de la mémoire sera 1/20 celui d’aujourd’hui. Pour
le même prix, on aura 16x plus de capacité soit environ
8Mo.
Le grand virage (évolution de processeurs Intel, AMD):
De l’augmentation de la fréquence d’horloge…
Au parallélisme
▪ Hyperthreading
▪ Multi-cœurs
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Coût de conception: le -
le coût de conception est la plus grande menace à la poursuite de la croissance phénoménale du marché des semi-conducteurs.
Le coût estimé d’un PDA (SoC) était de 15M$ en 2001 au lieu de 342M$ si les innovations en technologie de conception n’avaient pas eu lieu.
Le logiciel correspond à environ 80% du coût de développement des systèmes embarqués
Le coût de test s’accroit relativement au coût total de fabrication. Les ingénieurs en charge de la vérification sont souvent deux fois plus nombreux que ceux en charge du développement
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