CHAPITRE Système embarqués et SoCm2ssice.weebly.com/uploads/1/3/6/7/13676275/ch1_-_introduction_-_codesign.pdfLes 4 types de systèmes embarqués General Computing Application similaire

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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2



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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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.

4


3



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


Exemple: l’intérieur d’un PDA 10


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Exemple 2: Intérieur d’un iPhone 3G (1/2)

11

Source : iphone8 - http://www.iphone8.net/skill/iphone_disassembly/iphone_disassembly.htm


Exemple 2: Intérieur d’un iPhone 3G (2/2)

12

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)

So

urc

e : N

. Kh

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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9


Loi de Moore: nb de transistor x2 tout les

18mois

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Source: intel.com


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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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


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]


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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