Un système électronique traite des signaux d'entrée pour produire des signaux de sortie. Si les systèmes câblés étaient très communs autrefois, ils ont tendance à être remplacés par des systèmes programmés, plus flexibles et économiques.
Selon la définition de Wikipédia, on désigne sous le terme informatique embarquée les aspects logicielsse trouvant à l'intérieur des équipements n'ayant pas une vocation purement informatique. L'ensemble logiciel, matériel intégré dans un équipement constitue un système embarqué. L'informatique embarquée est omniprésente : Appareils électroménager, téléphone portable, automobile...
En résumé : Un système embarqué est un objet, autre qu'un ordinateur personnel (PC), à l'intérieur duquel on a placé de l'informatique pour le contrôler.
Un objet connecté est un système embarqué relié à un réseau lui permettant
de communiquer avec d'autres systèmes informatiques.
Au lieu de dire système embarqué connecté
, on dit plus simplement objet connecté
.
Avec le développement d'Internet, les systèmes embarqués sont avantageusement mis en réseau. Ils peuvent ainsi se commander à distance ou communiquer entre eux.
| Date | Evènement |
|---|---|
| 1967 | Guidage par un système embarqué lors de la mission lunaire Apollo. |
| 1971 | Premier microprocesseur, l'Intel 4004. |
Dans sa forme basique, un système embarqué comporte quatre parties :
L'ajout d'une IHM (interface homme-machine) permet à un utilisateur de dialoguer avec le système embarqué.
L'unité de traitement est le système qui envoie des données aux préactionneurs en fonction des données provenant des capteurs et, le cas échéant, de l'IHM. Elle est basée sur un circuit intégré (ou puce électronique) qui peut être :
L'exemple de programme ci-dessous, en C++, sert à générer un signal rectangulaire sur le connecteur 3 d'une carte Arduino UNO.
void setup() {
pinMode(3, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(3, HIGH);
delay(1000); // Attendre 1000 millisecondes
digitalWrite(3, LOW);
delay(500); // Attendre 500 millisecondes
}
Explications :
| Elément de programme | Description |
|---|---|
| void | Définit une fonction ne retournant aucune valeur |
| setup() | Fonction exécutée une seule fois |
| loop() | Fonction exécutée en boucle |
| pinMode(3, OUTPUT); | Le connecteur 3 est défini en sortie |
| digitalWrite(3, HIGH); | Le connecteur 3 délivre une tension de 5 V |
| digitalWrite(3, LOW); | Le connecteur 3 délivre une tension de 0 V |
| delay(1000); | Le programme se met en pause pendant 1000 ms soit 1 s |
| // | Il s'agit d'un commentaire destiné au programmeur |
Un capteur mesure une grandeur physique (pression, tension, courant, fréquence...) pour la convertir en un signal électrique compréhensible par l'unité de traitement.
La grandeur physique :
Selon l'emplacement de l'élément à mesurer, un capteur peut être :
Selon le signal de sortie, un capteur peut être :
L'unité de traitement traite des signaux de très faible puissance. Elle ne peut alimenter directement les actionneurs qui consomment une forte puissance. Le préactionneur sert d'intermédiaire entre l'unité de traitement et l'actionneur. Il distribue l'énergie de puissance vers l'actionneur selon le signal de commande qu'il reçoit.
Système qui convertit l'énergie de puissance en une énergie utile pour la machine.
Système qui distribue l'énergie disponible vers un actionneur selon le signal de commande.
| Energie de puissance | Actionneur | Préactionneur |
|---|---|---|
| Electrique | Moteur électrique | Contacteur Transistor |
| Pneumatique Hydraulique | Vérin | Distributeur |
Elle alimente en énergie le système embarqué. Elle peut être :
C'est un flux d'électrons (charges négatives) au sein d'un matériau conducteur. Par convention, il circule de la borne positive du générateur électrique vers sa borne négative.
Lorsque le courant traverse une résistance, la loi d'Ohm donne la relation entre la tension, l'intensité, la valeur R de la résistance en Ω :
L'interface homme-machine permet à l'utilisateur de dialoguer avec le système embarqué. Elle comporte :
Une interface réseau, système qui adapte les signaux transmis sur le réseau aux signaux gérés par l'unité de traitement, complète la structure du système embarqué.
Il existe une multitude de moyens pour connecter un objet à son environnement. On distingue les connexions :
Quelques exemples, accompagnés de valeurs indicatives :
| Type | Connexion | Portée (m) | Débit (Mbit/s ou Mbps) | Particularité | |
|---|---|---|---|---|---|
| Filaire | USB | 2 | 5 | 480 | Peut alimenter en énergie l'objet connecté |
| 3 | 5 | 5000 à 20000 | |||
| Ethernet | sur câbles de cuivre | 50 | 100 à 40000 | - | |
| sur fibre optique | Illimitée | 1000 à 40000 | |||
| Sans fil | Bluetooth | 10 | 2 | Consomme moins d'énergie que le Wi-Fi | |
| Wi-Fi | 5 GHz | 20 | 1000 | - | |
| 2,4 GHz | 30 | 500 | |||
| LoRA, SigFox | 1000 à 20000 | Très bas débit | Très faible consommation d'énergie | ||
| Téléphonie mobile | 4G | Illimitée | 150 | Nécessite un abonnement | |
| 5G | 1000 | ||||
Le spectre radio est très régulé et la plupart des plages de fréquences sont réservées (police, armée, aéronautique, météorologie, etc.) ou sous licence (téléphonie mobile, etc.). En France, l’ARCEP (autorité de régulation des communications électroniques et des postes) prend en charge de cette régulation. L'ANFR (agence nationale des fréquences), quant à elle, assure la planification, la gestion et le contrôle de l'utilisation des fréquences. Les bandes ISM (industrielle, scientifique et médicale) sont très prisées du fait de leur règlementation peu contraignante :
| Fréquence | Usage |
|---|---|
| 433 MHz | Alarmes, domotique, LoRA |
| 868 MHz | Domotique, SigFox, LoRA |
| 2,4 GHz | Wi-Fi, Bluetooth |
| 5 GHz | Wi-Fi |
L'Internet des objets ou IoT (Internet of things) en anglais désigne l'ensemble des objets reliés au réseau Internet.
Le Web des objets désigne l'ensemble des objets contrôlés via le Web.
Le M2M (Machine to Machine) désigne la communication directe entre des machines sans intervention humaine.
La domotique est l’ensemble des techniques d’automatisation et d’informatisation des tâches dans une maison. Il existe de nombreux objets connectés dans le domaine de la domotique.
Les objets connectés à Internet ou à un réseau sans fil ne sont guère protégés que par des mots de passe et du chiffrement. Leur déploiement massif augmente la surface d'attaque des pirates de l'informatique.
C'est une fonctionnalité inconnue de l'utilisateur permettant au fabriquant de prendre le contrôle de l'objet, pour toutes sortes d'usages. Elle peut être matérielle (incorporée au circuit intégré) ou logicielle.
C'est une fonctionnalité inconnue de l'utilisateur provoquant un mode dégradé, une panne partielle ou complète de l'objet au bout d'un certain temps ou d'un certain nombre d'utilisations.
C'est une fonctionnalité restreignant l'usage l'objet.
C'est un défaut de programmation engendrant un dysfonctionnement en certaines circonstances.
C'est une faiblesse de programmation permettant aux pirates de prendre le contrôle de l'objet, pour toutes sortes d'usages (fabrication de bitcoins...).
C'est un logiciel permettant aux pirates d'espionner, de tracer l'activité.
Ce logiciel chiffre les données personnelles puis demande à leur propriétaire d'envoyer de l'argent en échange de la clé permettant de les déchiffrer.
C'est un logiciel en apparence légitime, inoffensif, mais qui contient une fonctionnalité malveillante.
C'est un programme qui se propage et de se duplique en s'insérant dans un fichier hôte.
C'est un programme qui se propage et se duplique, par son propre moyen, sans contaminer un fichier hôte.
L'attaque par déni de service consiste à saturer un serveur de requêtes afin d'empêcher son fonctionnement.