Un logiciel intégré est un type de logiciel dédié qui contrôle, surveille et gère les fonctionnalités des périphériques et des systèmes matériels. Contrairement aux logiciels informatiques à usage général qui s'exécutent sur les PC et les appareils mobiles, les logiciels embarqués fonctionnent de manière limitée et dédiée et font partie intégrante du matériel qu'ils contrôlent.
La genèse et l'évolution des logiciels embarqués
Le concept de systèmes embarqués et les logiciels associés remontent aux années 1960. L'ordinateur de guidage Apollo, conçu par Charles Stark Draper au MIT et utilisé dans les missions d'alunissage Apollo, est considéré comme le premier système embarqué. Les logiciels embarqués ont fait un pas de géant en 1971 lorsque l'ingénieur Intel, Ted Hoff, a produit le premier microprocesseur, l'Intel 4004, permettant une accélération du déploiement des systèmes embarqués. La première mention des logiciels embarqués en soi a commencé à apparaître dans la littérature technique au milieu des années 1980, coïncidant avec l'essor des applications des microcontrôleurs.
Une plongée approfondie dans les logiciels embarqués
Les logiciels embarqués font partie intégrante d'une grande variété de systèmes allant des appareils électroménagers aux équipements médicaux, en passant par les contrôleurs industriels, jusqu'aux automobiles et aux avions. Il est conçu pour effectuer une ou plusieurs tâches spécifiques au sein d’un système plus vaste, souvent avec des contraintes informatiques en temps réel. Étant « embarqué », il répond à des exigences strictes en matière de fiabilité, d'efficacité et de compacité.
Contrairement aux applications de bureau traditionnelles, qui permettent d'exécuter diverses applications sur un PC, les applications logicielles embarquées ont généralement une fonction unique. Ils fonctionnent dès la mise sous tension de l'appareil et monopolisent toutes les ressources de l'appareil.
Le logiciel est souvent écrit dans des langages de haut niveau comme C, C++ ou Python, bien que le langage assembleur puisse toujours être utilisé pour des réponses rapides ou en temps réel. En règle générale, le logiciel est compilé de manière croisée sur un système différent (l'hôte) pour être exécuté sur le périphérique intégré cible.
Les engrenages derrière les logiciels embarqués
Les logiciels embarqués fonctionnent en synergie avec les systèmes embarqués, les microprocesseurs ou microcontrôleurs, ainsi qu'avec les périphériques. Un microprocesseur ou un microcontrôleur exécute le logiciel et interagit avec le monde physique via des périphériques tels que des capteurs, des actionneurs et des interfaces de communication.
Le logiciel suit une séquence prédéterminée d'opérations codées lors de sa création. Selon la complexité, il peut utiliser un système d'exploitation en temps réel (RTOS) ou fonctionner sans système d'exploitation sans système d'exploitation.
Principales fonctionnalités des logiciels embarqués
Les logiciels embarqués présentent quelques caractéristiques critiques qui les distinguent des autres types de logiciels :
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Fonctionnement en temps réel: De nombreux systèmes embarqués ont des exigences en temps réel. Le logiciel doit répondre aux événements ou aux entrées dans un délai fixe.
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Stabilité et fiabilité: Comme ils remplissent souvent des fonctions critiques, ils doivent fonctionner sans panne pendant des périodes prolongées.
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Efficacité de la mémoire: Les systèmes embarqués ont souvent une mémoire limitée, ce qui oblige le logiciel à utiliser les ressources avec parcimonie.
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Efficacité énergétique: De nombreux systèmes embarqués sont alimentés par batterie, ce qui nécessite une utilisation efficace de l'énergie.
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Fonctionnalité spécifique: Les logiciels embarqués sont conçus pour effectuer des tâches spécifiques, contrairement aux logiciels à usage général.
Types de logiciels embarqués
Les logiciels embarqués peuvent être largement classés en fonction de divers aspects. Voici une représentation tabulaire :
| Basé sur la fonctionnalité | Basé sur la complexité | Basé sur les performances |
|---|---|---|
| Logiciel de contrôle | Simple (tâche unique) | Temps réel |
| Logiciel de surveillance | Modéré (multi-tâches) | Hors temps réel |
| Logiciel de traitement des données | Complexe (basé sur RTOS) | – |
Utilisation, problèmes et solutions des logiciels embarqués
Les logiciels embarqués ont de nombreuses applications, depuis les appareils d'usage quotidien, les systèmes de divertissement, les équipements médicaux, l'automatisation industrielle, les systèmes de transport, les télécommunications jusqu'aux applications aérospatiales critiques.
Cependant, la conception et la mise en œuvre de logiciels embarqués posent plusieurs défis, notamment des ressources limitées, des dépendances matérielles, des exigences en temps réel et des normes de sûreté et de sécurité strictes. Pour atténuer ces problèmes, les ingénieurs emploient des stratégies telles qu'une conception minutieuse du système, des algorithmes efficaces, des tests rigoureux et des processus de validation.
Comparaisons avec des termes similaires
| Terme | Description |
|---|---|
| Micrologiciel | Type de logiciel intégré stocké dans une mémoire non volatile telle qu'une ROM ou une mémoire flash. Il fournit un contrôle de bas niveau pour le matériel spécifique d'un périphérique. |
| Logiciels de systèmes en temps réel | Logiciel qui garantit une capacité spécifique dans un délai spécifique. La plupart des systèmes embarqués critiques l'utilisent. |
| Logiciel système | Logiciel chargé de gérer et de contrôler le matériel informatique, activant les logiciels d'application. Il comprend les systèmes d'exploitation, les pilotes de périphériques et les utilitaires. Il est plus large que les logiciels embarqués, car il peut être à la fois généraliste ou intégré. |
Perspectives futures et technologies des logiciels embarqués
L'avenir des logiciels embarqués est façonné par des tendances telles que l'IoT (Internet des objets), l'IA et l'apprentissage automatique, les systèmes cyber-physiques et l'Edge Computing. Les progrès dans ces domaines mèneront à des systèmes embarqués de plus en plus intelligents, autonomes et connectés.
Serveurs proxy et logiciels embarqués
Les serveurs proxy peuvent interagir avec les systèmes embarqués de plusieurs manières. Ils peuvent aider les appareils intégrés à se connecter en toute sécurité à Internet, les protéger de toute exposition directe aux réseaux externes, équilibrer la charge du trafic et mettre en cache les données pour une récupération plus rapide. Par conséquent, les logiciels embarqués doivent être conçus pour gérer ces aspects, impliquant souvent des éléments de programmation réseau et de cybersécurité.
