Les SIE

Systèmes informatiques embarqués

Les systèmes embarqués font aujourd’hui partie du quotidien et sont en pleine expansion. Pour le commun des mortels, ils gardent toutefois une part de mystère. Apprenons à les connaître (un tout petit peu, cette page introductive pouvant être une ressource pour élèves de seconde, cours de SNT).

 

Définition

Un SIE est un système informatique et électronique autonome. Il ne possède généralement aucune entrée standard (clavier, télécommande, souris, joystick…) puisqu’il n’attend pas qu’un être humain lui donne des instructions. Nous verrons toutefois qu’il existe de nombreuses exceptions, les systèmes avec IHM.

L’informatique embarquée comprend un ou plusieurs logiciels fonctionnant avec des algorithmes de contrôle.

Remarquez que le terme embarqué est un peu ambigu car le système n’est pas forcément mobile. Celui d’une barrière de péage qui se lève lorsqu’une carte bancaire a débité un compte n’est, au sens propre, embarqué nulle part…

 

Repères chronologiques

  • 1962 : le premier système embarqué se trouve sur des missiles américains. Les circuits intégrés n’existent pas encore.

  • 1967 : c’est la mission lunaire Apollo qui donne l’occasion de créer le premier système embarqué moderne. Charles Stark Draper, du MIT, en développe le système de guidage.

  • 1971 : création du processeur Intel 4004. Désormais, tous les composants d’un ordinateur sont réunis dans un seul élément (contrôle des entrées et sorties, unité de calcul et mémoire).

  • 1984 : sortie de l’avion de ligne Airbus A320 équipé de commandes électriques informatisées.

  • 1998 : ouverture de la ligne 14 du métro parisien, sans conducteur et entièrement informatisée.

  • 1999 : Kevin Ashton, informaticien travaillant pour Protect & Gamble’s, invente l’expression « Internet des objets » (souvent abrégé en IoT pour Internet of Things).

  • 2007 : arrivée des premiers smartphones qui sont aujourd’hui les représentants les plus communs de l’IoT.

 

Contraintes

La première contrainte est l’autonomie. Soit les objets sont légers, soit l’informatique embarquée doit prendre un minimum de place avec des batteries miniaturisées au possible. Par conséquent, il est impératif que le système consomme très peu d’énergie.

La puissance de calcul est limitée à une tâche bien définie. Cette contrainte est liée à la précédente puisque plus les calculs sont nombreux plus le système est énergivore.

L’espace mémoire est lui aussi adapté, toujours pour la même raison.

La sécurité est particulièrement importante lorsqu’aucun humain n’intervient.

La rapidité d’action est essentielle. D’ailleurs c’est parfois la raison d’être de l’informatique embarquée. Prenons l’exemple du freinage automatique d’urgence sur une voiture. Ce système prend les commandes du véhicule lorsqu’une collision risque de se produire et impose un coup de frein brutal.

 

Fonctionnement

Des capteurs analysent l’environnement physique (une température, une tension artérielle, la pluie …). Ils sont soit physiques soit électroniques.

Ils convertissent les mesures physiques en signaux électriques qu’ils envoient à l’unité de traitement (typiquement un microcontrôleur).

L’unité de traitement envoie à son tour des données, cette fois à des actionneurs. Ceux-ci font donc le lien entre l’informatique et l’action physique.

 

Exemple de la voiture et considérations éthiques

À bord d’une voiture, l’informatique embarquée est d’une grande diversité.

Parmi les usages les plus courants : le régulateur de vitesse, le signal ou la caméra de recul, le contrôle de la climatisation et du chauffage, l’ABS, l’allumage automatique des feux…

voiture

La correction de trajectoire est un système déjà plus sophistiqué, avec plusieurs types de capteurs. La conduite automatisée, gérée par intelligence artificielle, est l’exemple emblématique de l’informatique embarquée la plus complexe et la plus susceptible de changer nos vies.

Cette étape ultime pose par ailleurs un problème éthique : si le système détecte une collision imminente, faut-il protéger les occupants du véhicule quitte à faire une victime (piéton, cycliste…) ? En outre, des conséquences lourdes sur l’emploi sont à prévoir car toutes les professions de conduite (routiers, chauffeurs de bus, taxis…) pourraient disparaître.

 

L’IHM

L’interface homme-machine est un dispositif qui permet à un utilisateur de communiquer avec une machine.

Elle peut se trouver au niveau du capteur. Par exemple, un conducteur indique que la vitesse de son véhicule doit se stabiliser à 90 km/h.

Elle peut aussi exister au niveau de l’actionneur. Une appli de podomètre sur un smartphone permet de recevoir sur écran diverses statistiques sur le nombre de pas effectués.

Autre exemple, les lave-linge les plus perfectionnés hébergent de nombreux SIE : capteurs de charge, de salissure (mesure par infrarouge de la transparence de l’eau), de nature du textile… L’actionneur est le moteur et l’IHM est le choix du programme de lavage.

 

Objets connectés

Un objet connecté est une machine possédant un SIE qui reçoit et / ou émet des informations par Internet. Lorsque celui-ci est pourvu d’une IHM, c’est bien souvent un smartphone !

L’IoT est le terme générique qui définit l’ensemble de ces objets.

Par exemple, un thermostat avec option de géolocalisation est programmé pour adapter le chauffage avant que vous n’arriviez à votre domicile.

Toutefois, la sécurité des SIE est moindre lorsque les objets sont connectés puisqu’il existe des risques de saturation du réseau, de panne de serveur et d’intrusion malveillante.

Les objets connectés ont une autre fonction qui passe inaperçue aux yeux des utilisateurs : ils produisent des quantités de données gigantesques (big data). Celles-ci sont ensuite exploitées, éventuellement par des algorithmes d’intelligence artificielle, pour que les fabricants connaissent mieux les comportements des utilisateurs et proposent des produits qui correspondent toujours mieux à leurs besoins.

 

SIE sur bouteille de vin