Informatique Industrielle - .L'informatique Industrielle L'informatique industrielle est une branche

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  • Informatique Industrielle

    Note de cours : Mastre professionnelle

  • Sommaire Introduction

    Les diffrents systmes programmables

    Le microcontrleur, lments de choix Le microcontrleur, lments de choix

    La programmation en assembleur

    Les systmes embarqus

    Transmission numrique

  • L'informatique IndustrielleL'informatique industrielle est une branche de l'informatique applique qui couvre l'ensemble des techniques de conception et de programmation, de systmes informatiss vocation industrielle, qui ne sont pas des ordinateurs.

    Domaines d'applications :

    Alarme, automobile, aviation, instrumentation, mdicale, tlphonie mobile, terminaux de paiement pour carte bancaire ...

    Applications : Automates, robotique,

    Mesures de grandeurs physiques,

    Systmes temps-rel,

    Systmes embarqus.

    3Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Les diffrents systmes programmables (1)

    Les circuits spcialiss ou ASIC (Application Specific Integrated Circuit) : sont des circuits spcialiss ds leur conception pour une application donne.

    Exemples : DSP (Digital Signal Processing), co-processeur arithmtique, processeur 3-D, contrleur de bus, ...

    4Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Avantages : Trs rapide Consommation moindre Optimis pour une application

    Inconvnients : Faible modularit Possibilit d'volution limit

  • Les diffrents systmes programmables (2)

    Les systmes en logique programme (PLD Programmable Logic Device, circuit logique programmable)

    FPGA (Field Programmable Gate Array, rseau de portes programmables), PAL (Programmable Array Logic, rseau logique programmable), etc.

    Avantages : Forte modularit Rapidit

    Inconvnients : Mise en uvre plus complexe Cots de dveloppement lev

    Un circuit logique programmable est un circuit intgr logique qui peut tre reprogramm aprs sa fabrication. Il est compos de nombreuses cellules logiques lmentaires pouvant tre librement assembler.

    5Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Les diffrents systmes programmables (3)

    Les systmes micro-programms : Les microcontrleurs sont typiquement des systmes micro-programms.

    Avantages : Mise en oeuvre simple Cots de dveloppement rduits

    Inconvnients : Plus lent Utilisation sous optimale

    6Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Un microcontrleur est un : Circuit intgr comprenant essentiellement un microprocesseur, des mmoires, et des lments personnaliss selon l'application.

  • Structure des systmes microprogramm

    Bus de donnesUnit centrale

    Bus dadresses

    Mmoire contenant instructions et donnes

    Structure de Von Neumann

    Structure de Harvard

    7Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Bus de donnesinstructions

    Bus dadressesinstructions

    Mmoire de programme contenant uniquement des Instructions

    Mmoire contenant uniquement des donnes

    Bus de donnes

    Bus dadresses

    Unit centrale

    Structure de Harvard

    Diffrence: Sparation ou non des mmoires programmes et donnes. La structure de Harvard permet de transfrer donnes et instruction simultanment, ce qui permet un gain de performances.

  • Deux types de processeurs (1)

    CISC : Complex Instruction Set Computer: Architecture jeu dinstructions complexe

    Type de processeur le plus rpandu

    Plusieurs modes dadressages mmoires possible;

    Grand nombre dinstructions; Grand nombre dinstructions;

    Codage des instructions variables : le nombre doctets ncessaire pour le codage des instructions est variable;

    La taille du code est en gnral plus rduite que dans le cas des RISC (code density);

    Exemples : X86, AMD, etc.

    8Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • RISC (Reduced instruction set computer): Architecture jeu dinstruction rduit, structure simple

    Nombre d'instructions rduit (slection des instructions pour une excution plus rapide)

    Dcodage des instructions plus rapide

    Deux types de processeurs (2)

    Dcodage des instructions plus rapide

    Seul deux instructions accdent la mmoire load/store;

    Format rgulier;

    Grand nombre de registres;

    Structure hardware simplifi = espace silicium libre;

    Exemple : Arm, UltraSparc, ..

    9Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • volution et Loi de Moore

    10Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Les diffrents bus des systmes microprogramms (1)

    Un bus est un jeu de lignes partages pour lchange de mots numriques.

    Dfinition : Un bus permet de faire transiter (liaison srie/parallle) des informations codes en binaire entre deux points. Typiquement les informations sont regroups en

    mots : Octet (8 bits), Word (16 bits) ou double Word (32 bits).

    11Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Caractristiques dun bus :

    nombre de lignes,

    frquence de transfert.

    mots : Octet (8 bits), Word (16 bits) ou double Word (32 bits).

  • Les diffrents bus des systmes microprogramms (2)

    12Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Les diffrents bus des systmes microprogramms (2)

    Il existe 3 Types de bus :

    Bus de donnes : permet de transfrer entre composants des donnes, Exemple : rsultat d'une opration, valeur d'une variable, etc.

    Bus d'adresses : permet de transfrer entre composants des adresses, Exemple : adresse d'une case mmoire, etc.Exemple : adresse d'une case mmoire, etc.

    Bus de contrle : permet l'change entre les composants d'informations de contrle (bus rarement reprsent sur les schmas).

    Exemple : priphrique prt/occup, erreur/excution russit, etc.

    Dfinition : Une adresse est un nombre binaire qui indique un emplacement dans une

    zone mmoire

    13Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Le microcontrleur : Prsentation des Le microcontrleur : Prsentation des diffrents lments, lments de choix

  • Prsentation du microcontrleur (1/4)

    15Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Prsentation du microcontrleur (2/4)

    16Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Prsentation du microcontrleur (3/4)

    17Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Prsentation du microcontrleur (4/4)

    18Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Les lments de choix (1) Architecture :

    ALU (8, 16, 32, 64 bits)

    Structure du processeur (Harvard, Von Neumann)

    Type de processeur (RISC, CISC)

    Taille des mmoires programme et donnes

    Nombre de ports dentre/sortie

    19Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Fonctionnalits : Fonctions analogiques : CAN, CNA, Comparateur, ... Fonctions de timing : Timer, Watchdog, ... Fonctions de communication : UART (Communication srie), USB, I2C, ... Facilit de programmation : In-Circuit Serial

    Programming, Self Programming,

  • Les lments de choix (2)

    Mise en uvre, maintenance :

    Cot de dveloppement : outils de dveloppement, formation, ...

    Suivie du microcontrleur : production suivie, disponibilit,

    Caractristiques lectriques :

    Frquence dhorlogeFrquence dhorloge

    Tensions dalimentation

    Consommation dnergie, modes

    faible consommation dnergie, ...

    Caractristiques physiques :

    Type de botier : DIL, PLCC, ...

    20Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Structure des ports dentres/sorties Un port dentres/sorties est par dfinition un port bidirectionnel. Il ncessaire de configurer la direction du port (in ou out). Dans le microcontrleur,

    des registres spcifiques sont ddis la gestion de ces ports

    21Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Extrait de la documentation technique du PIC18F4520 de Microchip

  • Les registres

    Un registre 8 bits est synonyme d'un ensemble

    de 8 case mmoire. De nombreux registres sont

    utiliss pour grer le microcontrleur.

    Le registre W (accumulateur)

    Le compteur programme (PC)

    Le registre dtat (Flags)

    22Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

    Le registre dtat (Flags)

    Les registres de configuration :

    les registres de directions pour les ports

    dentres/sorties (TRIS, SFR), les

    registres de gestion des interruptions, de

    gestion de la mmoire (BSR, GPR, etc.)

  • Par exemple le registre dtatLe registre d'tat (Status Register) contient des bits d'informations sur les oprations

    arithmtiques menes par l'ALU (ex., le dpassement de format aprs avoir demander

    l'addition de deux valeurs 8 bits).

    23Informatique IndustrielleInformatique Industrielle

  • Phases de dmarrage dun microcontrleur

    Suite une opration de remise zro (RESET), le microcontrleur effectue une phase de dmarrage :

    1. RESET : il peut tre dclench par la mise sous tension du microcontrleur, la rception dun signal sur la broche RESET du microcontrleur, une instruction de RESET, ...

    2. Initialisation du microcontrleur : le microcontrleur effectue une temporisation 2. Initialisation du microcontrleur : le microcontrleur effectue une temporisation afin de garantir la stabilit des signaux dhorloge.

    3. Effacement des registres : le microcontrleur efface le contenu des registres (variable en fonction du mode de RESET que vous effectuez)

    4. Lecture du vecteur RESET: Le microcontrleur lit ladresse du programme principal dans la mmoire programme.

    5. Dbut de lexcution du programme principal

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