Comprendre et utiliser les systèmes temps réel

Dans votre voiture, votre maison ou même votre poche : les systèmes embarqués sont partout ! Le logiciel a pris le pas sur du matériel pour des raisons évidentes : facilités de développement, flexibilité (mise à jour, correctifs), les avantages de migrer des fonctions du matériel vers le logiciel sont évidents. Au fil des années, le matériel embarqué est devenu si puissant qu'on ne considère plus les ressources comme limitées. Ainsi, les différences entre des machines de bureau et embarquées s'amenuisent et amènent les développeurs à déployer les mêmes systèmes d'exploitation sur ces plates-formes.Cependant, au-delà du seul aspect performance, certains systèmes requièrent des services spécifiques, en particulier lorsque la réussite d'une mission ou la survie est en jeu. Ces exigences peuvent être diverses (temporelles - déterminisme de l'ordonnancement ou spatiales - consommation d'espace mémoire, couverture de code) mais toutes ont une importance capitale. Au cours de cet article, nous allons présenter les services et standards en vigueur dans le domaine et détailler leurs API.

FreeRTOS est un environnement exécutif à très faible empreinte mémoire (<10 KB) fournissant un ordonnanceur et les mécanismes associés pour le partage de ressources entre tâches. En utilisant une bibliothèque libre supportant les cœurs ARM Cortex, en particulier la gamme STM32, nous rendons FreeRTOS utilisable sur tout microcontrôleur muni d'un tel processeur. Nous appréhendons cet environnement de travail, favorable aux développements collaboratifs, dans le contexte de la réalisation d'un instrument de caractérisation de dispositifs radiofréquences.

Trente ans après l'introduction des premiers RTOS commerciaux, Linux est une option viable pour les applications temps réel sophistiquées. Mais l'univers temps réel des applications industrielles ne se résume pas à une plate-forme x86 gavée de processeurs dopés à la fréquence d'horloge, avec POSIX pour seul horizon. C'est pourquoi nous avons imaginé Xenomai 3.

Classiquement, la programmation sur microcontrôleur est très différente de celle sur un ordinateur. La proximité avec le matériel, les outils utilisés, l'enregistrement des programmes sont autant de points où les différences sont évidentes. Le principe même de fonctionnement et d'utilisation des ressources est sans le moindre doute la caractéristique la plus notable. Pourtant ceci est en train de changer et la nouvelle carte proposée par Texas Instruments en est la parfaite démonstration...

Le développement d'applications embarquées devient de plus en plus populaire et accessible. La conjonction de deux facteurs principaux semble expliquer cela : l'arrivée de plateformes de développement à bas coût comme l'Arduino ou autre BeagleBone et Raspberry Pi et l'utilisation massive de logiciels libres sur ces matériels. Nous vous proposons la (re-)découverte d'un logiciel libre destiné aux cibles enfouies qui vous permettra d'accélérer vos développements : Lepton.

Un environnement exécutif visant la compatibilité POSIX et exploitant des pilotes fortement inspirés de l'architecture de Linux est proposé pour microcontrôleur STM32 au travers de NuttX. Nous démontrons son portage à une nouvelle plateforme en implémentant un analyseur de réseau radiofréquence, tirant le meilleur parti des fonctionnalités fournies pour un déploiement rapide en utilisant les divers pilotes mis à disposition : ADC, SPI, PWM et GPIO. L'applicatif se résume dans ce contexte à une séquence d'appels systèmes à ces pilotes.

La variété des plateformes matérielles et logicielles pour l'Internet des objets (en anglais : Internet of Things, ou IoT) rend difficile le choix d'une bibliothèque de développement à utiliser. RIOT se présente comme le système d'exploitation « friendly » pour l'IoT en proposant une API uniforme pour une grande diversité de cartes. RIOT est économe en mémoire et en énergie et supporte les protocoles standards de communication pour l'IoT. Voici un tour d'horizon de RIOT et de ses possibles applications.

Dans le précédent numéro, nous avions présenté RIOT, un système d'exploitation destiné à l'Internet des objets (IoT), et donné les éléments nécessaires pour commencer à l'utiliser dans le développement d'applications embarquées. Cependant, la partie communication entre objets et Internet (on parle d'IoT, n'est-ce pas ?) y était traitée de manière partielle, se contentant d'échanger des messages sur le lien-local IPv6. Cet article a donc pour objectif de combler ce manque en donnant quelques explications complémentaires pour mettre en œuvre un réseau de capteurs accessibles depuis Internet et utilisant des protocoles standards de l'IoT.