Systèmes informatiques embarqués
Introduction
Quand vous pensez à un ordinateur, vous imaginez probablement une tour, un portable ou une tablette. Pourtant, la plupart des ordinateurs autour de vous ne ressemblent à rien de tout cela : ils sont cachés à l'intérieur d'autres objets. Un smartphone moderne contient plus de puissance de calcul que les ordinateurs qui ont envoyé Apollo 11 sur la Lune. Une voiture récente en embarque parfois plusieurs dizaines. Cette informatique invisible, glissée à l'intérieur d'appareils dont l'ordinateur n'est pas le but premier, s'appelle l'informatique embarquée.
Qu'est-ce qu'un système embarqué ?
Un système informatique embarqué est un ordinateur intégré dans un objet plus grand, conçu pour accomplir une mission précise. Contrairement à un PC, qui est polyvalent (vous y faites bureautique, jeux, navigation, vidéo), un système embarqué fait une seule chose, mais il la fait bien : réguler la température d'un four, déclencher l'airbag d'une voiture, mesurer un rythme cardiaque, contrôler un feu rouge.
Embarqué partout autour de vous
Les systèmes embarqués sont devenus si banals que vous ne les remarquez plus. Un inventaire rapide dans plusieurs domaines :
| Domaine | Exemples |
|---|---|
| Transport | régulateur de vitesse, ABS, GPS de voiture, contrôle moteur, train automatique |
| Santé | tensiomètre, pacemaker, pompe à insuline, IRM, montre médicale |
| Domotique | thermostat, volet roulant motorisé, alarme, assistant vocal |
| Électroménager | lave-linge programmable, four à chaleur tournante, robot de cuisine, frigo connecté |
| Loisirs | manette de console, casque audio sans fil, drone, appareil photo |
| Espace public | feu tricolore, distributeur automatique, parcmètre, caisse de supermarché |
Lequel de ces objets n'est PAS un système embarqué ?
Embarqué contre ordinateur classique
Comparons les deux familles point par point :
| Critère | Ordinateur classique (PC) | Système embarqué |
|---|---|---|
| Mission | polyvalent, plusieurs usages | une seule fonction précise |
| Programme | l'utilisateur installe ce qu'il veut | un seul programme fixé en usine |
| Interface | écran, clavier, souris | parfois minimaliste (un bouton, un voyant) |
| Énergie | branché ou batterie de quelques heures | souvent sur batterie ou pile, parfois plusieurs années |
| Taille | encombrant | miniaturisé, parfois quelques millimètres carrés |
| Fiabilité | redémarrer si planté | doit fonctionner sans interruption |
Cette dernière ligne est cruciale. Un PC qui se fige, vous le redémarrez. Un pacemaker qui se fige met une vie en danger. Un système embarqué est conçu pour fonctionner 24 heures sur 24, parfois pendant des années, sans intervention humaine.
Les contraintes de l'embarqué
Concevoir un système embarqué impose des choix techniques précis liés à son contexte d'usage.
Énergie
Un capteur de température placé dans la nature doit tenir des années sur une seule pile. Le programme est écrit pour consommer le minimum : le microcontrôleur passe la plupart de son temps en veille, ne se réveillant que pour effectuer la mesure.
Taille et coût
Un microcontrôleur embarqué coûte souvent moins de un euro et tient sur quelques millimètres. Cela impose des programmes courts et économes en mémoire — pas question d'y installer un système d'exploitation complet.
Temps réel
L'airbag doit se déclencher en quelques millisecondes après l'impact, pas une seconde plus tard. Le système doit donc garantir un temps de réponse, ce qu'on appelle un système temps réel.
Pourquoi un thermostat connecté n'utilise-t-il pas un système d'exploitation comme Windows ?
Une brève histoire
L'informatique embarquée naît dans les années 1960 avec le programme spatial américain : l'Apollo Guidance Computer, ordinateur embarqué de quelques kilos, guide les missions Apollo. Imaginez une grosse boîte à chaussures, avec moins de mémoire qu'une calculatrice scolaire d'aujourd'hui : c'est cet engin qui a piloté les vols vers la Lune. Dans les années 1970, l'arrivée du microprocesseur rend possible la miniaturisation et la baisse des coûts.
Puis tout s'enchaîne : machines à laver dans les années 1980, téléphones portables dans les années 1990, objets connectés dans les années 2010. On estime aujourd'hui à plus de 30 milliards le nombre d'objets connectés dans le monde — bien plus que d'êtres humains.
Pièges courants
- Un système embarqué n'est pas nécessairement connecté à Internet. Un four à micro-ondes est embarqué mais hors-ligne. Un objet connecté est un système embarqué qui communique avec d'autres systèmes par un réseau.
- « Embarqué » ne veut pas dire « petit ». Le système qui pilote une centrale nucléaire ou un Airbus est embarqué — mais imposant.
- Un smartphone est un cas limite : il a un OS polyvalent (Android, iOS) mais embarque aussi de nombreux sous-systèmes dédiés (modem, GPS, gestion de batterie). Il est plutôt classé du côté ordinateur grand public.
Pour aller plus loin
L'internet des objets (IoT — Internet of Things) désigne précisément les systèmes embarqués reliés à un réseau. Ils transmettent des mesures vers des serveurs distants, qui peuvent à leur tour leur envoyer des commandes : votre thermostat reçoit vos consignes depuis votre smartphone, votre montre envoie vos données d'activité dans le cloud. Le chapitre suivant détaille les capteurs et actionneurs — les organes sensoriels et moteurs de ces objets.