Manuel d'ingénieur en systèmes embarqués
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Description
Introduction au livre
Des principes de base des systèmes embarqués à leurs diverses applications, tout est abordé dans un seul livre !
Rédigé dans un style accessible et convivial pour les néophytes en technologies embarquées ou les futurs ingénieurs en systèmes embarqués, « Embedded Textbook » explique la technologie des logiciels embarqués, essentielle pour l’Internet des objets, les appareils mobiles et divers équipements électroniques.
En outre, il aborde Arduino et Raspberry Pi, largement utilisés dans les environnements de développement embarqués, et explique les directives et détails essentiels que les ingénieurs participant au développement de systèmes embarqués doivent connaître, en se basant sur l'expérience de l'auteur et les principes de développement logiciel.
Rédigé dans un style accessible et convivial pour les néophytes en technologies embarquées ou les futurs ingénieurs en systèmes embarqués, « Embedded Textbook » explique la technologie des logiciels embarqués, essentielle pour l’Internet des objets, les appareils mobiles et divers équipements électroniques.
En outre, il aborde Arduino et Raspberry Pi, largement utilisés dans les environnements de développement embarqués, et explique les directives et détails essentiels que les ingénieurs participant au développement de systèmes embarqués doivent connaître, en se basant sur l'expérience de l'auteur et les principes de développement logiciel.
- Vous pouvez consulter un aperçu du contenu du livre.
Aperçu
indice
CHAPITRE 1 Le métier d'ingénieur logiciel embarqué 1
01 Qu'est-ce qu'un système embarqué ? 3
L'importance des systèmes embarqués 3
Quelle est la différence entre les systèmes embarqués, les PC et les serveurs ? 4
02 Caractéristiques des systèmes embarqués 5
Nature : Traitement des lois de la nature 6
Le temps : le besoin du temps réel 7
Contrainte : Contrainte stricte 8
Fiabilité : Haute fiabilité 9
Caractéristiques des exigences NTCR spécifiques au produit 9
03 Qu'est-ce qu'un logiciel embarqué ? 10
10 types de logiciels
04 Fonctions d'un ingénieur logiciel embarqué 13
13 organisations auxquelles appartiennent les ingénieurs en logiciels embarqués
Les organisations évoluent à mesure que les logiciels embarqués se développent 13
Service professionnel, sans sous-traitance 14
05 Types d'emplois des ingénieurs en logiciels embarqués 16
CHAPITRE 2 Matériel informatique 19
06 Configuration du système embarqué 21
07 Configuration du micro-ordinateur embarqué 23
Matériel de type 23
Processeur et micro-ordinateur 24
Mémoire 25
Type 27 de mémoire
Configuration du bus 29
Utilisation du bus principal 29
Bus local 31
Périphérique 34
Méthode de commande des périphériques 36
08 Qu'est-ce qu'un processeur ? 38
Exécution des instructions du processeur 40
Interruption 43
CHAPITRE 3 Logiciels embarqués 47
09 Logiciels pour systèmes embarqués 49
Types de logiciels embarqués 49
10 Flux de développement de logiciels embarqués 51
Vérifier le flux de construction réel 53
11 Ce que nous pouvons apprendre du langage assembleur 59
Routine de démarrage 61
Suivez le flux jusqu'à l'appel de la fonction principale 61
Carte mémoire 63
Pile 64
Pile et interruptions 65
12 environnements de test pour logiciels embarqués 68
ICE 68
13 Le langage C dans la programmation des systèmes embarqués 71
Avantages et inconvénients des options d'optimisation 71
déclaration volatile 71
non signé et signé 72
pragma 73
Pointeurs et tableaux 73
Gestionnaire d'interruption 74
CHAPITRE 4 Programmation en C sur systèmes embarqués 77
14 Vérification du matériel Arduino 79
Qu'est-ce qu'Arduino ? 79
Configuration matérielle Arduino Uno 80
Examen des fiches techniques des micro-ordinateurs 82
Correspondance entre la fiche technique et la carte 84
La structure interne de l'ATmega328P et sa relation avec les connecteurs 88
Expérience 93 : Allumer/Éteindre une LED
Aperçu de l'expérience LED 93
Connexion LED 94
Écriture d'un programme de flashage 96
Vérification de l'action 101
16 Comprendre le programme d'expérimentation sur les LED 103
Contrôle des registres du point de vue du processeur 103
Vérifiez 103 dans l'assembleur
17 Spécification de la durée de clignotement de la LED 109
Utilisation de la minuterie 111
CHAPITRE 5 Systèmes d'exploitation temps réel 113
18 Systèmes d'exploitation pour systèmes embarqués 115
Qu'est-ce qu'un système d'exploitation ? 115
Pourquoi avez-vous besoin d'un système d'exploitation embarqué ? 116
Inconvénients de l'utilisation des systèmes d'exploitation embarqués 121
19 Essai d'un système d'exploitation embarqué 123
Fonctionnement du système d'exploitation embarqué 123
20 Apprentissage des opérations FreeRTOS 128
Configuration FreeRTOS 128
Fonctionnement de base de FreeRTOS 129
Comportement réel du code source 131
21 Histoire des systèmes d'exploitation embarqués 136
Histoire des systèmes d'exploitation embarqués 136
Types et historique des systèmes d'exploitation embarqués 138
22 Comment choisir un système d'exploitation embarqué 142
142 points à prendre en compte lors du choix d'un système d'exploitation embarqué
CHAPITRE 6 Appareils intelligents 145
23 Société axée sur les données 147
Utilisation des données 147
24 appareils intelligents 149
Qu'est-ce qu'un appareil intelligent ? 149
150 exemples d'utilisation d'appareils intelligents
Configuration de l'appareil intelligent 152
CHAPITRE 7 Linux embarqué 161
25 Linux embarqué 163
163 raisons d'utiliser le système d'exploitation Linux
Configurations matérielles exécutant le système d'exploitation Linux 164
Configuration logicielle exécutant le système d'exploitation Linux 168
26 Aperçu des logiciels Linux embarqués 170
Processus 170
Fil 171
IPC 171
Noyau 172
Interface d'appel système 175
27. Création et démarrage de Linux embarqué 179
Matériel à utiliser 179
Distributions Linux pour le Raspberry Pi 3B+ 181
Étape 183 : Installation de Yocto sur un Raspberry Pi 3B+
Exécution d'une compilation dans Yocto 183
28 Vérification du fonctionnement de Linux embarqué 187
Introduction d'un environnement de développement personnalisé via Yocto rebuild 187
Utilisation de sysfs 196
Utilisation de logiciels libres 198
203 points à surveiller dans le développement Linux embarqué
CHAPITRE 8 Processus de développement de logiciels embarqués 207
29 Cycle de vie des systèmes embarqués 209
30 Méthodes de développement de systèmes embarqués 211
Développement simultané 211
Chargement frontal 212
Le modèle en V du processus de développement de logiciels embarqués 213
Processus de développement de logiciels embarqués 214
31 Définition des exigences système 216
32 Conception d'architecture système 218
33 Définition des exigences logicielles 223
34 Conception d'architecture logicielle 225
35 Conception détaillée du logiciel 228
36 Implémentation, Tests unitaires 229
37 Intégration logicielle, tests d'intégration 232
38 Tests de validation logicielle 235
39 Intégration système, tests d'intégration et tests de validation système 236
40 Expéditions de produits 237
CHAPITRE 9 : Développement de logiciels embarqués à l’ère de l’IoT/IA 239
41 La révolution industrielle et les systèmes embarqués 241
La première révolution industrielle 241
La deuxième révolution industrielle 242
La troisième révolution industrielle 243
La quatrième révolution industrielle 245
42 Développement de systèmes embarqués à l'ère du numérique 247
Modifications de l'agencement fonctionnel 247
43 Méthodes d'apprentissage pour les ingénieurs en systèmes embarqués 253
Théorie Supari 253
Méthodes d'élaboration des normes d'apprentissage 254
Si vous fournissez vous-même des informations, d'autres informations seront également collectées. 255
ANNEXE A Installation de l'IDE Arduino/Yocto 257
44 Installation de l'IDE Arduino sous Windows 10 259
Acquisition de l'IDE Arduino 259
Installation de l'IDE Arduino 262
Vérification du fonctionnement des commandes AVR 266
45 Préparation de l'environnement de compilation Yocto 267
Conversion de Dash 267
Installation des paquets requis pour la version 267
268 Quand les paramètres de proxy sont-ils requis ?
46 Configuration de l'environnement Yocto sur le Raspberry Pi 3 271
Yocto version 271
Configuration de l'environnement Yocto 271
Configuration de l'environnement Yocto 272
Recherche 276
01 Qu'est-ce qu'un système embarqué ? 3
L'importance des systèmes embarqués 3
Quelle est la différence entre les systèmes embarqués, les PC et les serveurs ? 4
02 Caractéristiques des systèmes embarqués 5
Nature : Traitement des lois de la nature 6
Le temps : le besoin du temps réel 7
Contrainte : Contrainte stricte 8
Fiabilité : Haute fiabilité 9
Caractéristiques des exigences NTCR spécifiques au produit 9
03 Qu'est-ce qu'un logiciel embarqué ? 10
10 types de logiciels
04 Fonctions d'un ingénieur logiciel embarqué 13
13 organisations auxquelles appartiennent les ingénieurs en logiciels embarqués
Les organisations évoluent à mesure que les logiciels embarqués se développent 13
Service professionnel, sans sous-traitance 14
05 Types d'emplois des ingénieurs en logiciels embarqués 16
CHAPITRE 2 Matériel informatique 19
06 Configuration du système embarqué 21
07 Configuration du micro-ordinateur embarqué 23
Matériel de type 23
Processeur et micro-ordinateur 24
Mémoire 25
Type 27 de mémoire
Configuration du bus 29
Utilisation du bus principal 29
Bus local 31
Périphérique 34
Méthode de commande des périphériques 36
08 Qu'est-ce qu'un processeur ? 38
Exécution des instructions du processeur 40
Interruption 43
CHAPITRE 3 Logiciels embarqués 47
09 Logiciels pour systèmes embarqués 49
Types de logiciels embarqués 49
10 Flux de développement de logiciels embarqués 51
Vérifier le flux de construction réel 53
11 Ce que nous pouvons apprendre du langage assembleur 59
Routine de démarrage 61
Suivez le flux jusqu'à l'appel de la fonction principale 61
Carte mémoire 63
Pile 64
Pile et interruptions 65
12 environnements de test pour logiciels embarqués 68
ICE 68
13 Le langage C dans la programmation des systèmes embarqués 71
Avantages et inconvénients des options d'optimisation 71
déclaration volatile 71
non signé et signé 72
pragma 73
Pointeurs et tableaux 73
Gestionnaire d'interruption 74
CHAPITRE 4 Programmation en C sur systèmes embarqués 77
14 Vérification du matériel Arduino 79
Qu'est-ce qu'Arduino ? 79
Configuration matérielle Arduino Uno 80
Examen des fiches techniques des micro-ordinateurs 82
Correspondance entre la fiche technique et la carte 84
La structure interne de l'ATmega328P et sa relation avec les connecteurs 88
Expérience 93 : Allumer/Éteindre une LED
Aperçu de l'expérience LED 93
Connexion LED 94
Écriture d'un programme de flashage 96
Vérification de l'action 101
16 Comprendre le programme d'expérimentation sur les LED 103
Contrôle des registres du point de vue du processeur 103
Vérifiez 103 dans l'assembleur
17 Spécification de la durée de clignotement de la LED 109
Utilisation de la minuterie 111
CHAPITRE 5 Systèmes d'exploitation temps réel 113
18 Systèmes d'exploitation pour systèmes embarqués 115
Qu'est-ce qu'un système d'exploitation ? 115
Pourquoi avez-vous besoin d'un système d'exploitation embarqué ? 116
Inconvénients de l'utilisation des systèmes d'exploitation embarqués 121
19 Essai d'un système d'exploitation embarqué 123
Fonctionnement du système d'exploitation embarqué 123
20 Apprentissage des opérations FreeRTOS 128
Configuration FreeRTOS 128
Fonctionnement de base de FreeRTOS 129
Comportement réel du code source 131
21 Histoire des systèmes d'exploitation embarqués 136
Histoire des systèmes d'exploitation embarqués 136
Types et historique des systèmes d'exploitation embarqués 138
22 Comment choisir un système d'exploitation embarqué 142
142 points à prendre en compte lors du choix d'un système d'exploitation embarqué
CHAPITRE 6 Appareils intelligents 145
23 Société axée sur les données 147
Utilisation des données 147
24 appareils intelligents 149
Qu'est-ce qu'un appareil intelligent ? 149
150 exemples d'utilisation d'appareils intelligents
Configuration de l'appareil intelligent 152
CHAPITRE 7 Linux embarqué 161
25 Linux embarqué 163
163 raisons d'utiliser le système d'exploitation Linux
Configurations matérielles exécutant le système d'exploitation Linux 164
Configuration logicielle exécutant le système d'exploitation Linux 168
26 Aperçu des logiciels Linux embarqués 170
Processus 170
Fil 171
IPC 171
Noyau 172
Interface d'appel système 175
27. Création et démarrage de Linux embarqué 179
Matériel à utiliser 179
Distributions Linux pour le Raspberry Pi 3B+ 181
Étape 183 : Installation de Yocto sur un Raspberry Pi 3B+
Exécution d'une compilation dans Yocto 183
28 Vérification du fonctionnement de Linux embarqué 187
Introduction d'un environnement de développement personnalisé via Yocto rebuild 187
Utilisation de sysfs 196
Utilisation de logiciels libres 198
203 points à surveiller dans le développement Linux embarqué
CHAPITRE 8 Processus de développement de logiciels embarqués 207
29 Cycle de vie des systèmes embarqués 209
30 Méthodes de développement de systèmes embarqués 211
Développement simultané 211
Chargement frontal 212
Le modèle en V du processus de développement de logiciels embarqués 213
Processus de développement de logiciels embarqués 214
31 Définition des exigences système 216
32 Conception d'architecture système 218
33 Définition des exigences logicielles 223
34 Conception d'architecture logicielle 225
35 Conception détaillée du logiciel 228
36 Implémentation, Tests unitaires 229
37 Intégration logicielle, tests d'intégration 232
38 Tests de validation logicielle 235
39 Intégration système, tests d'intégration et tests de validation système 236
40 Expéditions de produits 237
CHAPITRE 9 : Développement de logiciels embarqués à l’ère de l’IoT/IA 239
41 La révolution industrielle et les systèmes embarqués 241
La première révolution industrielle 241
La deuxième révolution industrielle 242
La troisième révolution industrielle 243
La quatrième révolution industrielle 245
42 Développement de systèmes embarqués à l'ère du numérique 247
Modifications de l'agencement fonctionnel 247
43 Méthodes d'apprentissage pour les ingénieurs en systèmes embarqués 253
Théorie Supari 253
Méthodes d'élaboration des normes d'apprentissage 254
Si vous fournissez vous-même des informations, d'autres informations seront également collectées. 255
ANNEXE A Installation de l'IDE Arduino/Yocto 257
44 Installation de l'IDE Arduino sous Windows 10 259
Acquisition de l'IDE Arduino 259
Installation de l'IDE Arduino 262
Vérification du fonctionnement des commandes AVR 266
45 Préparation de l'environnement de compilation Yocto 267
Conversion de Dash 267
Installation des paquets requis pour la version 267
268 Quand les paramètres de proxy sont-ils requis ?
46 Configuration de l'environnement Yocto sur le Raspberry Pi 3 271
Yocto version 271
Configuration de l'environnement Yocto 271
Configuration de l'environnement Yocto 272
Recherche 276
Image détaillée
Dans le livre
Les systèmes embarqués détectent les changements dans le monde extérieur (en dehors du système), les traitent à l'aide d'un micro-ordinateur et renvoient les résultats au monde extérieur.
Cette opération est également appelée IPO (Entrée, Traitement, Sortie).
Par exemple, le système le plus simple à imaginer est une porte automatique.
Les portes automatiques utilisent des capteurs de détection humaine ou des capteurs de distance pour détecter l'approche d'une personne, et le micro-ordinateur active un actionneur pour ouvrir et fermer automatiquement la porte.
L'éclairage automatique des toilettes des immeubles de bureaux est également un système qui détecte les personnes grâce à des capteurs et contrôle l'allumage et l'extinction des lumières.
--- p.16
Bien que le langage C soit un langage de haut niveau couramment utilisé, il y a plusieurs points à prendre en compte lors de la programmation de systèmes embarqués.
La plupart des systèmes embarqués présentent des limitations telles qu'une capacité de mémoire (ROM/RAM) ou un temps de traitement limités, les programmes doivent donc être optimisés.
À ce stade, les options d'optimisation du compilateur sont utilisées pour optimiser la structure du programme afin de garantir le respect des contraintes.
Cependant, il arrive que le programme se comporte de manière imprévue en fonction de l'optimisation lors de la compilation.
--- p.71
FreeRTOS est un système d'exploitation temps réel développé en open source.
FreeRTOS est compatible avec une large gamme de micro-ordinateurs, permettant aux utilisateurs d'apprendre à utiliser un micro-ordinateur spécifique et de réutiliser ces compétences sur d'autres. Conçu avec un ensemble limité de fonctions RTOS de base, son code est compact et n'occupe pas d'espace considérable en mémoire ROM.
Vous pouvez réduire davantage la taille du code en supprimant les fonctions inutilisées, selon les besoins.
--- p.123
Les systèmes embarqués sont utilisés comme produits ou systèmes dans divers domaines.
Contrairement au web ou aux applications, ces produits et systèmes sont vendus, fournis et utilisés comme du matériel.
La caractéristique la plus importante d'un système embarqué est la présence d'un objet physique appelé matériel, sur lequel un ordinateur est installé.
--- p.209
Les ingénieurs en systèmes embarqués doivent se tenir au courant des dernières technologies pour rester compétitifs dans leur travail.
Cependant, même les technologies les plus récentes reposent sur des technologies sous-jacentes, et les technologies les plus récentes naissent de l'application de ces technologies sous-jacentes.
Même les micro-ordinateurs les plus récents ne sont pas entièrement nouveaux.
Grâce à son architecture basée sur un micro-ordinateur, de nouvelles fonctionnalités et des performances améliorées sont possibles. Le GPU lui-même est fondamentalement identique aux GPU précédents.
Les fonctions de base sont les mêmes que celles du traitement du signal en DSP.
Le nouveau module de commande de communication est quasiment identique au module de communication existant.
J'espère que vous n'aurez pas peur des nouvelles technologies et que vous pourrez apprécier le plaisir de les utiliser.
Cette opération est également appelée IPO (Entrée, Traitement, Sortie).
Par exemple, le système le plus simple à imaginer est une porte automatique.
Les portes automatiques utilisent des capteurs de détection humaine ou des capteurs de distance pour détecter l'approche d'une personne, et le micro-ordinateur active un actionneur pour ouvrir et fermer automatiquement la porte.
L'éclairage automatique des toilettes des immeubles de bureaux est également un système qui détecte les personnes grâce à des capteurs et contrôle l'allumage et l'extinction des lumières.
--- p.16
Bien que le langage C soit un langage de haut niveau couramment utilisé, il y a plusieurs points à prendre en compte lors de la programmation de systèmes embarqués.
La plupart des systèmes embarqués présentent des limitations telles qu'une capacité de mémoire (ROM/RAM) ou un temps de traitement limités, les programmes doivent donc être optimisés.
À ce stade, les options d'optimisation du compilateur sont utilisées pour optimiser la structure du programme afin de garantir le respect des contraintes.
Cependant, il arrive que le programme se comporte de manière imprévue en fonction de l'optimisation lors de la compilation.
--- p.71
FreeRTOS est un système d'exploitation temps réel développé en open source.
FreeRTOS est compatible avec une large gamme de micro-ordinateurs, permettant aux utilisateurs d'apprendre à utiliser un micro-ordinateur spécifique et de réutiliser ces compétences sur d'autres. Conçu avec un ensemble limité de fonctions RTOS de base, son code est compact et n'occupe pas d'espace considérable en mémoire ROM.
Vous pouvez réduire davantage la taille du code en supprimant les fonctions inutilisées, selon les besoins.
--- p.123
Les systèmes embarqués sont utilisés comme produits ou systèmes dans divers domaines.
Contrairement au web ou aux applications, ces produits et systèmes sont vendus, fournis et utilisés comme du matériel.
La caractéristique la plus importante d'un système embarqué est la présence d'un objet physique appelé matériel, sur lequel un ordinateur est installé.
--- p.209
Les ingénieurs en systèmes embarqués doivent se tenir au courant des dernières technologies pour rester compétitifs dans leur travail.
Cependant, même les technologies les plus récentes reposent sur des technologies sous-jacentes, et les technologies les plus récentes naissent de l'application de ces technologies sous-jacentes.
Même les micro-ordinateurs les plus récents ne sont pas entièrement nouveaux.
Grâce à son architecture basée sur un micro-ordinateur, de nouvelles fonctionnalités et des performances améliorées sont possibles. Le GPU lui-même est fondamentalement identique aux GPU précédents.
Les fonctions de base sont les mêmes que celles du traitement du signal en DSP.
Le nouveau module de commande de communication est quasiment identique au module de communication existant.
J'espère que vous n'aurez pas peur des nouvelles technologies et que vous pourrez apprécier le plaisir de les utiliser.
--- p.253
Avis de l'éditeur
Inclut les dernières techniques pratiques utilisant Arduino et Raspberry Pi !
Un ouvrage incontournable pour tous ceux qui souhaitent devenir ingénieur en systèmes embarqués ou qui débutent dans ce domaine !
Ce livre aborde les connaissances matérielles et logicielles, un aperçu de la programmation embarquée, des systèmes d'exploitation temps réel, du processus de développement des logiciels embarqués, et même des logiciels embarqués à l'ère de l'Internet des objets et de l'intelligence artificielle.
De plus, nous avons inclus des informations essentielles que les ingénieurs qui développeront des systèmes embarqués à l'avenir devraient connaître avant d'entrer dans l'environnement de développement.
Il contient notamment suffisamment d'informations pour vous aider à comprendre la structure et à dépanner le fonctionnement réel d'une carte micro-ordinateur, plutôt que de la considérer comme une simple boîte noire.
On trouve beaucoup d'informations sur Arduino et Raspberry Pi dans d'autres livres et sur Internet, mais la plupart expliquent seulement comment se connecter à des capteurs ou configurer des serveurs.
Toutefois, ce livre vise à aider les lecteurs à comprendre les micro-ordinateurs et les systèmes d'exploitation comme des boîtes blanches en utilisant Arduino, un petit micro-ordinateur facilement disponible sur le marché, et Raspberry Pi, un micro-ordinateur haute performance, et à les appliquer à tout, des petits micro-ordinateurs utilisés dans les environnements de développement aux micro-ordinateurs haute performance.
Un ouvrage incontournable pour tous ceux qui souhaitent devenir ingénieur en systèmes embarqués ou qui débutent dans ce domaine !
Ce livre aborde les connaissances matérielles et logicielles, un aperçu de la programmation embarquée, des systèmes d'exploitation temps réel, du processus de développement des logiciels embarqués, et même des logiciels embarqués à l'ère de l'Internet des objets et de l'intelligence artificielle.
De plus, nous avons inclus des informations essentielles que les ingénieurs qui développeront des systèmes embarqués à l'avenir devraient connaître avant d'entrer dans l'environnement de développement.
Il contient notamment suffisamment d'informations pour vous aider à comprendre la structure et à dépanner le fonctionnement réel d'une carte micro-ordinateur, plutôt que de la considérer comme une simple boîte noire.
On trouve beaucoup d'informations sur Arduino et Raspberry Pi dans d'autres livres et sur Internet, mais la plupart expliquent seulement comment se connecter à des capteurs ou configurer des serveurs.
Toutefois, ce livre vise à aider les lecteurs à comprendre les micro-ordinateurs et les systèmes d'exploitation comme des boîtes blanches en utilisant Arduino, un petit micro-ordinateur facilement disponible sur le marché, et Raspberry Pi, un micro-ordinateur haute performance, et à les appliquer à tout, des petits micro-ordinateurs utilisés dans les environnements de développement aux micro-ordinateurs haute performance.
SPÉCIFICATIONS DES PRODUITS
- Date de publication : 29 juillet 2020
Nombre de pages, poids, dimensions : 304 pages | 565 g | 170 × 225 × 17 mm
- ISBN13 : 9791190665407
- ISBN10 : 1190665409
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Langue coréenne
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