Le calculateur est un élément essentiel sur un système embarqué. En général, il sert à effectuer une tâche spécifique dans un environnement de type industriel. Cet outil est caractérisé par sa précision et sa puissance de calcul, indépendamment de son utilisation. Il peut par ailleurs intégrer une grande diversité d’écosystèmes en raison de la nature basique de sa mission.
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Qu’est-ce qu’un calculateur embarqué ?
Un calculateur embarqué est un type d’ordinateur destiné à un usage industriel. Contrairement à un PC, l’appareil sert à réaliser une opération précise comme le calcul d’énergie, de trajectoire, de masse de vapeur… Il est généralement plus facile de comprendre les caractéristiques de l’équipement en observant un exemple de calculateur embarqué. Le plus souvent, un calculateur industriel comporte :
- Un processeur afin d’exécuter les instructions ;
- Des unités de mémoire de masse ;
- Des modules pour les signaux ;
- Des coupleurs ;
- Des actionneurs ;
- Des capteurs ;
- Des cartouches destinées aux interfaces.
Le calculateur peut également inclure d’autres composants en fonction de sa nature et de sa finalité. Le dispositif se décline en deux catégories, les calculateurs simples (monofonctionnels) et multifonctionnels. Dans les deux cas, l’objectif est d’optimiser les processus industriels avec une grande puissance de calcul et un encombrement limité. Ces caractéristiques sont notamment requises sur les systèmes automatisés dans le secteur automobile, militaire, électronique, aéronautique, mécanique…
Comment cela fonctionne ?
Un calculateur embarqué fonctionne globalement comme un ordinateur. Il permet en effet d’acquérir et de traiter des données. La principale différence réside dans la complexité des informations gérées et des calculs réalisés. De plus, l’outil dispose d’une mémoire plus importante, car il est souvent dédié une tâche précise. Selon le modèle, il peut s’intégrer à divers dispositifs de mesure ou de contrôle d’automates.
L’appareil adapté dépend foncièrement de l’architecture du système de destination et du contexte d’utilisation. Pour choisir un calculateur, il faudra aussi prêter attention :
- Aux dimensions des interfaces ;
- Aux spécifications techniques du CPU ;
- À la durée de vie annoncée ;
- À la consommation d’énergie ;
- À la dissipation thermique ;
- À la rapidité et à performance du système de refroidissement ;
- À la réactivité du support ;
- À la connectique disponible pour l’associer aux périphériques ;
- Au système d’exploitation embarqué ;
- Aux I/O (input/output) ou E/S (entrée/sortie) ;
- Au niveau de durcissement du produit, c’est-à-dire la résistance de l’appareil aux contraintes environnementales (vibrations, chocs, températures…).
Dans la plupart des cas, l’intégration de l’équipement nécessite l’intervention d’un prestataire spécialisé. Ce professionnel pourra par ailleurs revoir l’électronique et la mécanique si nécessaire, pour personnaliser l’ensemble du système embarqué.
Où en retrouve-t-on principalement ?
Le calculateur embarqué peut être utilisé dans de nombreux domaines requérant ce dispositif puissant et compact. Il est notamment courant dans :
- Les équipements industriels automatisés et partiellement programmables ;
- Le transport (automobile, aéronautique, ferroviaire…) ;
- Les équipements médicaux ;
- Le domaine multimédia ;
- La télécommunication (téléphonie, routeur, serveur de temps…).
- Les DAB (distributeurs automatiques de billets) ;
- Les imprimeries commerciales ;
- La métrologie ;
- L’astronautique (fusée, satellite artificiel, sonde spatiale…) ;
- Le secteur militaire (missile, sonar, radar…).
Les calculateurs sont particulièrement répandus dans l’aérospatiale. D’ailleurs, ils ont joué un rôle crucial dans les systèmes de guidage des missions Apollo. Ces outils se sont ensuite adaptés à une grande variété d’équipements et de secteurs d’activité. Ils permettent notamment de répondre aux contraintes en matière d’encombrement, de puissance de calcul et de consommation énergétique.
Comment configurer un calculateur embarqué ?
Pour configurer un système embarqué, il est vivement recommandé de faire appel à des spécialistes en la matière. Divers paramètres doivent en effet être pris en compte pour choisir et intégrer le calculateur correspondant à ses installations. Il faudra considérer entre autres :
- Les contraintes liées à l’usage et à l’environnement de destination (vibrations, chocs, poussière, durée de fonctionnement prolongée, température…) ;
- Les E/S spécifiques à intégrer (par exemple, pour les interfaces avioniques, les bus militaires, l’acquisition vidéo, le multi-display, le FPGA…) ;
- Le système d’exploitation, qui peut être Linux, Windows ou des BSP (Board Support Package) tels qu’ElinOS de SYSGO ;
- L’aspect évolutif de l’équipement (mémoire, fonctionnalité, protections…) ;
- L’encombrement potentiel pour les équipements concernés ;
- La connectique exigée par les périphériques, les capteurs, les actionneurs… ;
- Les solutions de dissipation de chaleur envisageables ;
- Le nombre d’I/O nécessaire sur les infrastructures cibles.
D’autre part, il vaut mieux privilégier des calculateurs durcis pour les usages de type industriel ou militaire. Les conditions moins contraignantes permettent, en revanche, d’opter pour des appareils modulaires plus abordables.
