Je quitte un peu les bas fond de l’électronique pour évoquer un sujet nettement plus orienté développement logiciel.

OS Temps Réel Multitâche : Définition

Pour être précis, la définition que j’utilise. Un système temps est un système dont le temps de réaction associé à la moindre action est connu. Un OS Temps Réel (RTOS) est donc un ensemble de routines et de primitives respectant ces conditions. Par exemple le passage d’une tâche à une autre prend toujours le même temps.

Si on étend le concept, la mesure d’une grandeur physique par un capteur est dite « temps réel » quand on sait combien de temps cela prend. Si on attend une valeur au bout de 10s, et que la réponse arrive au bout de 12s, ça ne sert à rien, peu importe le reste (précision, etc.). Cela s’oppose donc à la notion de « temps réel » habituelle du grand public qui tourne plutôt autour de l’immédiateté.

Et le multitâche ?

C’est la possibilité qu’a votre OS de faire plusieurs choses en même temps. Comme vous êtes féru de technologie, vous savez très bien qu’un processeur n’exécute qu’une seul instruction à la fois par cœur (m’emmerdez pas avec votre hyperthreading, c’est pas vraiment le genre de truc qu’on gère dans un microcontrôleur), et on en arrive au fait que votre multitâche est en fait votre µC qui exécute un bout de tâche par-ci et un autre par-là.

Question bonus : un OS ? Genre on peut installer des applis et tout ?

Humm en général non. A part pour les Linux embarqué (et qui ne sont pas forcement temps réel, ucLinux par exemple, mais pas QNX qui lui l’est) qui se comportent comme des Linux, beaucoup d’OS embarqué sont compilés en même temps que le reste de l’application. Cela est évidemment possible car le cœur d’un OS n’est pas « très » compliqué. Une fois les drivers (oui, c’est au développeur de les coder et de les intégrer dans l’OS) et la Dame de Pique enlevés, il ne reste plus que l’ordonnanceur et les objets de l’OS.

Ordonnanceur ?

L’ordonnanceur  (ou scheduler pour les intimes), c’est ce qui fait que votre OS est multitâche. Je disais tout à l’heure que votre µC qui exécute un bout de tâche par-ci et un autre par-là, bon, en vrai votre µC ne fait que ce que le l’ordonnanceur lui demande. Pour bien comprendre comment ça marche, intéressons nous d’abord aux tâches, qu’on va bien nettoyer.

Une tâche est une routine qui s’exécute en boucle et qui peut avoir 3 états fondamentaux :

• En cours (Running)
• En attente (Waiting)
• Prête (Ready)

On peut y rajouter d’autres attributs en fonction de l’OS comme par exemple un numéro de priorité, nécessaire pour beaucoup de système, mais pas obligatoire. L’idée de base, c’est que lorsque votre CPU exécute la tâche, elle est « Running », quand elle va attendre un évènement elle va se mettre en « Waiting » sur cet évènement, quand l’évènement arrivera elle passera en « Ready ». Ensuite quand votre  ordonnanceur se posera la question fondamental « Quelle tâche vais-je donc exécuter maintenant ? » il verra votre tâche qui est « Ready », un peu comme quand vous vous hâtiez de lever la main pour répondre à la maitresse.

Mais si j’ai trois tâches (soyons fou, A, B et C), et que 2 ou plus sont Ready en même temps, mon  ordonnanceur fait quoi ? Et bien ça dépend de l’OS. Premier cas, votre OS gère ce que l’on appelle le Round Robin, et dans ce cas il se débrouillera pour attribuer le même temps CPU à chaque tâche. Deuxième cas, votre OS ne gère pas le Round Robin et dans ce cas c’est le concept de priorité de la tâche qui entre en jeu.

Vous êtes probablement familier avec le concept de niveau de priorité parce que vous avez remarqué que, dans le gestionnaire de tâche de Windows, vous pouviez changer la priorité d’une tâche. J’ai jamais réellement su si ça pouvait avoir un effet bénéfique ou bien si cette option a été créé juste pour rendre instable le PC des téméraires les plus curieux. Mais je m’égares. Certain OS simplifie la gestion des priorités en interdisant que 2 tâches aient le même niveau de priorité. Lorsque c’est le cas, à la question « 3 tâches sont Ready, laquelle passe en Running ? » la réponse est « celle du plus haut niveau de priorité ». Au passage j’élude vite fait les niveaux de priorité identiques : dans ce cas l’OS fait du Round Robin et attribut le même temps CPU aux tâches de même priorités.

Vous l’avez compris, on ne peut avoir qu’une seule tâche en Running. Quand les trois sont Ready, on exécute (la pauvre!) celle de plus haut niveau de priorité. Et quand les trois sont Waiting on … ben on fait quoi ? Et bien on se touche la bite ! On utilise une tâche système qui s’appelle la tâche « Idle ». Un microcontrôleur de base ne peut pas « s’arrêter de tourner », il faut donc lui filer du grain à moudre même si c’est pour lui dire de tourner en rond (astuce belge, le mettre dans une pièce ronde et lui dire de chercher une frite qui se trouve dans un coin). La tâche Idle c’est du vent, une boucle infinie vide. Travaux pratique : faites Ctrl+Shift+Echap et trier par « CPU » dans la liste des process. Et le grand gagnant est… Processus Inactif du Système ! La tâche Idle de Windows, celle qu’exécute l’OS quand il n’y a rien à faire.

Au final, pourquoi un OS dans l’embarqué ?

Ça, c’est la vrai question. Première réponse : surement pas pour accélérer votre code. En effet, passer d’une tâche à l’autre à un coup en terme de RAM et en terme de temps CPU. Si votre appli est ultra optimisée complètement rédigée en assembleur avec un taux d’occupation CPU de 100%, ne rêvez pas, un OS ne vous créera que des ralentissements.

En revanche il est possible que votre appli fasse plein de petites choses différentes, ai besoin d’une communication vers l’extérieur, fasse un contrôle de process dont le temps de réaction est de l’ordre de la milliseconde, tout en contrôlant des variables provenant de capteurs divers, affiche des données statistiques sur un petit écran LCD, etc. Là, un OS peut être utile. En organisant les différentes fonctions de votre applications en différentes tâches, vous posez dissocier les process internes. En choisissant judicieusement vos niveaux de priorité par la suite, vous aurez votre OS qui gérera tranquillement ce que vous lui avez demander sans avoir à vous tapez une grosse machine d’état pour savoir comment organiser votre communication par rapport à votre acquisition de température. Virtuellement les deux se font en même temps.

Et il n’y a pas que l’organisation en tâche qui rend un OS pratique. Il y aussi tout les objets systèmes que votre OS pourra vous proposer. Je n’ai pas abordé le sujet des timer OS, des sémaphores et des boites à lettre, mais ces objets de synchronisation permettent à vos tâches de communiquer entre elles, tout en mettant en place des systèmes sécurisés prêts à emploi.

En attendant un article complémentaire sur quelques mécanismes internes, les objets systèmes et un lave-linge, si le sujet intéresse il y a toujours plein de doc sur les Internettes.

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Retour de notre grande série, Parlons « embarqué » afin de monter dans les hautes sphères de la communication. J’ai parlé la dernière fois de communication entre mon µC (microcontrôleur) et divers composants avec un principe de base, le bus parallèle.

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Mais vous l’avez constaté vous-même, ça devient vite un peu le bordel, c’est donc pour ça qu’une tétrachié de chercheur et d’ingénieur ont mis au point des bus de communication pour se faciliter un peu le câblage.
Exemple pratique récent avec vos disques durs, regardez moi dans les yeux du blog et dîtes sincèrement que vous ne regrettez absolument pas cette superbe interface qu’était l’IDE (ou Parrallel-Advanced Technology Attachment) au profit d’un Serial ATA beaucoup plus saillant.

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Hummmmmiam, la bonne vieille nappe IDE qui niquait le flux d’air du PC, qui entrainait des galères de « T’es en slave ou en master sur la nappe? », ça en fait des bons souvenirs !

Bref, rapidement on se rend compte que physiquement parlant, ça serait bien de pouvoir brancher autre chose que des machins qui font quarante fils de large pour quelque chose de plus discret.

Mais avant d’aller voir plus loin, parlons du moyen le plus simple pour « communiquer » avec un µC : le DI/O. Comme Digital Input / Output. Et oui, quoi de plus gratifiant que de faire rentrer un signal (avec un interrupteur ou un bouton poussoir) et de voir un résultat sur une sortie avec une petite LED dessus ? Et oui, ça vend toujours autant du rêve ici. Mais sans déconner, quand vous venez de finir de monter votre PC, vous faites quoi a part appuyer sur un putain de bouton en regardant la diode de la façade, attendant l’allumage de cette dernière tel un enfant qui attend fébrile le père noël ? Comme quoi, avec une diode on fait passer pas mal de message. Si vous voulez, vous pouvez même câbler 8 diodes et faire LE TP d’informatique industrielle le plus célèbre, le « chenillard », ainsi que sa version haut de gamme dite « K2000 ». Avec une Led, vous pouvez faire du morse, bon vieux protocole de communication série qui marche aussi bien avec des fils électriques qu’avec des signaux lumineux (foutez vous de ma gueule avec ma Led, mais les bateaux ont utilisé ce principe pour chatter).

Parallèle ? Série ?

Mais si rappelez-vous, je vous expliquais que le µC plaçait des niveaux électriques sur le bus de données. Dans mon exemple on utilisait un bus 8 bits, on avait donc en parallèle 8 informations sur 8 fils. Et si maintenant on disait que plutôt que d’envoyer 8 infos en même temps sur 8 fils on envoyait un série de 8 informations l’une après l’autre sur un seul fil ? Si la communication parallèle est faite avec une vitesse de 1 rafraichissement par seconde, il suffit d’aller 8 fois plus vite sur un seul fil pour obtenir le même débit.

Un bus parallèle à 1Hz (majuscule au H, je vous rappelle qu’Hertz est un éminent monsieur) offre les même performances qu’un bus série de 8Hz. Donc pour envoyer une information en série sur un seul fil, il suffira de mettre un niveau logique haut puis bas à une fréquence qui sera connu par le récepteur. Vous imaginez bien d’allumer et d’éteindre une Led à une fréquence constante pour envoyer un message est vite chiant, et c’est pour ça que des gens ont sacrifié leur vie pour créer des interfaces de communication standardisées.

Et la première interface qui me servira de support sera… la liaison RS-232 ! J’en vois deux au fond (toujours les mêmes) qui se disent que « tiens ça me rappelle un truc ». Et oui, dans les temps reculer de l’informatique cette sympathique interface méritait d’avoir son propre port sur votre PC, sous la forme d’une prise DB9 qui s’appelait glorieusement sur votre PC : COM1.

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« AAAAAaaahhhh ouuuuuuuuui ! J’me rappelle, j’y branchais (enfin, papa le faisait…) mon modem US-Robotics 33,6kbauds pour aller occuper la ligne téléphonique avec les CD d’AOL gratuit trop bien ».

Exactement, cette glorieuse interface a fait son temps car elle permettait de brancher un peu un n’importe quoi pourvu qu’un dispose d’un logiciel qui gère une communication avec un périphérique externe (modem, imprimante, scanner, lance missile USB… ah non pas celui là, mais on aurait pu). Aujourd’hui elle a disparu du cul des PC grand public, et seul les professionnels en ont parfois besoin (moi en particulier) car c’est une interface très simple à utiliser pour discuter avec de l’électronique embarquée. Au passage j’en profite pour dire que si le connecteur n’est plus présent, les fils qui l’utilisent sont parfois disponibles sur les cartes-mères. Ainsi vous pouvez à peu de frais acheter le connecteur et faire un coup de tuning/soudure pour un effet rétrochic des plus charmants.

Question : Pourquoi le connecteur ayant disparu, l’interface électrique est elle toujours présente ? Et bien ce n’est que mon avis, mais c’est parce que le module du processeur qui va derrière est tellement bidon, peu cher et historique que tout les designers du puce le garde « au cas où ».

Ce module s’appelle la plupart du temps un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). L’UART est un module de µC qui se charge de transformer des signaux électriques en valeur compréhensible par le cœur du processeur, et de faire également l’inverse, transformer des informations venant du cœur en signaux électriques. Parce que manuellement changer les niveaux électriques est fatiguant, l’UART se charge d’envoyer à vitesse constante les octets qu’on lui met en entrée, déchargeant ainsi le CPU de cette tâche ingrate. L’UART est un périphérique qui utilise 3 fils :

• Un pour la réception (Rx)
• Un pour l’émission (Tx)
• Une masse électrique.

D’un point de vue électrique lors d’une communication on observe ce genre de chose :

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Lorsqu’on connait la vitesse et quelques autres paramètres, on peut facilement regrouper les changements d’états par paquets de 8 et ainsi recréer des octets, qui vont au final former un message qu’on décodera ensuite dans le programme. Sur l’exemple ci dessus, le programme reçoit une trame et en renvoi une identique. Si on fait le regroupement précité, on observe ça :

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Si avez le temps, observez les niveaux logiques et vous pourrez trouver les valeurs binaires de chaque paquet, qui donne les valeurs hexadécimales de la première ligne. Pour indication la deuxième ligne montre les valeurs ASCII correspondantes (sauf les valeurs entre guillemets car elles ne correspondent à aucun caractère « classique »). Si cette trame est envoyée sur un PC avec un Hyperterminal, vous verrez donc quelques caractères s’afficher à l’écran.

On a donc utilisé 2 fils pour faire transiter 8 octets de 8 bits chacun, soit 64 bits. Plus pratique que 64 fils !

Limitation et contre mesure

La limite principale d’une communication série est la perte de données suite à une vitesse trop élevée. En effet si on regarde les chronogrammes ci dessus, il est facile de comprendre que si un bit est oublié, tout le message est décalé et l’information est mal comprise. Et plus on augmente la vitesse, plus le risque d’incompréhension est grand. De plus, dans le cas de la RS232, le côté « repère temporelle » est indépendant de chaque côté. C’est à dire que l’émetteur et le récepteur sont « sensé » utiliser la même vitesse de communication. Mais si ce n’était pas le cas… impossible de se comprendre.

Autre soucis, la préservation de l’intégrité des données. C’est simple, il n’y en a pas. Si une perturbation vient transformer un 1 en 0, impossible pour le récepteur de le savoir. Cependant on peut palier à ça en intégrant des checksum dans les trames, au prix d’une phase d’analyse supplémentaire à l’émission et à la réception. Et oui, rien n’est parfait en ce bas monde.

Conclusion

Une communication dans un système embarqué est soumise à un certain nombre de contraintes dont l’encombrement. On voit bien avec ces quelques paragraphes l’intérêt d’une communication série qui permet de limité les éléments à câbler. Si la RS232 répond à des besoins simples, elle sera insuffisante pour des communications rapides ou bien soumises à des contraintes de pollution électromagnétique.

Et bien ce que je peux conclure c’est que cet article et déjà assez long comme ça, alors que j’avais envie de parler d’autre type de bus de comm. Rendez un peu plus tard pour parler SPI, CAN et pourquoi pas USB et Ethernet.

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Oui, c’est honteux de reprendre ces vieux articles, mais quand j’ai reparcouru mon répertoire de vidéos Youtube, j’ai exprimé un petit sourire de nostalgie, teinté d’une bref montée d’orgueil made in « Yes, I did that ».

Ça parle d’une équipe de jeunes ingés un peu branloss (à l’époque on se trouvait sérieux, mais avec le recul…) qui se sont amusés à développer une appli pour piloter un robot en forme d’aspirateur en Wifi avec une Nintendo DS.

Mon vieil article d’il y a deux ans.

La lol-vidéo :

Finalement, avec le recul, on était super précurseur ! L’air de rien on a eu l’idée de piloter un robot avec un machin tactile et des accéléromètres fin 2006 et on l’a fait en janvier 2008. L’Iphone est sorti mi 2007 et le drone Parrot en 2010. La plupart des applis qu’on trouve sur les Market Apple et Android sont grosso merdo le même genre d’appli que ce qui se faisait avec la bibliothèque PALib qu’on avait utilisé pour notre soft.

On n’aurait peut être pas du s’inquiéter du côté légal de notre projet (les linkers sur DS faisaient grand bruit en 2007) et créer une boite pour faire des trucs à la con avec des robots et des périphériques Wifi ! On aurait gagné des millions de fan sur facebook (ça c’est un but intéressant dis-donc), plein d’argent, des bols de coke !

Enfin bon, on a rien fait du projet une fois terminé. Maintenant que je suis dans un bureau de R&D j’ai tout ce qu’il me faut pour refaire un genre de robot pareil, mais le temps… le temps manque ! Et puis je ne suis pas payer pour faire des robots Wifi. C’est dommage des fois, ça pourrait être trop lololol de repartir sur un truc du genre.

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Si vous avez manquez les épisodes précédents :

• Episode 1 : Parlons “embarqué”
• Episode 2 : Parlons embarqué : L’heureux tour

Pour résumer, on avait parlé des opérations de bases d’un processeur et du câblage d’un boitier mémoire ridiculement petit. Un boitier de RAM, c’est bien, plusieurs boitiers, c’est mieux!

J’ai décidé aujourd’hui, en pleine semaine de solde, d’acheter un peu de mémoire flash pour mon montage, dans le but de sauvegarder les résultats de mes calculs même une fois que mes composants seront privés d’électricité (Si je vous dis que la RAM est volatile ça va ? ça ne vous choque pas ? très bien). Et comme c’était les soldes, j’ai eu le droit avec mon boitier de Flash F4k16 (4k de flash 16bit, soit 8 kilooctets de données) à un boitier de RAM M1k (rappel, 1k de ram 8bit, soit 1 kilooctet de données) offert ! Formidable !

Câblage

Nous avions vu la dernière fois que pour câbler notre boitier, nous avions du brancher 4 « catégories » de fil : le bus d’adresse, le bus de donnée, le Read/Write et le Chip Select. Pour les bus, c’est très con, on tire les fils qui vont bien. Pour la RAM, le câblage est identique à celui réalisé précédemment (10 fils, A0 à A9). Pour la flash, la plage d’adresse du boitier de flash étant plus grande (4 est supérieur à 1), il va falloir tirer plus de fils entre le processeur et le boitier. Deux de plus pour être précis. Attention, démonstration ! 4k veut dire 4096 adresses différentes, allant de 0 à 4095. 4095 en binaire vaut 111111111111. Pas la peine de compter les 1, il y en a 12. D’où mes deux fils de plus. Les esprits fins de certains lecteurs auront remarqués que je vais tenter d’interfacer un boitier avec 16bit de data sur un microprocesseur 8 bits. Ben… les promotions Carrefour étaient sur les boitiers 16 bits, que voulez vous que j’y fasse ! Déjà, c’est quoi la différence entre un boitier 16 bits et un boitier 8 bits ?

Interlude « Mathématiques, Hexadécimal et autre décalage logique ».

Je vous ai décrit la fois précédente mon boitier de ram comme un tableau Excel de 1024 lignes dont le contenu pouvait varier entre 0 et 255. Et bien le boitier 16 bit est un tableau dont les valeurs peuvent varier entre 0 et (2^16) – 1, soit 65535. On peut également le voir comme un tableau avec 2 colonnes (au hasard, on va appeler la colonne de droite LSB pour Less Significant Byte, et celle de gauche par MSB pour Most Significant Byte. Attention, en fonction du contexte, le B peut vouloir dire Bit également), dont la valeur peut varier entre 0 et 255.

En multipliant le contenu de la case MSB par 256 et en ajoutant le LSB, on retrouve une valeur 16 bits. Pourquoi cette multiplication par 256 ? Prenons quelques exemples concrets. Et branchez votre cerveau dégourdi, on va faire des multiplications. Par deux, c’est super balèze. En binaire, 0 vaut 0 et 1 vaut 1 (si vous avez un doute, vérifiez avec la calculette de Windows, trop bien pour les conversions). 2 = 10 4 = 100 8 = 1000 Votre esprit aiguisé aura remarqué avec brio que pour passer de 2 à 4 et de 4 à 8, on dirait qu’on a juste rajouté un 0 ! Et oui, vous pouvez vérifier avec par exemple avec 3 (11) et 6 (110). La multiplication par 2 en binaire, c’est un décalage logique de 1 bit vers la gauche. Et par conséquent, une division par 2 est un décalage logique vers la droite : si on décale 14 (1110) d’un bit vers la droite, ça donne 111, soit 7. Par conséquent du conséquent, un décalage de 2 bit vers la gauche implique une multiplication par 4; 3 bit donne une multiplication par 8, etc. Alors what iz ze point avec mon boitier 16 bit ? Et bien votre MSB représente la partie 8 bit haute de votre nombre 16 bit. Elle est donc décaler de 8 bit, et donc est multiplier par 2^8 = 256. Ainsi, si votre MSB vaut 255, que votre LSB vaut 255, votre nombre 16 bit vaut 255 x 256 + 256 = 65535.

Retour à mon montage

Sur le schéma, on voit que j’ai câblé les fils D0 à D7, soit ma colonne « LSB ». Je vais donc pouvoir y accéder sans problème comme sur le boitier de RAM. Pour le MSB (fils D8-D15), je ne vais rien en faire, puisque de toute façon, j’ai un microprocesseur 8 bit (enfin en vrai je vais les câbler à la masse pour éviter les perturbations de signaux mais ce n’est pas le sujet). Vous avez donc compris que je vais gâcher la moitié de la mémoire flash car je ne pourrais en l’état pas y accéder, ni en lecture ni en écriture. Mais puisque je vous dis que c’était les soldes ! Il me reste donc 2 signaux à caser : R/W et CS. R/W peut se câble comme un bus, directement sur chaque composant. Par contre pour CS, c’est un peu plus siouxe.

La source de CS (ce titre de paragraphe n’est là que pour faire monter mes stats Google)

Si vous vous rappelez de l’article précédent (c’est le cas j’en suis sur), vous savez que le CS permet au processeur de désigner à qui il s’adresse, pour qui sont destinés les valeurs qui transitent sur les bus de donnée/adresse. Et manque de bol, je viens de regarder dans la documentation technique (datasheet) du processeur, je n’ai qu’un seul sortie CS ! OMG LOL WTF §§!! Je ne peux pas utiliser le même signal CS sur mes trois boitiers puisque dans ce cas, j’écrirais dans les trois boitiers en même temps, mais surtout la lecture va se faire également en même temps et la si un boitier veut coller 5Volts sur le bus (pour écrire un 1, je rappelle) et que l’autre veut mettre 0 Volts (pour écrire un 0) ça va faire un sacré bordel. Comment vais-je donc faire ? Et bien je vais faire du décodage d’adresse. Qu’est ce que donc ?

Définir le mapping mémoire

Dans un premier, on prend un papier et un crayon, et on organise son merdier. J’ai 2 boitiers avec 1024 adresses, et un boitier avec 4096 adresses. Mon micro, lui, avec son bus d’adresse 16 bit, peut adresse 2^16 soit 65536 adresses différentes. En gros, va falloir organiser les trois plages des boitiers dans l’espace adressable total du µC. Mon premier choix, c’est de dire : j’aligne tout. D’ailleurs c’est tellement une bonne idée que je vais la garder. On n’a qu’à dire que les 1024 premières adresses sont pour le premier boitier de RAM, les 1024 suivantes pour le deuxième boitier, et les 4096 suivantes sont pour la flash. En résumé :

J’ai maintenant une idée de ce que je veux obtenir, je peux ENFIN passer à la gestion de mon Chip Select.

Le décodage d’adresse

Ce qui va faire la différence entre les datas qui vont dans RAM1, RAM2 et Flash, c’est la plage d’adresse que j’ai attribué à chaque composant. Je vais donc me servir de mon bus d’adresse et d’un peu de porte logique pour faire la différence entre les boitiers, j’activerai alors le CS de chacun des boitiers de façon indépendante.

Rappel de logique combinatoire (oui, on en voit des choses aujourd’hui!)

Principe de base : combiner des signaux électriques pour réaliser des opérations logiques. Les briques de bases qui vont nous servir aujourd’hui (il y en a d’autre) sont la porte ET (symbole logique « . », symbole informatique « & »), la porte OU (symbole logique « + », symbole informatique « | ») et la porte NON (symbole logique « / », symbole informatique « ! »). Vous rentrez un ou plusieurs signaux sur les entrées, et vous obtenez un résultat de l’autre côté. On appelle « table de vérité » le principe de comportement de la porte.

Alors pourquoi je parle de ça ? Et bien simplement car grâce à plusieurs portes logiques bien placées, on va pouvoir réaliser une « équation logique » qui va permettre de diriger notre signal CS (oui, je rappelle qu’au départ on parlait de lui, avant que vous ayez eu cette idée stupide d’écrire tl;dr). Si on regarde le mapping mémoire, en particulier les bits de poids fort (les plus à gauche), on voit que les combinaisons qu’ils composent sont propres à chaque composant. Si les bits A10, A11, A12, A13, A14 et A15 sont à zéro, on est sur d’être sur la plage mémoire de RAM1. Puis avec A10 à 1 et A11-A15 à 0, on est sur d’être sur RAM2. Pour le boitier flash, c’est un peu plus tordu car il occupe un nombre plus important de combinaison de A10-A15, mais il existe tout un art concernant la simplification d’équation logique. Nous allons les écrire vite fait, présenter le câblage de notre « décodeur ». Nous cherchons à couper notre CS en trois signaux pour chacun des boitiers : CS1 pour RAM1, CS2 pour RAM2 et CS3 pour la flash.

CS1 = CS.(/A10./A11./A12./A13./A14./A15) : pour activer CS1, il faut avoir CS à 1, et tout les autres à 0

CS2 = CS.( A10./A11./A12./A13./A14./A15) : pour activer CS1, il faut avoir CS à 1, et tous les autres à 0 sauf A10

CS3 = CS.( (/A10. A11./A12./A13./A14./A15) + (A10.A11./A12./A13./A14./A15) + (/A10./A11.A12./A13./A14./A15) + (A10./A11.A12./A13./A14./A15) ) je vous laisse comprendre, comparez ça au mapping un peu plus haut.

Voici donc notre circuit logique qui va nous produire nos trois Chip Select différents. Il sera donc impossible d’adresser en même temps deux composants.

Cependant, il faut être franc, il existe en général des boitiers programmables ou ce genre de boulot, vous simplifiant clairement la tâche. D’ailleurs j’en ai trouvé un par terre, je vais tout de suite le mettre sur mon schéma final !

Voilà, on a encore amélioré notre système embarqué. Vous collez ça avec un alim au fond d’une machine à laver, et vous avez un système capable de :

• Charger des data qui viennent de la mémoire flash
• Faire des calculs
• Ecrire les résultats dans une mémoire externe deux fois plus grande que la dernière fois
• Faire plein de sauvegarde en flash

Il ne lui manque plus qu’un brin de communication, mais je me le garde pour plus tard. Vous devez déjà bien avoir la gerbe après avoir lu tout ça !

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Si vous avez manqué le début, il y a presque un an.

Fonctionnement de base d’un système à microprocesseur.

Le microprocesseur

Voilà, il est beau hein, votre nouveau processeur de la marque « Generic 081628 ». Il est cadencé à 28 gHz, possède un bus de donné de 8 bit, un bus d’adresse de 16 bit et quelques autres machin que je me réserve pour plus tard. Vous vous dîtes « Reste plus qu’à le plugger sur ma carte mère et … » et non, désolé, on fait de l’embarqué, il n’y a pas de carte mère qui accepte les Generic 081028. Va falloir tout faire à la main, comme des hommes. Un processeur tout seul, ça ne fait pas grand chose. Pour simplifier, ça ne dispose que de registres, d’une unité de calcul arithmétique et logique. Le Generic 081628 possède 4 registres de données 8 bits et 5 registres d’adresse 16 bits. Dans un registre 8 bits on peut mettre une valeur entre 0 et (2^8 – 1) soit 255. Dans un registre d’adresse 16 bits, on peut stocker entre 0 et (2^16 – 1) soit 65535. Voilà, on est bien avancé avec ça. Mais c’est déjà pas mal parce qu’on va pouvoir lui faire faire des choses trop bien (la suite est une adaptation d’assembleur adapté par moi même) :

• Mettre 38 dans RD0 (registre de donnée numéro 0)
• Mettre 2 dans RD1 (registre de données numéro 1)
• Additionner RD0 et RD1 et mettre le résultat dans RD0.

Formidable ! A la fin de la manip, vous avez donc 40 dans RD0 et 2 dans RD1. Nous avons donc vu une des opérations de base du micro. Éventuellement on aura pu faire une soustraction, une multiplication, voir même une division dans vos rêves les plus fou.

Comme vous pouvez le constater, le 081628 ne pourra stocké au maximum qu’une valeur de 8 bit sur ses quatre registres. Soit une mémoire de … 4 octets. Pas terrible hein ? Nous allons donc rajouter un petit machin :

La mémoire externe

Et oui, la fameuse RAM de votre PC ! Notre micro est bien pauvre en espace  mémoire, nous allons donc lui rajouter un boitier mémoire de 1 kilooctet. Oui, c’était les soldes, il était en promo je me suis fais plaiz’. Mais comment le brancher à mon micro? Un boitier mémoire de type Generic M1K possède  10 pin (pattes) d’adresse, 8 pin de données et 2 autres pin dont je vais parler un peu plus tard.

Alors comment ça marche ? Sur le principe c’est plutôt simple : ce boitier peut contenir 1024 valeur 8 bits (1024 octet, depuis le temps vous l’aviez compris). Imaginez simplement un tableau Excel de 1024 case, avec des valeurs comprises entre 0 et 255. On place la valeur logique sur les fils du bus d’adresse l’indice du tableau dans lequel on veut écrire, par exemple 10, et sur le bus de donnée on colle la valeur qu’on veut écrire dans la mémoire, par exemple 82. Les novices perspicaces se demandent déjà : « Mais diantre, comme écrit on 82 sur des fils ? ».

Le binaire, le décimal et l’hexadécimal

Bien vu l’aveugle, et bonne question. L’informatique, c’est de l’électronique à la base. Sur un fil, le plus simple c’est soit d’appliquer une tension (en Volt), soit de rien faire du tout. On a donc 2 états électriques possible (et le concept du binaire apparait…). Le micro de cet article peut appliquer une tension de 0V, ou bien de 5V. Le 0 valant un 0 logique, et le 5V le 1 logique. En transformant 82 en une suite de 0 et de 1 (Conversion en binaire) qui vaut 01010010, on peut appliquer zéro ou 5V sur le bus de donnée du micro. Le bus de donnée est composé de 8 fils, nommés D0 à D7; électriquement nous avons donc :

• D0 à 0 : 0V
• D1 à 1 : 5V
• D2 à 0 : 0V
• D3 à 0 : 0V
• D4 à 1 : 5V
• D5 à 0 : 0V
• D6 à 1 : 5V
• D7 à 0 : 0V

Câblage

Nous allons relier les 8 fils du bus de donnée du micro au 8 fils de donnée du boitier mémoire. Le boitier mémoire est capable de faire la différence entre 0 et 5V, il va donc être capable de déchiffrer notre 82. Mais pour en faire quoi ? Suivant le modèle du bus de donné, le micro va placer la valeur 10 sur le bus d’adresse.

Sur le même principe, les 16 fils du bus d’adresse sont nommés A0 à A15 et sont connectés sur le boitier mémoire. Alors comment qu’on fait pour coller 16 fils sur un boitier où il n’y en a que 10 ? Bonne question… ou pas. On va faire simple : brancher les 2 A0 ensemble, les 2 A1, etc jusqu’à A9. Le micro va mettre 5V sur le fil A1 et A3 (10 en binaire donne 1010).

Voilà donc les bonnes informations présentes sur les bus, le boitier mémoire fait donc son taf, et récupère la data 82 pour la coller à l’adresse 10. Vous qui avez l’air égayer et joyeux comme des poulets sous exta, je sens poindre en vous un remarque pertinente : sur le schéma du boitier ya deux fils dont j’ai pas parlé! Oui, j’y viens. Un boitier mémoire, ça sert à stocker, mais si on peut relire c’est encore mieux. Pour ce faire, le boitier mémoire possède une entrée « R/W ». Toujours sous exta, vous devinez facilement que le R, c’est read, et que le /W c’est write. Voilà. C’est tout con. Vous avez un fil dédié sur le micro qui va dire si on écrit vers un périphérique (notre exemple où le micro place la data sur le bus de donnée) ou bien si on lit (c’est alors le boitier mémoire qui placera la data sur le bus, le micro ira lire les niveaux de tension).

Le dernier fil n’est pas CS comme counter strike, mais CS comme Chip Select. Le CS, c’est un peu le doigt du microcontrôleur chef d’orchestre qui désigne le périphérique qui doit parler. Tant que l’entrée CS d’un composant est non active, il n’écoute pas, ne parle pas, il ferme sa gueule ce boitier mémoire de merde. Voilà, notre système ressemble donc à ça :

Voilà, c’est un système qui sait :

• Prendre des données dans une mémoire externe
• Faire des calculs
• Ecrire les résultats dans une mémoire externe.

Nous avons vu que notre boitier mémoire contient 1024 octets et est connecté sur les fils A0 à A9. La zone mémoire adressable va donc de l’adresse 0x0000 à l’adresse 0x03FF (1023 en décimal). Et si maintenant on voulait rajouter 1k de mémoire supplémentaire ? Et bien on le brancherait de la même façon (D0-D7; A0-A9; R/W) sauf pour le CS qui lui devra être différent. En effet on utilisera une deuxième sortie Chip Select du micro pour permettre de parler soit au premier boitier, soit au deuxième, et ainsi ne pas se mélanger les pinceaux.

Je vais m’arrêter la pour le moment, car je sais que le sujet peut mener rapidement à une indigestion. Au programme de la prochaine fois : décodage d’adresse, mapping mémoire et liaison série.

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Je me décide à parler de ce qui me fait gagner ma croûte et me permet de craquer parfois sur du matériel photo, et par la même occasion bouffer et avoir un toit. Le « système embarqué ». Sous ce terme très à la mode, se planque la plupart des choses qui font qu’au quotidien vous pouvez utiliser un programme super compliqué sur votre machine à laver (lavage à 38,12°, puis essorage un peu vif mais pas trop , séchage optimal pour le t-shirt « 10 types de personnes, ceux qui connaissent le binaire et les autres » sans abimer la dentelle de la lingerie de madame), avoir des super intéressantes sur l’afficheur digital de votre autoradio, savoir combien de kilomètres vous pouvez encore parcourir avec votre voiture, ou bien configurer votre box internet pour laisser ouvert le port pour recevoir plus rapidement les films que votre cousin d’Amérique vous envoie par Internet.

Bref, yen a partout. Mais physiquement, ya quoi derrière ce merdier?

Ben la plupart du temps, le même bordel que dans votre PC. Un truc pour recevoir des stimuli de l’extérieur, un bouzin pour traiter les infos, et un bidule pour sortir des infos plus ou moins intéressante.

Question 1 : Alors ça veut dire qu’on pourrait utiliser un PC pour faire plein de truc dans ma machine à laver ?
Oui, clairement, le PC standard de Madame Michu a la capacité suffisante pour le faire. Mais…

Question 2 : mais pourquoi ya pas de prise USB sur ma machine à laver comme sur mon PC ?
Obvious : ça coûte des thunes ! et c’est inutile d’avoir un Core 2 Quad pour gérer le cycle d’essorage.

Question 3 : Il y a quoi dans ce cas dans ma machine à laver ?
Il peut y avoir plein de chose. Mais surtout, il y un chef d’orchestre, un composant qui peut être clairement omnipotent sur tout ce qui se passe dans la machine, de la présence d’une source d’énergie suffisante, à la gestion de la température de l’eau, en passant par l’usure du moteur électrique du tambour de la machine (important ça, mais pas si utiliser que l’on aimerait).

Et ce composant, c’est la plupart du temps un microcontrôleur.

Question 4 : C’est quoi un microcontrôleur?
C’est ça. Selon ma propre définition, c’est un microprocesseur avec des périphériques intégrés, parce que vous le savez déjà, bande de geek, quand on intègre plusieurs fonctions dans un même composant, c’est moins cher que de les prendre en pièce détaché. On va donc trouver plusieurs fonctions comme :

• un cœur central qui fait des calcul (le microprocesseur, finalement)
• une petite mémoire vive
• parfois une mémoire morte
• des entrées/sorties numériques
• des entrées/sorties analogiques
• des UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) (mon dieu, en cherchant la traduction exacte du terme, je me suis rendu que j’écrivais la même chose que wikipedia…) qui sont globalement des liaisons séries (ouais, la prise DB-9 sur laquel vous branchiez votre antique modem 33k).
• etc

Ça a l’air de rien comme ça, mais votre Core 2, il fait pas tout ça. Bon… je m’avance un peu. Mais en tout cas, les premiers microprocesseurs d’homme avait besoin de plein de merdier autour d’eux pour gérer l’ensemble des tâches qu’on leur confiait. Pourquoi à votre avis vot’ Paintiomme il a un southbrigde et un northbrigde avec lui ?

Le microcontrôleur, lui, il se suffit « presque » à lui même, et surtout, il le fait pour pas très cher. Le micro le moins balèze que j’utilise pour le moment est un PIC 18F2525, dont le pris atteint la somme faramineuse de … 5 euros ? Et encore !

Bien évidement, tout comme pour les processeurs de PC, on a le choix. Et que dis je, on a plus que le choix. En effet, là où en informatique classique, on conseille à Madame Michu de prendre le dernier cri parce que c’est trop tout neuf de la balle, dans l’industrie on regarde à deux fois avant d’acheter, parce que le prix n’est clairement pas le le seul soucis du concepteur de système embarqué de lave linge (d’ailleurs, le prix, c’est souvent le département achat qui va lui dire : « dis donc, ton Coldfire, il coûte un peu cher là (un peu plus qu’un centaine d’euros), tu veux pas un PIC ou un ARM à 5 euros plutôt? »).

Pour repartir sur les choix possibles, on a donc plusieurs critères qui rentre en compte, comme par exemple :

• la puissance brute : alors que les processeurs 64bit commencent à être utilisé en info « domestique », les micro, eux, existe encore en version 8, 16 ou 32bit. La vitesse joue également son rôle
• le nombre de périphérique intégré : avoir un micro qui mouline à fond, c’est bien, mais si en plus on a plein de chose a lui faire faire (des acquisitions, de la comm série, ethernet, du calcul différentiel intégralement dérivé), c’est mieux qu’il est les bons périphériques déjà tout près (UART, liaison CAN, controlleur ethernet, etc)
• la consommation électrique : s’il pouvait en plus être invisible sur la facture électrique (et autonome longtemps sur batterie…)
• le prix : monde capitaliste, quand tu nous tiens.
• le support technique: l’air de rien, un micro avec une grosse doc peut couter plus cher que son homologue russe… dont la doc n’existe qu’en russe. Sans parler des outils de développement qui vont avec.
• la techno utilisé en interne : exemple à deux balles, un micro Intel sont en little endian, les Freescale sont en big endian, et essayer d’accorder les violons dès le départ en choisissant bien sont composants peut épargner des emmerdes (j’y reviendrais)

Bref, c’est quand même un beau bordel tout ça. Je vais préparer une suite ou je parlerais des langages, des périphériques, du jargon du coin, d’outils de dèv, et tant qu’à faire d’exemple pratique.

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Moi et mes peutes avons réalisé un projet pour l’école. J’ai fait une news sur le site dev-fr.org.
News que voici

Bonjour à tous!

Je me permet de me newser moi même pour vous faire part de mon, enfin, notre, projet de fin d’étude.
Pour recituer le contexte, dans le cadre de mes études d’ingénieur, j’avais un projet à réaliser pour une entreprise, ou bien un projet personnel. Le début du projet était février 2007. En décembre 2006 j’ai découvert PAlib, et comme un geek, j’ai décidé de faire mon projet la dessus.
J’ai donc monté un vague pretexte avec ma chérie (étudiante dans mon école également) pour proposer un projet avec la DS, à savoir piloter un robot avec la DS.

Au chapitre des special thanks, Mollusk évidement qui nous a dépanner/aider/supporter pendant un an. Ce gars envoie du bois.

Le plus étrange, c’est qu’en tapant pekee ds dans google, je vois que la news a déjà été très très loin.
En anglais, en allemand, espagnol, russe, indien…

C’est ça le marketing viral?

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