Cours2 Master Embarqué 2022-2023.ppt

Pr. A. BRAHMI
Deprt de Phyisique
Master: Electronique et Systèmes Embarqués (ESE) :
2éme année (S3)
Année Universitaire : 2022-2023

2
Un microprocesseur c’est un circuit intégré muni d’un nombre
généralement important de broches. C’est une puce intégrée au silicium
avec uniquement une unité de traitement centrale, qui est le cœur d’un
système informatique conçu pour effectuer des tâches complexes impliquant
des données. Les microprocesseurs ne disposent pas de RAM, de ROM, des
E/S, de Timers et d’autres périphériques sur la puce. Ils doivent être ajoutés
à l’extérieur pour les rendre fonctionnels.
Exemples :
 Intel 8085, 8086 : 40 broches, DIP (Dual In-line Package) ;
 Motorola 68000 : 64 broches, DIP ;
 Intel 80386 : 196 broches, PGA (Pin Grid Array).
Technologies de fabrication : NMOS, PMOS, CMOS.
Microprocesseurs (MPU) : Définition

3
 Le microprocesseur est un processeur miniaturisé (composants réunis sur
un seul circuit intégré).
 Il assure ainsi l’interprétation et l’exécution des instructions.
 Il a des entrées, des sorties et un processus.
 Les entrées et les sorties d'un microprocesseur sont souvent une série de
tensions électriques pouvant être utilisées pour contrôler des
périphériques externes.
 Le processus consiste à analyser les paramètres d’entrée et à les utiliser
pour «décider» des paramètres de sortie requises.
Microprocesseurs (MPU) : Définition

4
Microprocesseurs (MPU) : Historique

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 Première machine à calculer électronique : ENIAC,
1944, Eckert et Mauchly, 18000 tubes électroniques,
machine à programme câblé.
 Machine à programme enregistré : John Von
Neumann, 1946, les instructions sont enregistrées dans
la mémoire du calculateur : ordinateur.
 Premier ordinateur commercialisé : SSEC d’IBM,
1948.
 Ordinateur à transistors : 1963, PDP5 de Digital
Equipment Corporation (DEC), introduction des
mémoires à ferrites : mini-ordinateurs.
 Micro-ordinateurs : 1969-70, utilisation des circuits
intégrés LSI.

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 Premier microprocesseur : Intel, 1971, microprocesseur 4004,
puis 8008, premier microordinateur : le Micral, 1973, France, puis
l’Altair, 1975, Etats-Unis.
 Autres microprocesseurs : 8080 et 8085 d’Intel, 6800 de
Motorola, Z80 de Zilog : microprocesseurs 8 bits, début des
années 1980.
 Microprocesseurs 16 bits : 8086/8088 d’Intel, 68000 de
Motorola.
 Microprocesseurs 32 bits en 1986 : 80386 d’Intel et 68020
de Motorola.
 Fabrication en grandes séries des micro-ordinateurs : 1977,
Apple, Commodore, Tandy.
 IBM PC + MS-DOS (Microsoft) en 1981.

 1947 : Invention hasardeuse du transistor bipolaire par Bardeen, Bratten,
et Schokley.
Réduction de la taille, du poids et de la consommation des circuits.
Intégration
L'histoire des microprocesseurs est intimement liée à celle de la technologie
des semi-conducteurs dont voici les principales étapes :
7

 1958 : 1er Circuit intégré (CI), 2 transistors
en germanium (Ge) par Jack KILBY. TEXAS
INSTRUMENTS produit le 1er circuit intégré
(CI).
 1960 : Après une mise au point des
technologies bipolaires TTL et ECL, il y avait
l’invention du transistor à effet de champ (FET)
- TI & Fairshild 1er CI de 10 transistors.
 1971 : Après une mise au point de la
technologie MOS, un premier microprocesseur
Intel 4004 (4bits avec plus de 2000 transistors
pour 10µm) a apparait. Intégration à grande
échelle (LSI de 500 à 20 000 transistors).
 2003 : Microprocesseur Pentium IV
Intel (32/64bits- avec plus de 55M
transistors pour 0,1µm) 8
 1985 : Intégration à très grande échelle
(VLSI plus de 20 000 transistors)

Le volume est divisé•
par 108
Le nombre de transistors dans
une puce est multipliée par 4
tous les 4 ans.
Loi de Gordon  Moore
9
L’évolution des systèmes de l’électronique, communication et informatique,
l’augmentation des besoins en capacités et rapidité de transmission
d’informations et l’essor des télécommunications, nécessitent le
développement des circuits intégrés avec des systèmes complexes, des
dimensions réduites et des performances accrues.
La puissance est multipliée par 108

Échelles des dimensions
10
Nanorobot

11
Architecture and design of a nanorobot

Microprocesseurs (MPU) : Circuits intégrés
Circuit intégré (CI) : Appelé aussi puce est un ensemble très dense de
dispositifs électroniques ayant une fonction définie (résistances,
condensateurs, diodes, transistors…). Un ensemble de couches (métaux,
isolants, semiconducteurs…) déposés sur un même substrat.
La fabrication d’un circuit intégré
correspond à la réalisation sur
quelques centimètres voir
millimètres carrés de surface et
quelques microns d’épaisseur
d’un assemblage de millions de
composants interconnectés.
 Fabriqué en général sur un substrat en Silicium (Si),
 Fabriqués sur plaquettes de Si de différentes pouces de diamètre (1
pouce= 27.07 mm)
 Différents types de puce : microprocesseur, mémoire, capteurs,
microcontrôleurs… 12

Exemple : DRAM (Dynamic Random Access Memory)
Adressage
des
lignes
Adressage des colonnes
Capacité
Transistor
1 bit
mémoire
Une cellule mémoire DRAM est constituée d’un transistor MOS et d’un
condensateur. Lorsque le transistor est activé, il devient passant et charge la
condensateur. Un bit d’information est stocké sous forme d’une charge,
utilisant un effet capacitif. 13

Les circuits intégrés sont incorporé dans tous les appareils électriques ou
électroniques et dans la plupart des objets situés autour de nous (PC, montre,
tel, fax, copieur, grille pain, autos, cartes à puce, …)
14

La microélectronique est une discipline qui se place déjà au centre d'un
certain nombre d'activités très diverses de la microélectronique en général.
Ainsi son développement est au cœur des développements économiques.
15

Coût/mm2
Règles
 Production,
 Procédés technologiques,
Tests de production et de
procédés,
 Conception
 Equipements - compatibilité
du produit avec la technologie
de réalisation,
 Qualité…
Les principaux domaines concernés
Métiers : Ingénieur produit, Applications, Fabrication, Test,
Conception, Qualité, Vente, Marketting, Planning, Recherche et
Dévellopement...
16

Lingot de Si Plaquettes de Si
Design, Layout
& Technologie
Wafer structuré
Découpe
Puces ou CI
Encapsulation
Circuit Intégré final
Silice (SiO2)
(Nature : sable…)
Phases simplifiées de fabrication d’un circuit intégré
17

Evolution de la taille des substrats de silicium depuis le début des
circuits intégrés.
18

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Appareil photo numérique
Microcontrôleurs (MCU) : Microprocesseurs (MPU)

Embedded
processor
20
Appareil photo numérique

21
Surveillance de patient

22
Radio numérique

23
Système d’éclairage public par LED de puissance

24
Système de vision pour véhicule automobile

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 Systèmes Embarqués
Opérations gérées par un microcontrôleur.
 Microcontrôleur (MCU)
Dispositif informatique électronique intégré (sur puce) :
o Microprocesseur (MPU),
o Mémoire,
o Ports I/O (Input/Output)…

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Ce sont des circuits intégrés regroupant les fonctions d’un «système»
minimum à microprocesseur.
Avantages des microcontrôleurs :
 Intégration dans un seul boîtier
 Fiabilité
 Coût de câblage réduit
 Faible consommation
Inconvénients :
 L’intégration de nombreux périphériques, de RAM, de ROM limite la
puissance de calcul et la vitesse de ces circuits (les transistors intégrés
sont destinés aux périphériques et non plus au calcul).
Microcontrôleurs (MCU)

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Il y a une différence fondamentale entre un microprocesseur et un
microcontrôleur :
 Le microcontrôleur intègre dans un même boîtier, un microprocesseur, de
la mémoire, et des interfaces entrées/sorties.
 Le microprocesseur se présente sous la forme d’un boîtier qui nécessite
des éléments externes, comme de la mémoire et des circuits d’interfaces.
Ils sont présents dans la plupart des systèmes électroniques embarqués
ou dédiés à une application unique ou précise.

28

29
Le microprocesseur est le cœur d’un
système informatique. C’est un
processeur. Les composants de
mémoire et d’E/S doivent être
connectés en externe. Principalement
utilisé dans les ordinateurs personnels.
Le microprocesseur est basé sur
l’architecture de Von Neumann dans
laquelle le programme et les données
sont stockés dans le même module de
mémoire.
Le microprocesseur a moins de
registres, donc plus d’opérations sont
basées sur la mémoire.
Le microcontrôleur est le cœur
d’un système embarqué.
Le microcontrôleur dispose d’un
processeur externe ainsi que de
composants de mémoire interne et
d’E/S.
Le microcontrôleur est basé sur
l’architecture de Harvard où la
mémoire du programme et la
mémoire de données sont
séparées.
Le microcontrôleur a un grand
nombre de registres, ce qui facilité
l’écriture des programmes.
Microcontrôleurs (MCU) VS Microprocesseurs (MPU)

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Microprocessor
 CPU is stand-alone, RAM,
ROM, I/O, timer are separate
 Designer can decide on the
amount of ROM, RAM and
I/O ports.
 Expensive
 Versatility
 General-purpose
 High processing power
 High power consumption
 Instruction sets focus on
processing-intensive
operations
 Typically 32/64 – bit
 Typically deep pipeline (5-20
stages)
Microcontroller
 CPU, RAM, ROM, I/O and timer
are all on a single chip
 Fixed amount of on-chip ROM,
RAM, I/O ports
 For applications in which cost,
power and space are critical
 Single-purpose (control-oriented)
 Low processing power
 Low power consumption
 Bit-level operations
 Instruction sets focus on control
and bit-level operations
 Typically 8/16 bit
 Typically single-cycle/two-stage
pipeline
Microcontrôleurs (MCU) VS Microprocesseurs (MPU)

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Architecture Von Neuman
 L’architecture de Von Neuman (1945) est un modèle qui utilise une structure
unique pour les instructions et les données.
o Notion de programme stocké en mémoire
o Possibilité de programmer la machine
o Séparation entre le stockage et le processeur
 Architecture limitée par le transfert mémoire (l’élément le plus lent)

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Architecture Harvard
 L’architecture de Harvard sépare physiquement la mémoire de données de la
mémoire de programme. Elle permet de transférer simultanément les données et
les instructions à exécuter. L’accès à chaque mémoire par deux bus distincts. La
structure est plus complexe, mais plus rapide que le modèle Von Neuman.

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 Intel (80C51)
 Motorola (Série 68HC11)
 Atmel (Série AVR)
 Comfile Technology (Cubloc, basé sur uP Atmel)
 Parallax (Série Basic Stamp)
 Microchip Technology (Série PIC)
 Rabbit Semiconductor (Série Rabbit)
 Cypress Microsystem (PSoC)
 Texas Instruments MSP430 (16-bit)
Microcontrôleur (MCU) : Fabricants et Familles

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Microprocesseur (MPU) : Familles
Différentes familles de microprocesseurs existent,
ces derniers sont commercialisés par différentes
fabricants tels que Intel, AMD…

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 Famille x86 : a été initialement commercialisée par Intel. On
retrouve les Intel Pentium et AMD Athlons, qui ont inondés les
marchés informatiques durant les années 90 et 2000.
 Famille x64 : fait suite à celle des x86. Celle-ci à été créé avec
pour objectif de permettre une meilleur gestion de la mémoire
vive des ordinateurs qui ne cesse d'augmenter ces dernières
années.
 Famille des PowerPC : a été développée par Motorola et IBM.
 Famille ARM : la plus répandue du marché. Ces processeurs se
retrouvent dans les tablettes (iPad…), les téléphones, ou encore
les systèmes embarqués comme Raspberry PI…
Microprocessor (MPU) : Families

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Il existe deux principaux types de microprocesseurs :
 Les processeurs CISC (Complex Instruction Set Computer) dont le jeu
d'instructions possède les propriétés suivantes :
o Ils contiennent beaucoup de classes d'instructions différentes.
o Ils contiennent beaucoup de type d'instructions différentes complexes et
de taille variable.
o Ils se servent de beaucoup de registres spécialisés et de peu de registres
généraux.
Ceux-ci peuvent faire de nombreuses instructions complexes, plusieurs cycles
d’horloges sont nécessaires pour effectuer ces instructions, mais celles-ci sont
également plus complètes (de plus gros calculs sont faits à chaque
instruction).
Microprocessors (MPU) : Architectures CISC et RISC

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 Les processeurs RISC (Reduced Instruction Set Code) est un
processeur dont le jeu d'instructions possède les propriétés suivantes :
o Le nombre de classes d'instructions différentes est réduit par rapport à
un CISC.
o Les instructions sont de taille fixe.
o Ils se servent de beaucoup de registres généraux.
o Ils fonctionnent avec un pipe-line.
Les processeurs RISC (Reduced Instruction Set Computer) possèdent un
nombre limité d’instructions de base. Chaque instruction est donc effectuée
plus rapidement, ce qui fait la force de ces microprocesseurs : leur rapidité
d’exécution.
Microprocessors (MPU) : Architectures CISC et RISC

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 Unité centrale de traitement (CPU : Centarl Processing Unit)
 Unité de mémoire
 Unité d’échange (E/S ou I/O)
Unités fondamentales
Microprocesseurs (MPU) standards

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Microprocesseurs (MPU) : Modèle de base
 L’Unité Arithmétique et
Logique (UAL)
 L’Unité de Contrôle (UC),
 Les registres.
Le microprocesseur est composé d’une unité centrale de traitement
(CPU : Centarl Processing Unit), qui elle même composée
principalement de :
CPU

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 L’UAL (Unité Arithmétique et
Logique) : Gère et réalise toutes les
opérations arithmétiques (additions,
soustractions, …) et logiques (ET, OU, …). En
entrée de l’UAL, on a des commandes
permettant d’activer les opérations, venant
de l’unité de contrôle. En sortie, on a les
résultats des opérations et les conditions qui
sont en fait les entrées de l’unité de contrôle.
Microprocesseurs (MPU) : CPU (Central Processing Unit)
C'est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU,
comparaison, décalage, etc...) ou arithmétique (addition,
soustraction...).

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Microprocesseurs (MPU) : Unité de contrôle
 L’unité de contrôle (UC : Unit Control) : qui gère le flux
d’instructions dans tout le système. C’est un circuit logique séquentiel chargée
de séquencer l’algorithme et de générer les signaux de contrôle pour piloter
les éléments du chemin de données. Elle envoie des commandes à l’unité de
traitement qui va exécuter les traitements.
 Séquenceur (logique de contrôle) : commander le séquencement de
l’ensemble du système en gérant les signaux de commande et de
contrôle, l’occupation des bus d’adresse et de données. Il permet de
synchroniser les différents éléments du processeur. En particulier, il
initialise les registres lors du démarrage de la machine et il gère les
interruptions.
 Décodeur : chercher, décoder et exécuter les instructions.

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 Le compteur de programme (PC : Programme Counter) appelé aussi
Compteur Ordinal (CO) : Il est constitué par un registre dont le contenu
est initialisé avec l'adresse de la première instruction du programme. Il
contient toujours l’adresse de la prochaine instruction à exécuter.
 Le registre d'instruction et le décodeur d'instruction : Chacune des
instructions à exécuter est transféré depuis la mémoire dans le registre
instruction puis est décodée par le décodeur d’instruction.
 Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution
des instructions au rythme d’une horloge. Il élabore tous les signaux de
synchronisation internes ou externes (bus de commande) du microprocesseur
en fonction de l’instruction qu’il a à exécuter. Il s'agit d'un automate réalisé
de façon microprogrammée.
Microprocesseurs (MPU) : Unité de contrôle
L'unité de control peut contenir :

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Un processeur utilise toujours des registres, qui sont des petites mémoires
internes très rapides d'accès utilisées pour stocker temporairement une
donnée, une instruction ou une adresse. Chaque registre stocke 8, 16 ou 32
bits.
Parmi les registres, le plus important est l’accumulateur, qui est un registre
utilisé pour stocker les résultats des opérations arithmétiques et logiques.
L'accumulateur intervient dans une proportion importante des instructions. Il
aussi est utilisé pour stocker les données en cours de traitement par l’UAL.
C’est un registre de travail qui sert à stocker une opérande au début d'une
opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération.
Microprocesseurs (MPU) : Les registres et l'accumulateur
Le registre : C'est un espace mémoire interne au processeur. On distingue
deux types de registres : à usage général qui permettent à l'UAL de
manipuler des données et les registres d'adresses qui sont connectés au bus
d'adresse. Stockent les données du mémoire en cours de traitement et les
données pour un accès rapide.

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Par exemple, lorsque le processeur exécute une instruction comme «Ajouter
5 au contenu de la case mémoire d'adresse 180 » :
 Le processeur lit et décode l'instruction ;
 le processeur demande à la mémoire la contenu de l'emplacement 180 ;
 la valeur lue est rangée dans l'accumulateur ;
 l'unité de traitement (UAL) ajoute 5 au contenu de l'accumulateur ;
 le contenu de l'accumulateur est écris en mémoire à l'adresse 180.
 c'est l'unité de commande qui déclenche chacune de ces actions dans
l'ordre.
 l’addition proprement dite est effectuée par l'UAL.
Microprocesseurs (MPU) : Les registres et l'accumulateur

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Registres de données
Il s'agit de registres d'usage général recevant des opérandes, des
résultats intermédiaires ou des résultats. Ils évitent des appels
fréquents à la mémoire, réduisant ainsi les temps de calcul.
Les registres de données remplissent souvent la fonction
d'accumulateur, permettant des opérations du type :
ACCU F(OPERANDE)-> ACCU,
avec F() : opération logique ou arithmétique.
Microprocesseurs (MPU) : Les registres

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Ces registres contiennent toujours l’adresse de la prochaine information à lire
par l’UAL, soit la suite de l’instruction en cours, soit la prochaine instruction.
Ils servent à gérer l'adressage de la mémoire. Parmi ceux-ci, on trouve un
registre qui est fondamental dans l'exécution du programme : le compteur
ordinal (Program Counter). Il contient l'adresse de l'instruction courante.
Les instructions sont rangées séquentiellement en mémoire, ce qui implique
un adressage séquentiel de celles-ci par incrémentation d'adresse.
Un programme élémentaire comprend les étapes suivantes :
 Initialisation du PC avec l'adresse de début de programme,
 Envoi du contenu du PC sur le bus d'adresse, lecture du contenu de la
case adressée par PC et transfert dans le registre d'instruction en cours
de traitement (phase de recherche ou "Fetch"),
 Décodage de l'instruction par l'UC,
 Exécution de l'instruction,
 Incrémentation du PC...
Le contenu du PC peut cependant être modifié conditionnellement ou non
par des instructions de rupture de séquence.
Registres d'adresses

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Ces registres sont plus spécialement adaptés au traitement des éléments d'un
tableau. Ils sont en général munis de propriétés d'incrémentation et de
décrémentation.
Un cas particulier de pointeur est le pointeur de pile (Stack Pointer SP). Ce
registre permet de stocker des données ou des adresses selon le principe du
"Dernier Entré Premier Sorti" ou "LIFO" (Last In First Out). Dans certain cas,
la pile est contenue dans l'UT, mais la plupart du temps elle est située en
mémoire.
Registres d'index ou pointeurs
Il est généralement composé de 8 bits à considérer individuellement. Chacun
de ces bits est un indicateur dont l'état dépend du résultat de la dernière
opération effectuée par l’UAL. On les appelle indicateur d’état ou flag ou
drapeaux (Retenue, débordement, zéro, ...).
Registre d'état

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Un bus est un ensemble de lignes de communications groupés par fonction. Il permet
de faire transiter (liaison série/parallèle) des informations codées en binaire entre
deux points. Il est caractérisé par le nombres de lignes et la fréquence de transfert.
 Bus de données (bi-directionnel) : permet de transférer entre composants des
données ,
Exemple : résultat d'une opération, valeur d'une variable, etc.
Le nombre de lignes du bus de données définie la capacité de traitement du
microprocesseur ; selon le microprocesseur la largeur du bus peut être de 8 bits,
16 bits, 32 bits, 64 bits.
 Bus d'adresses (uni-directionnel) : permet de transférer entre composants des
adresses,
Exemple : adresse d'une case mémoire, etc.
L’espace adressable peut avoir 2n emplacements, avec n est le nombre de lignes
du bus d'adresses.
 Bus de contrôle (bi-directionnel) : permet l'échange entre les composants
d'informations de contrôle [bus rarement représenté sur les schémas].
Exemple : périphérique prêt/occupé, erreur/exécution réussie, etc.
Les bus
Microprocesseurs (MPU) : Liaisons entre unités (Bus)

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MPU communique avec la Mémoire les Ports I/O, en utilisant le Système Bus :
 Address bus
o Unidirectional
o Memory and I/O Addresses
 Data bus
o Bidirectional
o Transfers Binary Data and Instructions
 Control lines
o Read and Write timing signals
Bidirectional
Unidirectional

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 Les communications entre l’unité centrale (CPU) et les autres modules
se font par l’intermédiaire de bus.
 Bus :
o Le bus de commande assure la synchronisation des opérations du système.
Transporte les signaux de contrôle entre UC et autres modules.
o Le bus de données transmet les données échangées par différents modules.
Bidirectionnel (lecture, écriture)
Format des données (8,16, 32-bit)
o Le bus d’adresses sert à sélectionner la source ou la destination des
données.
• Unidirectionnel.
• Transporte des adresses, sa largeur détermine la capacité d’adressage.
Ex : 16-bit 65536 données.

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Une mémoire est un ensemble de cellules élémentaires qui stockent chacune
un bit. Le nombre de cellules est appelé "capacité" de la mémoire. A chaque
cellule sont associées 2 informations :
- une adresse (numéro) permettant de désigner la cellule,
- une donnée représentée par son état.
Microprocessors (MPU) : Mémoires
La possibilité d'accéder à une cellule quelconque en fournissant son adresse
est appelée "accès aléatoire« . On distingue un mode de lecture permettant
de connaître l'état de la cellule sélectionnée et un mode d'écriture permettant
d'imposer son état. Ces 2 modes sont définis par l'état d'une ligne de lecture-
écriture (Read/Write : R/W).

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 Mémoire :
 La mémoire principale sert à stocker les programmes en cours
d’exécution et les données manipulées.
 La mémoire de masse sert à stocker les programmes ou données
qui ne sont pas utilisées dans l’immédiat (disques durs, CD
ROM,…).
Note : la plupart des mémoires à semi-conducteur sont à accès
aléatoire. Par contre les mémoires dites "de masse" (disques,
bandes, mémoires à bulles,..) sont à accès séquentiel.

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On distingue généralement deux types de mémoires :
 Mémoire vive (ou RAM)
 Mémoire morte (ou ROM).

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Les mémoires vives ou RAM (Random Access Memory) pour mémoires à
accès aléatoire ou direct, sont des mémoire volatiles, cela signifie que si
l'on coupe l'alimentation, les données qu'elles contiennent sont perdues.
Ses caractéristiques sont les suivantes :
o Elle sert à stocker les programmes exécutés par le processeur
o Elle est accessible en lecture et en écriture
o Elle est organisée sous forme matricielle
Mémoires vives

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Mémoires Mortes
Se sont des mémoires à lecture seule (Read Only Memory), l’écriture
nécessite un programmateur ou une procédure plus longue que pour Les
informations qu'elle contient sont conservées en permanence, même lors
d’une coupure d’alimentation.

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 k lignes d’adresses permettent l’accès aux cellules mémoire
La taille d’un bloc mémoire est 2k.
 Une ligne de commande R/W
Mémorisation de l’information, accès en écriture (R/W =0)
Restitution de l’information, accès en lecture (R/W =1)
 Port d’écriture
 Port de lecture
Organisation de la mémoire principale
Microprocesseur (MPU) : Mémoires

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Exemple : k=16, n=8
 Bus d’adresse de 16 bits, chaque ligne d’adresse peut prendre la
valeur 0 ou 1.
216=65536 adresses
 Bus de données 8 bits
Capacité de mémoire de 65536 mots de 8 bits
o 65536 octets
o 65536/1024=64 Koctets
o 65536*8=524288 bits
o 524288/1024=512 Kbits
1 octet=8 bits
Microprocesseurs (MPU) : Mémoires

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 La capacité : c’est le nombre total de bits que contient la mémoire. Elle
s’exprime aussi souvent en octet.
 Le format des données : c’est le nombre de bits que l’on peut mémoriser
par case mémoire. On dit aussi que c’est la largeur du mot mémorisable.
 Le temps d’accès : c’est le temps qui s'écoule entre l'instant où a été lancée
une opération de lecture/écriture en mémoire et l'instant où la première
information est disponible sur le bus de données.
 Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux
demandes successives de lecture ou d'écriture.
 Le débit : c’est le nombre maximum d'informations lues ou écrites par
seconde.
 Volatilité : elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire.
L'information stockée est volatile si elle risque d'être altérée par un défaut
d'alimentation électrique et non volatile dans le cas contraire.
Microprocessors (MPU) : Caractéristiques d’une mémoire

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 Programme : séquence d’instructions décrivant au microprocesseur ce qu’il doit
effectuer ou faire.
 Exécution : réalise une séquence d’instructions.
 Langage de programmation : langage pour écrire des instructions au
microprocesseur.
 Langages principaux :
- Langage machine ou code objet (binaire)
- Assembleur (mnémoniques)
- Haut niveau (C, Pascal…)
 Compilateur : transforme un programme en langage de haut niveau en
séquence d’instruction machine (code objet).
Microprocesseurs (MPU) : Notions

60
 Chaque microprocesseur reconnaît un ensemble d’instruction
appelé jeu d’instructions
o CISC : nombre important d’instructions.
o RISC : nombre moins important d’instructions.
 Une instruction est définie par son code opératoire qui est une
valeur numérique binaire
o On utilise une notation symbolique : les mnémoniques.
o Un programme constitué de mnémoniques est appelé programme
assembleur.
Microprocesseurs (MPU) : Notions
Jeu d’instructions

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 Types de données de base
o Nombres entiers (0, -23, 0, 6, 65635)
o Nombres réels (0.3, -3.2, 5, 10e3)
o Booléens (true, false)
o Caractères (‘a’, ‘b’, ‘?’, ‘&’, ‘0’)
 Systèmes de numération
o Décimal : 0 … 9, décomposition en puissances de 10
o Hexadécimal : 0 à 9 et A…F, décomposition en puissances de 16
o Binaire : 0 ou 1, décomposition en puissances de 2
 Décimal et hexadécimal sont utilisables pour l’être humain
 Représentation binaire est utilisable par l’ordinateur
 Mot binaire
o Bit (Binary digit)
o Quartet (nibble) 4 bits
o Octet (byte) 8 bits
 Terminologie utilisée sur les processeurs 32-bit (y compris ARM)
o Demi-mot (half-word) 16 bits Mot (word) 32 bits
o Double-mot (double word) 64 bits
 /! la terminologie peut changer d’une famille à l’autre
o Motorola, Intel
o word 16 bits, long word 32 bits, quad word 64 bits
Représentation de l’information
Microprocesseur (MPU) : Notions

62
Microprocesseurs (MPU) : Mémoires
Exécution d’un programme

63
En supposant que le code du programme d'application est dans la RAM, le cycle
d'exécution du programme se déroule comme suit :
1. La CPU émet (1) l'adresse de l'emplacement mémoire contenant l'instruction
requise (cette adresse est conservée dans le compteur de programme). L'exemple
d'adresse est présenté sous forme hexadécimale (3A24), mais il est affiché sous
forme binaire sur les lignes d'adresse du processeur. La logique du décodeur
d'adresse utilise l'adresse pour sélectionner la puce mémoire allouée à cette adresse.
Le bus d'adresses se connecte également directement à la puce de RAM pour
sélectionner l'emplacement individuel, ce qui donne un processus de sélection
d'emplacement mémoire en deux étapes.
2. Le code d'instruction est renvoyé à la CPU depuis la puce RAM via le bus de
données (2). La CPU lit l'instruction du bus de données dans un registre
d'instructions. La CPU décode ensuite et exécute l'instruction (3). Les opérandes
(code à traiter) sont extraits (4) des emplacements suivants dans la RAM via le bus
de données, de la même manière que l'instruction.
3. L'exécution de l'instruction continue en alimentant le ou les opérandes dans la
logique de traitement de données (5). Des données supplémentaires peuvent être
extraites de la mémoire (6). Le résultat de l'opération est stocké dans un registre de
données (7), puis éventuellement dans la mémoire (8) pour une utilisation
ultérieure. Entre-temps, le compteur de programme a été incrémenté (augmenté) à
l'adresse du code d'instruction suivant. L'adresse de l'instruction suivante est ensuite
émise et la séquence est répétée à partir de l'étape 2.
Microprocesseurs (MPU) : Exécution d’un programme

64
Microprocesseurs (MPU) : Système Embarqués (SE)
Système informatique qui sert à exécuter des programmes ; il
procure des résultats ou prend des décisions en fonction des
données introduites.
Critères de performance des Système Embarqués (SE)

65
Ouvrir la porte du garage
Système Embarqués (SE) : Microprocesseurs (MPU)

66

67
Logiciel et automatique embarquée pour l'énergie

68
Architecture générale d'un système informatique
Microprocesseur (MPU)

69
 Le type de CPU : 386 , 486, Pentium, 68k, Power PC, Monochip, DSP ...
 Les fréquences d'horloge.
 Les capacités mémoires RAM et ROM.
 Le nombre et la nature des dispositifs d'entrées sorties.
 La taille et le nombre des bus de données (8, 16, 32, 64)
 La taille le nombre des bus d'adresse (16, 24, 32, 64).
 Le type des bus d'extension : ISA, PCI, PCM, VME, PXI, Compac PCI, VXI
 Les systèmes d'exploitation utilisés : MSDOS, Windows, UNIX, Noyaux
temps réels.
Microprocesseurs (MPU)
Caractéristiques d’un système informatique

70
Pierre LECOY, Professeur ECP, Technologies opto-electroniques.
J. Cho et al.: White light-emitting diodes , 1600147 (8 of 17)
 Anne Julien-Vergonjanne, XLIM , Pourquoi et comment communiquer en Optique Sans Fils : de l’Infrarouge au Li-Fi .
http://www.ledbenchmark.com/faq/LED-interference-issues.html
Andras Kovacs et al., Intelligent control for energy-positive street lighting, Energy, 114 (2016) 40-51.
Fathima Dheena P.P, IOT Based Smart Street Light Management System, ICCS2017
http://www.gridComm-plc.com/- intel.com/iot
https://bushengwang.wordpress.com/2015/06/08/week-13b-smart-city-studies-songdo-and-chicagos-strategies-in-traffic-management/
Latif Ullah Khan, Digital Communications and Networks 3 (2017) 78–88.
Image sensor based visible light communication
Vehicle Motion and Pixel Illumination Modeling for Image Sensor Based Visible Light Communication
Vehicle to vehicle communication using “visible light communication technology”.
Emilie Bialic, Intelligent Transportation Systems & Photovoltaic LiFi Communication Solution.
https://www.bioenabletech.com/smart-traffic-management-system
http://ciscorouterswitch.over-blog.com/2017/02/lifi-vs.wifi-basic-difference-between-lifi-and-wifi.html
Moussa Ayyash et al. Coexistence of WiFi and LiFi towards 5G: Concepts, Opportunities, and Challenges, IEEE Communications Magazine -
February 2016.
LINGJIAOC HEN, et al. Vol. 24, No. 14 | 11 Jul 2016 | OPTICS EXPRESS 15570.
Grzegorz J. Blinowski, intl journal of electronics and telecommunications, 2016, VOL. 62, NO. 1, PP. 7-13.
Jupeng Ding, November 10, 2010 / Vol. 8, No. 11 / chinese optics letters.
Source: http://www.ijcta.com/documents/volumes/vol5issue1/ijcta2014050121.pdf
Visible Light Communication Based Traffic Information Broadcasting Systems
Visible Light Communication for Cooperative ITS
Mayank Swarnkar et al., Architectural Building Protocols for Li-Fi (Light Fidelity),
Aminy E. Ostfeld, Flexible photovoltaic power systems: integration opportunities, challenges and advances, 2017.
http://idm2011bg.com/led-solutions/led-traffic-solutions/solar-traffic-light-system.
Patrizio Primiceri and Paolo Visconti, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, VOL. 12, NO. 1, JANUARY 2017 ISSN 1819-6608.
Pompage par LED de matériaux laser émettant dans le visible ou l’infrarouge proche.
OLEDs – Cours commun Ecoles Doctorales SPI/SC – L. Vignau
https://www.poal.fr/appfree/filtre-cpl-protection-anti-linky.html
https://www.jechange.fr/telecom/internet/guides/courant-porteur-en-ligne-3587
Andras Kovacs et al., Intelligent control for energy-positive street lighting, Energy 114 (2016) 40-51.
Ram Sharma, Optimal LED deployment for mobile indoor visible light communication system: Performance analysis.
Références

71
Références
 F. Z. BELOUADHA, Systèmes embarqués à microcontrôleurs, Filière Génie Informatique-EMI
 C. Brunschweiler, Architecture des systèmes embarqués
 https://www.ukonline.be/cours/embeddedsystems/programming/chapitre1-1
 https://www.gminsights.com/industry-analysis/embedded-system-market
 Guy SINNIG, Les bases des systèmes embarqués, IUT – département informatique.
 https://blog.orsys.fr/les-carnets/index.php/2015/12/18/tour-dhorizon-des-systemes-embarques-linux/
 Les objets connectés Systèmes mobiles et réseaux de capteurs , Conférence Captronic/Openwide – 2 Octobre 2014.
 http://drrajivdesaimd.com/2016/07/19/internet-of-things-iot/
 The Internet of Things: Vision, Architecture and Applications
 https://www.guillaumeriviere.name/estia/poo/tp_iot/
 https://axible.io/comprendre-simplement-le-nfc/
 http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?p=objets-connectes-technologies
 Christos Stergiou: Secure integration of IoT and Cloud Computing
 https://iotlearners.com/four-pillars-of-iot-m2m-rfid-scada-wsn/
 http://www.ameterreading.com/v2/en/iot-versus-m2m-whats-the-difference/
 Saber Talari, A Review of Smart Cities Based on the Internet of Things Concept, energies, 2017.
 Jorge Higuera, Trends in smart lighting for the Internet of Things
 https://www.theengineeringprojects.com/2019/03/introduction-to-dht11.html
 Optical Vehicle‐to‐Vehicle Communication System Using LED Transmitter and Camera Receiver.
 Etude et réalisation d’un système de communications par lumière visible (VLC/LiFi). Application au domaine Automobile. Alin Cailean
 Mesure de distance et transmission de données intervéhicules par phares à LED, Bastien Béchadergue.
 https://www.theengineeringprojects.com/2018/06/introduction-to-arduino-uno.html
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 K.Prathyusha, DESIGN OF EMBEDDED SYSTEMS FOR THE AUTOMATION OF DRIP IRRIGATION
 Automatic Irrigation System using Embedded System and GSM Technology
 Design of GSM Based Embedded System for Irrigation
 https://zarinsam.blogspot.com/2017/07/automatic-irrigation-system-using-8051.html
 Microcontroller Based Automatic Drip Irrigation System, Rahul G.
https://www.studyforengineering.com/2018/12/gsm-based-automatic-plant-irrigation.html
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https://www.elprocus.com/smart-irrigation-system-using-iot/
 M. Safdar Munir et al., Design and Implementation of an IoT System for Smart Energy Consumption and Smart Irrigation in Tunnel Farming
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 Souvanxay Lorvanleuang*, Yandong Zhao, Automatic Irrigation System Using Android
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 http://www.indianjcancer.com/article.asp?issn=0019-
509X;year=2015;volume=52;issue=2;spage=236;epage=241;aulast=Saxena
 Introduction aux systèmes embarqués, EMB7000
 https://microprocesseurs.communiquons.org/fonctionnementMathematique/typesDeMicroprocesseurs/
 http://microprocesseur.over-blog.com/pages/Familles_de_Microprocesseurs-1096246.htm
 http://microprocesseur.over-blog.com/pages/Familles_de_Microprocesseurs-1096246.html
 http://gei.insa-toulouse.fr/fr/formation_initiale/automatique_electronique/embedded-smart-power-electronics/espe-programme-
detaille.html
 M. MURUGANANDAM Asst. Professor/EEE, EMBEDDED SYSTEM BASICS AND APPLICATION, Muthayammal Engineering College,
Rasipuram-637 408.
 Martin Bates, PIC Microcontrollers, An Introduction to Microelectronics, Third Edition 2011.
 https://rmdiscala.developpez.com/cours/LesChapitres.html/Cours1/Chap1.5.htm
Références

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