Les systèmes embarqués

Aujourd’hui, je vous propose un voyage de découverte dans le monde des systèmes embarqués. Sous ce terme se cache une réalité très concrète qui se caractérise par un ensemble matériel et logiciel dédié à une tâche précise, disposant de ressources limitées et fonctionnant de manière autonome en temps réel.

On trouve ce genre de systèmes dans de nombreux domaines tels que le :

• Médical (appareils de mesure, scanners, systèmes de surveillance des patients)
• Automobile (régulateur de vitesse, ABS, voiture autonome)
• IoT (montres connectées, lunettes connectées, bracelet intelligent)
• Domotique (système d’alarme, capteurs, réfrigérateur, four, lave-linge connectés, télécommande)
• Multimédia (caméras, drones)
• Usine (bras robotique, système de surveillance)

Qu’est-ce qu’un système embarqué ?

Quand on parle de systèmes embarqués, on parle surtout de programmation embarquée. Il s’agit d’un type spécifique de programmation qui prend en charge la conception d’appareils qui utilisent leur propre système d’exploitation et pas un système d’exploitation traditionnels comme sur un ordinateur.

La programmation embarquée consiste donc à concevoir des logiciels pour des microcontrôleurs qui sont eux-mêmes utilisés dans des appareils autonomes. Je pense par exemple à une voiture autonome, un thermostat connecté (IoT) ou encore un pacemaker de dernière génération.

Généralement, les systèmes embarqués se composent de capteurs capables de collecter des données comme la température ou les coordonnées GPS. Mais également de processeurs et de mémoire dédiés au traitement de l’information et à la prise de décision ainsi que des éléments capables de transcrire matériellement les décisions prises par le logiciel tel qu’un microcontrôleur.

Quelles technologies maîtriser ?

Pour concevoir et créer des systèmes embarqués, vous aurez besoin de plusieurs compétences. Tout d’abord, vous devrez apprendre au minimum le C / C++ et éventuellement le Rust. La compréhension de l’assembleur est également un plus. Certains systèmes embarqués reposent également sur des systèmes GNU/Linux et offrent parfois des interfaces web à l’utilisateur. Avoir une bonne maitrise de Python et de PHP est donc très souvent nécessaire.

Vous l’aurez compris, il faudra être multi-langages, connaître les protocoles comme HTTP ou MQTT, mais également les services IoT proposés par Google Cloud Platform, IBM Watson, Azure et AWS.

Ça c’est pour la partie soft. Maintenant niveau matériel, vous devrez évidemment avoir de bonnes connaissances en électronique : la tension, le courant, la puissance, la résistance, la loi d’Ohms..Etc., mais également savoir lire et analyser les manuels d’utilisation des appareils, les fiches techniques des dispositifs et les schémas des cartes que vous utilisez, ou encore savoir créer des PCB (cartes électroniques) qui correspondent à vos besoins.

Vous devrez également avoir des bases en architecture informatique (bootloader, gestion de la mémoire, RAM, ROM…etc.), en composants comme les résistances, les diodes, les modules radio, Bluetooth… mais également en microcontrôleurs comme les ESP, ARM ou encore Arduino…etc.

Comme votre travail est de faire interagir du logiciel avec du matériel, vous devrez disposer d’outils élémentaires comme un fer à souder (et apprendre à souder évidemment), un multimètre numérique (DMM) et un débogueur matériel / adaptateur JTAG voire un oscilloscope vous seront utiles.

De quelles qualités faire preuve ?

Il est important d’avoir une forte capacité d’apprentissage, car le fonctionnement d’un projet, les tests, ou la réalisation d’une architecture varient souvent d’un projet à l’autre. Vous devrez également faire preuve d’une grande capacité d’analyse et de compréhension des systèmes, avoir de la rigueur et bien sûr être créatif pour relever tous les défis qui se mettront en travers de votre chemin.

Il existe également des formations diplômantes qui vous permettront de devenir ingénieur en systèmes embarqués ou roboticien. Le plus souvent, avant d’intégrer l’une de ces formations, vous devrez au préalable avoir appris le développement logiciel.

Le rôle des ingénieurs système embarqués

Armé de ce diplôme, vous deviendrez alors ingénieur en systèmes embarqués. Votre travail consistera alors comprendre le besoin, rédiger les spécifications sur projet et concevoir à la fois une architecture matérielle et logicielle en tenant compte de tous les besoins et de toutes les contraintes, qu’elles soient liées à la sécurité, aux normes, à l’autonomie, aux coûts…etc. Pour cela, vous devrez faire preuve d’aisance technique, mais également mettre en œuvre des processus d’interaction avec tous les corps de métiers impliqués dans le projet concernant aussi bien le matériel que la mécanique ou les clients applicatifs (application smartphone par exemple).

À partir de ce cahier des charges, vous mettrez alors en place l’ensemble de l’environnement technique nécessaire au projet. Vous choisirez les technologies et les langages de programmation qui seront utilisés, mais également les caractéristiques des composants qui formeront le système embarqué.

Vous devrez bien évidemment documenter l’ensemble de votre travail et lorsque le produit sera prêt, vous devrez effectuer des tests unitaires, des tests d’intégration et des tests de sécurité pour valider que l’ensemble du cahier des charges est correctement respecté.

L’entretien d’embauche

Les entretiens d’embauche ont tendance à être plus conceptuels que les entretiens classiques concernant les développeurs logiciels. Cela s’explique par la nature du sujet et l’empilement des connaissances à avoir pour pouvoir mener à bien ce genre de projet. On pourrait vous demander par exemple d’expliquer en quoi consistent un héritage, le multithreading, les différences entre un OS classique et un RTOS (Real Time OS), le chargement dynamique en mémoire ou encore les avantages et les inconvénients de l’implémentation de la 5G ou du BLE (Bluetooth Low Energy)… Bref, vous devrez vraiment connaître votre sujet.

On vous fera peut-être même coder un algo pour montrer ce que vous savez faire. Avant de vous lancer directement dans l’écriture du code, interrogez-vous sur le périmètre du problème à résoudre. Quel est le type et la taille des données entrantes, comment sont-elles classées, y a-t-il un temps de traitement limité ou une mémoire réduite, y a-t-il des données négatives, en doublon, des valeurs vides ou encore devrez-vous faire des tests sur les données pour éviter les erreurs ?

Après avoir écrit votre code, relisez-le, analysez tout ce qui entre et qui sort, repassez chaque fonction et chaque étape en revue pour éliminer à la fois les erreurs de syntaxe et les erreurs de logique. Soyez-sur de pouvoir expliquer chaque ligne au recruteur.

Conclusion

Vous l’aurez compris, le métier d’ingénieur dans le domaine des systèmes embarqués est passionnant. Mais il nécessite également beaucoup de rigueur, de savoir travailler en équipe et surtout de maitriser un grand nombre de technologies et de langages.

Mais avec la bonne formation, beaucoup de pratique et des projets intéressants, il y a de fortes chances qu’aucune de vos journées de travail ne se ressemble.