Y a-t-il une vie au-delà des cartes Raspberry Pi ?

Cartes  Application
Y a-t-il une vie au-delà
des cartes Raspberry Pi ?
Au cours des dernières années, de nombreuses cartes de démonstration et
de développement modulaires à moins de 100 dollars sont apparues sur le marché.
Les coûts ne constituent donc plus un obstacle. Mais quid du facteur de risque
en production critique ? Quid des délais de conception ? Varient-ils d’une plate-forme
à une autre ? La communauté en ligne va-t-elle être fiable ? Toutes ces questions, et bien
d’autres, se doivent d’être posées avant de sélectionner une carte. Revue de détail.
C
’est l’été, la saison la plus
agréable de l’année. Il fait
beau, le championnat de
fo ot ball va bientôt
reprendre et les salles de cinéma présentent les films de l’été. En tant
qu’amateur de cinéma, je ne peux
m’empêcher de noter les similitudes
entre les choix de sorties familiales
dans la ville illuminée et ceux auxquels sont confrontés les concepteurs
systèmes au moment de sélectionner
leur prochaine plate-forme de développement ou de démonstration.
Surtout lorsque de nombreux outils
de pointe sont devenus si peu chers,
de plus en plus attractifs et offrent un
sentiment de satisfaction toujours
plus grand !
Au cours des dernières années, on a
en effet vu apparaître de nombreuses
cartes de démonstration et de développement modulaires à moins de
100 dollars, issues de différentes
sources. Mais attention, même si les
niveaux de prix sont tous similaires,
l’expérience utilisateur, les fonctionnalités et la flexibilité diffèrent au plus haut point. Ces
cartes portent des noms désormais célèbres, comme Raspberry Pi, Arduino, Beagle­
Board ou encore Tower.
Chacune d’entre elles présentent des avantages et des
inconvénients pour tenter de
répondre aux exigences
ambitieuses des concepteurs
d’aujourd’hui. Car si leur prix
AUTEUR
David Sandys,
directeur
marketing
fournisseurs
(Digi-Key
Corporation).
d’achat reste faible, quelle que soit
la carte, cet état de fait ne dispense
nullement de passer un peu de temps
en amont pour s’assurer que les exigences de départ seront satisfaites.
La plate-forme Raspberry Pi est sans
conteste la plus connue de ces
plates-formes. Pour seulement
25 dollars, on dispose d’une carte,
d’un environnement de développement intégré (IDE) open source GNU
et d’une communauté prête à vous
assister. Il s’agit d’une bonne plateforme qui peut être suffisante si l’on
crée une alarme de porte de réfrigérateur automatisée pour sa maison
(vu que nos enfants ne referment
jamais la porte !). Mais au-delà de
l’anecdote, il doit bien y avoir une
raison pour que de nombreuses
alternatives à la Raspberry Pi
existent !
Une étude récente du site Kickstarter.
com montre qu’il y avait 23 projets
axés sur la plate-forme Raspberry Pi
contre 97 projets centrés sur la plate-
forme Arduino. Mais si l’on espère
passer de la conception au stade de
production, il faut non seulement
s’assurer que la conception soit réussie et fiable, mais également être
certain que le prototype et son évolution en production seront également possibles. Dans cette optique,
rappelons ici que la carte Raspberry Pi utilise un système sur puce
(SoC) basé sur ARM1176 de
Broadcom. Et même s’il existe
encore beaucoup de détenteurs de
licence pour ARM11, la plupart
d’entre eux sont déjà passés des
architectures ARM traditionnelles
aux dispositifs à base de Cortex plus
modernes. La société ARM elle
même recommande les circuits
basés sur un cœur Cortex-A5 pour
les nouvelles conceptions de SoC
(voir la section « Considering an
ARM1176-based design ? » sur http://
www.arm.com/products/processors/
classic/arm11/arm1176.php). De
plus, toutes les alternatives à Rasp-
La carte Arduino Due est
architecturée autour d’un
microcontrôleur 32 bits
flash Atmel SAM3X doté
d’un cœur ARM Cortex-M3.
●
L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013 /
35
Application  Cartes
VUE D’ENSEMBLE DES PLATES-FORMES DE DÉVELOPPEMENT ÉCONOMIQUES
PROCESSEUR(S)
ARCHITECTURE(S)
ENVIRONNEMENTS IDE
COMMERCIAUX
PRINCIPAUX (*)
RTOS ÉCONOMIQUES
SUPPORTÉS
ATmega32/32x, ATmega2560,
ATmega16x, AT91SAM3X8E
ATmega, ARM Cortex-M3
Arduino IDE
FreeRTOS, ChibiOS/RT
OMAP3/AM335x
ARM Cortex-A8
IAR Embedded
Workbenchnull
Linux, Android, Ubuntu
Cerebot/Microchip
dsPIC33f, PIC32MX
dsPIC, PIC32 (MIPS)
MPLAB IDE
FreeRTOS
ChipKit/Microchip
PIC32MX
PIC32 (MIPS)
MPLAB
FreeRTOS
Discovery/
STMicroelectronics
STM32
ARM Cortex-M0/M3/M4
IAR Embedded
Workbench,Keil MDK-ARM
FreeRTOS, ChibiOS/RT
Freedom/Freescale
Kinetis K20 & KLxx
ARM Cortex-M0+/M4
CodeWarrior IDE, IAR
Embedded Workbench
MQX, MQX Lite
i.MX233-OLinuXino/
Freescale
i.MX23
ARM9
MSP430, Piccolo, Tiva
MSP430, TMS320F282x,
ARM Cortex-M4
Code Composer, IAR
EWARM (Tiva), Keil MDKARM (Tiva)
TI RTOS, FreeRTOS
LPCXpresso/NXP
LPC1xxx
ARM Cortex-M0/M3
Code Red
Linux
Pioneer/Cypress
Semiconductor
PSoC 4
ARM Cortex-M0
PSoC Creator IDE
PSoC5 LP
ARM Cortex-M3
PSoC Creator IDE
FreeRTOS
MPC5125, Kinetis, HCS08/S08,
S12, MCF51xx
e300, ARM Cortex M0+/M4,
MC9S08/12, Coldfire V1
CodeWarrior IDE, IAR
Embedded Workbench
MQX, FreeRTOS
Wandboard/Freescale
i.MX6
ARM Cortex-A9
-
Linux, Android, Ubuntu
Xplained, Xplained Pro/
Atmel
ATmega128/256, AT32UC,
ATSAM4
ATmega, XMEGA, AVR32,
ARM Cortex-M0/M3/M4
Studio 6 IDE
FreeRTOS
RL78/G14
RL78
IAR Embedded Workbench
FreeRTOS, Android
CARTE/FABRICANT
Arduino/Atmel
BeagleBoard & BeagleBone/
TI
LaunchPad/TI
CY8CKIT-050/Cypress
Semiconductor
Tower System/Freescale
YRDKRL78G14/Renesas
Linux, Android
De nombreux dérivés prennent en charge des fonctionnalités spécifiques. Une liste complète des spécifications est disponible sur le site eeWiki de Digi-Key :
www.eewiki.net/display/DKSB.
(*) La chaîne d’outils GNU/GCC est également disponible pour plusieurs des plates-formes ci-dessus.
berry Pi présentent aujourd’hui de
nombreuses versions pour s’adapter
au jeu de périphériques spécifique
des divers modèles des familles de
microcontrôleurs utilisés. Or, ils
n’existe que deux versions de Raspberry Pi pour l'instant et les seules
différences résident dans la configuration mémoire, le nombre de ports
USB, la connectivité Ethernet, un
circuit de réinitialisation et un orifice
de montage.
Quelles sont donc les autres
alternatives ?
Commençons par Arduino. Conçue
à l’origine autour des microcontrôleurs AVR 8 bits d’Atmel, la plateforme Arduino offre un langage
convivial permettant de programmer
facilement et efficacement des applications. Les ingénieurs peuvent également utiliser un environnement C
standard, s’ils le souhaitent, et la
36 / L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013
plate-forme a été étendue en gamme
jusqu’aux solutions ARM 32 bits
d’Atmel. Il existe bien entendu un
écosystème et une communauté
pour aider à réaliser ses conceptions.
On compte actuellement plus de
50 cartes disponibles auprès d’Arduino et de tierces parties et les
« shields » (cartes d’extension)
peuvent étendre à l’infini (ou
presque) les fonctionnalités de la
carte de base. Ces « shields » se combinent à une carte Arduino standard
pour, par exemple, apporter des
capacités de communication sans fil,
des capteurs, des écrans LCD, des
liens Ethernet, un système GPS, des
commandes moteur, etc. Il est même
possible de combiner plusieurs
« shields » pour créer des systèmes
sophistiqués. La plate-forme Arduino
est si populaire que des cartes compatibles sont disponibles auprès de
fournisseurs et tierces parties pour les
architectures de TI, Freescale, Microchip et NXP. Par exemple, la nouvelle plate-forme Freedom de Freescale, dédiée à ses microcontrôleurs
à base de Cortex, présente un
« shield » compatible Arduino et offre
des solutions de développement
logiciel pour accélérer les délais de
mise sur le marché. Les plates-formes
Arduino sont disponibles à partir de
25 dollars et la plupart affiche un prix
inférieur à 50 dollars.
BeagleBoard, BeagleBone et BeagleBone Black constituent un autre
ensemble d’environnements de
développement/démonstration économiques hautement fonctionnels.
Tout comme pour la Raspberry Pi et
l’Arduino, la communauté BeagleBoard présente un support et un
contenu riches. Ces solutions sont
axées autour des processeurs et
microcontrôleurs de Texas Instruments et, même si les cartes Beagle-
Cartes  Application
Board sont un peu plus chères que
les autres plates-formes, le développeur bénéficie de nombreuses
fonctionnalités avec un investissement qui n’est que légèrement supérieur. Ainsi, la carte BeagleBone
Black ne coûte que 49 dollars, alors
qu’elle est dotée d’un processeur
Sitara AM355x de Texas Instruments
basé sur un cœur Cortex-A8,
cadencé à 1 GHz, avec en outre un
accélérateur graphique 3D, un accélérateur en virgule flottante et deux
microcontrôleurs PRU 32 bits. On
trouve aussi sur la carte un port USB
(client et hôte), une interface Ethernet
et un port HDMI. Enfin, la plateforme prend en charge les systèmes
Linux, Android, Ubuntu, etc. L’extension de l’environnement BeagleBoard se fait via de petites cartesfilles nommées « Capes » qui se
connectent avec des embases à la
plate-forme de base. Ces Capes permettent d’ajouter de nombreuses
fonctionnalités à la carte d’origine, y
compris des commandes moteur, des
écrans LCD, de la communication
sans fil ou filaire, des implantations
de bus, etc.
Les systèmes Tower, mbed
et Xpresso à ne pas négliger
Le système Tower de Freescale
constitue également un environnement de développement/démonstra-
Le système de développement
Tower de Freescale permet de
construire des applications basées
sur architectures HCS08, Coldfire
V1, Kinetis et sur des architectures
de puissance.
●
La BeagleBone Black est conçue autour d’un processeur Sitara AM355x de Freescale
doté d’un cœur ARM Cortex-A8 cadencé à 1 GHz.
●
tion de choix. Tower est une plateforme modulaire présentant des
modules de base conçus autour des
familles de microcontrôleurs de
Freescale, des architectures 8 bits aux
microcontrôleurs Kinetis basés sur
des cœurs ARM 32 bits, en passant
par les architectures de puissance. Le
système Tower diffère des cartes
concurrentes comme Raspberry Pi,
Arduino et BeagleBone en ce sens
que tous les modules, et leurs extensions, sont disponibles en tant que
références Freescale, bien qu’il
s’agisse de solutions en open source.
Les modules d’extension incluent
des capteurs divers, la conversion analogique-numérique haute
performance, des
systèmes Wi-Fi,
l’affichage LCD, la
commande moteur,
etc. Les solutions
Tower Kinetis et
ColdFire fonction­
nent avec le système d’exploitation
temps réel open
source MQX. Si
vous avez besoin
d’un système d’exploitation temps réel,
cette solution est attractive pour tous ceux qui
développent des applications critiques. Côté prix, les
plates-formes Tower sont disponibles à partir de 50 dollars, et certaines des fonctionnalités avancées
proposées offrent une réelle valeur
ajoutée pour un investissement
somme toute modeste.
Pour ceux qui recherchent une solution architecturée sur les microcontrôleurs LPC de NXP, les plates-formes
de développement/démonstration
mbed et Xpresso peuvent les satisfaire. NXP présente également des
plates-formes économiques issues de
tierces parties, comme les environnements Keil et IAR, qui sont intégrées
à leurs suites logicielles. Les concepteurs peuvent alors s’appuyer sur
LPCware de NXP, une communauté
en ligne dédiée aux solutions de
microcontrôleurs NXP.
D’autres plates-formes économiques
et riches en fonctionnalités sont dis­
ponibles, par exemple Wandboard
et sa solution monocœur à base
d’i.MX6 de Freescale à 79 $, avec la
possibilité de mettre en œuvre des
services Android Jelly Bean, Ubuntu
et Linux. D’autres tierces parties
comme Olimex offrent diverses platesformes via de nombreux dispositifs
(STMicroelectronics STM32, Freescale
i.MX21, Microchip PIC, etc.). La liste
de possibilités est (presque) infinie.
Pour une liste plus complète et plus
détaillée, Digi-Key a créé un outil de
sélection de carte de développement/démonstration convivial, disponible sur :
http://eewiki.net/display/Resources/
Comparison+of+Embedded+System
+Development+Platforms
Le support technique est accessible
par Web chat, téléphone, eeWiki ou
via la communauté technique en
ligne de Digi-Key, TechXchange. n
L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013 /
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Logiciels & systèmes
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