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Actualité Algorithmes La prolifération des capteurs dans les objets connectés profite à la fusion de données Plusieurs fabricants de microcontrôleurs, STMicroelectronics et Atmel en tête, se sont récemment rapprochés d’éditeurs de logiciels spécialisés dans les technologies de fusion de données multi-capteurs. L es annonces de partenariats entre fabricants de microcontrôleurs et sociétés spécialisées dans les algorithmes et technologies de fusion de capteurs s’enchaînent ces derniers temps. Rien d’étonnant à cela tant le nombre de capteurs se multiplient dans les smartphones et les tablettes… en attendant d’essaimer au sein de dispositifs embarqués sur soi ou d’objets divers et variés connectables à Internet. De jeunes firmes comme le français Movea, les américains Hillcrest Labs et Sensor Platforms, le suédois SenionLab ou l’autrichien indoo.rs se voient ainsi courtiser pour une offre permettant généralement aux fabricants d’appareils mobiles et aux développeurs de logiciels d’élaborer des applications contextuelles attractives telles que l’aide à la navigation, la géolocalisation indoor, la surveillance d’activités physiques, la reconnaissance de mouvements ou de gestes, etc. Les sensor hubs au cœur des accords Atmel est l’un des fabricants de microcontrôleurs qui ont récemment fait assaut d’annonces autour de la fusion de capteurs. Lors de la manifestation ARM TechCon qui s’est tenue fin octobre, le fournisseur de circuits a dévoilé plusieurs partenariats censés positionner son contrôleur centralisé de capteurs (ou sensor hub) SAM D20 ● Capteurs Mems, contrôleur centralisé de capteurs (sensor hub) et logiciel de fusion de données multi-capteurs, le trio gagnant des applications contextuelles attractives (géolocalisation indoor, surveillance d’activités physiques, reconnaissance de mouvements ou de gestes, etc.). comme un pivot incontournable sur le marché des appareils connectés sensibles à leur environnement. Atmel a non seulement signé des accords avec les fabricants de capteurs Bosch, Intersil, Kionix, Memsic et Sensirion, mais la société a également pris langue avec Hillcrest Labs et Sensor Platforms afin de porter les logiciels respectifs de fusion de capteurs de ces deux sociétés sur sa plate-forme. Ainsi équipé, le circuit SAM D20 à cœur ARM Cortex-M0+ peut traiter des signaux émis de multiples capteurs de mouvement (accéléromètres, magnétomètres, gyroscopes) et de données environnementales (luminosité, température, humidité, etc.) et décharger le processeur d’applications des fonctions de fusion de capteurs. Une caractéristique qui s’avère particulièrement intéressant pour un usage dans des équipements alimentés sur pile(s). De leur côté, STMicroelectronics et Movea, spécialiste des technologies LA FUSION DE CAPTEURS DANS UN MILLIARD DE SMARTPHONES EN 2016 n La localisation en continu et universelle est une fonctionnalité que l’on devrait retrouver de plus en plus systématiquement au sein des smartphones. Une tendance qui, selon ABI Research, va de pair avec l’intégration en standard de plates-formes de fusion de capteurs dans les terminaux mobiles. n Ces plates-formes ouvrent de nouvelles opportunités dans les 6 / L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 domaines de la géolocalisation indoor, du « quantified self » (méthode de capture, de visualisation et d’analyse croisée de données issues de capteurs en vue d’établir des corrélations et d’en tirer des enseignements) et de l’intelligence ambiante. Ainsi, selon le cabinet d’analystes, ce sont plus d’un milliard de smartphones qui intégreront des logiciels de fusion de capteurs d’ici à 2016. n D’ici à 2017, la fusion de capteurs deviendra la technologie de géolocalisation indoor pour téléphones mobiles la plus importante, devant les techniques de triangulation Wi-Fi et Bluetooth Low Energy (BLE), assure le cabinet d’études de marché qui note toutefois que les approches hybrides, associant Wi-Fi, BLE et fusion de capteurs, s’imposeront dès 2014. de fusion de données multi-capteurs et de traitement des mouvements pour appareils d’électronique grand public, ont signé un accord qui porte sur l’intégration de la technologie SmartMotion de la jeune firme grenobloise dans le microcontrôleur STM32F401, ce dernier étant alors utilisé comme sensor hub. L’incorporation des blocs de propriété intellectuelle de Movea dans le STM32F401 doit, là aussi, soulager les processeurs d’applications des tâches désormais accomplies par les nœuds de capteurs, avec pour corollaire une baisse de la consommation globale. Ainsi, la fonction de navigation piétonne à l’estime (Pedestrian Dead Reckoning) de Movea s’avère peu gourmande en énergie lorsqu’elle est exécutée sur ce contrôleur centralisé basse consommation, assure ST. Dans la pratique, la solution développée par Movea rassemble les données collectées par un accéléromètre, un gyroscope, un magnétomètre et un capteur de pression pour fournir des fonctionnalités avancées de détection de mouvement à la plateforme STM32F401. Ces fonctionnalités enrichissent les capteurs avec des fonctions telles que l’étalonnage automatique, l’orientation 3D, la boussole 3D, la reconnaissance de mouvements, la surveillance d’activités et l’aide à la navigation pour les piétons. Architecturé autour d’un cœur Cortex-M4 cadencé à 84 MHz associé à un accélérateur de mémoire en temps réel adaptatif (ART), le STM32F401 avec technologie et outils SmartMotion est disponible depuis quelques semaines. Ajoutons qu’en décembre, Movea a signé un accord du même type avec la société chinoise Nuvoton, créée en 2008 par essaimage de Winbond Electronics. Sont concernés les contrôleurs centralisés de capteurs de la famille NPCF204U et les microcontrôleurs intégrés NPCF28Bx de la firme asiatique. PIERRICK ARLOT Communication Actualité Smart grid : les transmissions CPL bas débit ont enfin leur norme IEEE IEEE 1901.2. Tel est le petit nom de la norme que le célèbre organisme IEEE a donné à sa première spécification dédiée aux communications bas débit sur lignes électriques et visant explicitement le marché des compteurs d’électricité « intelligents ». La cohabitation avec les standards de facto Prime et CPL-G3 devrait être assurée. L e 6 décembre 2013, l’organisme IEEE a publié, pour la première fois, une norme pour transmissions CPL (Courants porteurs en ligne) à bande étroite dédiée au smart grid. Basé sur une modulation multiporteuse OFDM et exploitant des bandes de fréquence inférieures à 500 kHz, le standard IEEE 1901.2, c’est son nom, stipule un débit maximum de 300 kbit/s et vise à compléter l’actuelle spécification IEEE 19012010 réservée, elle, aux transmissions CPL à plusieurs dizaines de mégabits par seconde sur réseaux multimédias résidentiels. Le champ d’application de la nouvelle norme couvre à la fois la connexion des compteurs électriques communicants au smart grid, les échanges entre les véhicules électriques et les bornes de recharge, et divers scénarios de contrôle/commande en environnement réseau résidentiel. Les transmissions compatibles IEEE 1901.2 pourront être véhiculées sur des lignes électriques basse tension (moins de 1 000 V) ou moyenne tension (jusqu’à 72 kV), tant en zones urbaines qu’en environnement rural où des distances de plusieurs kilomètres sont envisageables. Dans la pratique, la spécification IEEE 1901.2 se décline selon trois volets différents. Si le premier définit les couches PHY et MAC et si le deu- COMPARAISON DES STANDARDS CPL BANDE ÉTROITE PRIME, CPL-G3 ET IEEE 1901.2 NOM PRIME (OFDM) G3 (OFDM) 1901.2 (OFDM) Modulations des porteuses DBPSK/ DQPSK/ D8PSK DBPSK/ DQPSK/ (D8PSK) DBPSK/ DQPSK/ D8PSK/ modulation cohérente Débits 21/42/ 64 kbit/s (avec codage) 20,36/34,76/ (46) kbit/s (pour la bande Cenelec) Echelonnable jusqu’à 250 kbit/s Bandes de fréquence Cenelec A (42 - 89 kHz) Cenelec A (36 - 91 kHz)/ Arib/FCC Cenelec A/ Arib/FCC Mode robuste Non Oui Oui Couche MAC MAC Prime 802.15.4/ Profil G3 802.15.4/ Profil G3 Couche de convergence CEI 61334-432/IPv6 6LoWPAN/ IPv6 6LoWPAN/ IPv6 L’alliance HomePlug a salué la publication de la norme IEEE 1901.2. Rien d‘étonnant à cela : c’est elle qui, à travers le programme Netricity, sera chargée de tester et de certifier les produits compatibles ! xième traite des exigences CEM, le troisième s’attache à préciser des mécanismes de coexistence et à garantir une cohabitation pacifique avec des standards CPL bande étroite de facto exploitant les mêmes bandes de fréquence. Un point qui s’avère crucial car la production de l’IEEE n’arrive pas en terrain vierge… En effet, plusieurs spécifications CPL pour compteurs communicants existent et CPL-G3 : UN PROTOCOLE CPL BANDE ÉTROITE RETENU POUR LE COMPTEUR LINKY FRANÇAIS n Exploitant les bandes de fré- quence comprises entre 10 kHz et 490 kHz, la spécification CPL-G3 a été labellisée par l’UIT sous le label G.9003 et a été retenue dans le cadre de la généralisation du compteur communicant Linky à tout l’Hexagone. n Annoncée comme supportant des débits de l’ordre de 300 kbit/s (une valeur ramenée à 20 kbit/s en mode normal de fonctionnement pour la bande stipulée par EDF comprise entre 35,9 kHz et 90,6 kHz), la spécification a été conçue par ERDF, Maxim et Sagemcom pour assurer la coexistence avec les anciens systèmes de télérelève S-FSK. Elle définit une couche PHY, une sous-couche MAC inspirée du standard IEEE 802.15.4 ainsi qu’une sous-couche d’adaptation 6LoWPAN facilitant la transmission de paquets IPv6 sur des canaux de transmission CPL bande étroite (à l’instar de la norme IEEE 1901.2). n La spécification est promue depuis deux ans par l’organisme G3-PLC où émargent 44 sociétés. Selon l’alliance industrielle, les couches MAC et PHY sont aujourd’hui parfaitement matures. Récemment publiée, la version 3 se caractérise en particulier par un haut niveau de convergence entre la spécification CPL-G3, la recommandation UIT G.9903 et la norme IEEE 1901.2 pour la bande de fréquence FCC (10 kHz490 kHz). Les circuits annoncés comme compatibles CPL-G3 de Freescale, Maxim, Renesas, STMicroelectronics, TI, Accent, Atmel et Enverv ont d’ores et déjà passé les tests d’interopérabilité avec succès. ont déjà donné lieu à des déploiements sur le terrain plus ou moins conséquents. En premier lieu, on pensera aux standards basés sur la technologie de modulation monoporteuse S-FSK (Spread-Frequency Shift Keying). Référencée dans la norme CEI 61334, cette modulation s’avère particulièrement résistante aux interférences bande étroite, même si les débits autorisés restent limités. A titre d’exemple, ils se situent aux alentours de 2 400 bit/s dans le cas du protocole CPL-G1 retenu par ERDF pour les expérimentations du compteur communicant français Linky. Un terrain déjà occupé… D’autres protocoles, cette fois-ci à plus haut débit, occupent aussi le terrain. C’est le cas du standard Prime. Couvrant les couches MAC et PHY, la spécification Prime s’appuie, elle aussi, sur une modulation et un multiplexage OFDM et exploite les bandes de fréquence Cenelec-A (9 kHz-95 kHz). Après un premier déploiement en volume d’une infrastructure de communication Prime basée sur 100 000 compteurs fournis par Itron, l'espagnol Iberdrola est passé en mars 2012 à la deuxième phase d’un projet qui vise à déployer 10,3 millions de compteurs communicants à l’horizon 2018. Autre protocole basé sur la technologie OFDM, le CPL-G3 (voir encadré) a, quant à lui, été retenu dans le cadre de la généralisation du compteur d’électricité Linky aux 35 millions de foyers français. Une généralisation actée par le gouvernement en juillet 2013. Le déploiement du compteur Linky pourrait, lors de la phase initiale (3 millions de compteurs à installer entre la fin 2014 et 2016), reprendre peu ou prou le protocole CPL-G1, mais, par la suite, il devrait s’appuyer sur le CPL-G3. Les appels d’offres déjà lancés par EDF stipulent d’ailleurs l’utilisation de l’un ou l’autre des deux protocoles. PIERRICK ARLOT L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 7 Actualité Communications sans fil Le NFC pointe son nez pour les applications sans contact… et sans transactions financières ! En introduisant sur le marché des étiquettes-mémoires NFC dynamiques, STMicroelectronics ouvre la voie à une utilisation massive de cette technologie sans contact au sein d’appareils grand public, électroménagers, industriels… bien au-delà des applications NFC traditionnelles liées au paiement et à la billettique. A ppareils électriques, hautparleurs, imprimantes, cuisinières, lave-linge, réfrigérateurs, montres pour activités cardio, fours à micro-ondes, appareils photo numériques, compteurs d’électricité, de gaz, d’eau… Cette liste à la Prévert d’équipements familiers à tout un chacun pourrait bénéficier dans un avenir très proche de fonctions de communication sans contact grâce à l’intégration d’étiquettes-mémoires NFC (Near Field Communication) conçues par STMicroelectronics. Aujourd’hui, la technologie de communication en champ proche NFC, qui permet d’établir un lien entre deux appareils situés à proximité l’un de l’autre (quelques centimètres en moyenne), est utilisée principalement pour effectuer des achats « sans contact » avec un smartphone. Mais demain elle permettra « d’entrer en contact » et d’interagir avec de nombreux appareils. Pour l’appairage Bluetooth Pour ce faire, ST a choisi de développer des étiquettes-mémoires NFC (la famille M24SR) capables de communiquer avec des téléphones mobiles situés à proximité. L’idée ici est de se servir des contrôleurs NFC actifs intégrés dans les smartphones porteurs de l’intelligence de la communication et de réaliser, en particulier, l’appairage Bluetooth entre le mobile et l’équipement grâce aux étiquettes-mémoires M24SR passives. Ainsi, au lieu d’ouvrir le fichier des paramètres du téléphone, d’activer le mode Bluetooth, de sélectionner le périphérique, voire d’entrer un code d’accès, l’utilisateur doit juste approcher un smartphone à proximité du produit compatible NFC pour que les deux appareils soient automatiquement appairés en Bluetooth, les paramètres ayant été transmis en mode NFC. Avec cette approche, il sera par 8 / L’EMBARQUÉ / N°4 / 2013 MODES DE FONCTIONNEMENT DES ÉTIQUETTES MÉMOIRES NFC exemple possible, en cas de panne d’un appareil électroménager, d’approcher le smartphone pour que la machine à laver ou le lave-linge transmette sa notice d’utilisation ou des instructions. Autre exemple : un logiciel embarqué sur une machine industrielle pourra être mis à jour simplement en approchant un équipement doté d’un contrôleur NFC. « La famille M24SR crée un nouveau mode d’interaction dans notre façon de dialoguer avec le monde qui nous entoure, explique Benoit Rodrigues, directeur général de la division Mémoires de STMicroelectronics. Et les smartphones seront au cœur de la manière dont se fera la communication avec ce que nous possédons ou utilisons. » A ce sujet, de récentes études ont montré qu’en 2014 plus de 500 millions de systèmes portables dotés d’un contrôleur NFC seront en circulation (source : ABI Research) et qu’en 2015, 50 % des smartphones seront équipés d’un contrôleur NFC (source : Gartner). Dans la pratique, les étiquettes-mémoires NFC/RFID dynamiques de ST sont des puces en silicium composées de trois blocs principaux : une mémoire non volatile (NVM) qui conserve les données stockées, même hors tension, une interface sans fil pour communiquer avec d’autres produits et une interface filaire (au standard I2C) pour la liaison avec le contrôleur de l’équipement hôte. Au sein de la famille M24SR, la mémoire non volatile est mise en œuvre sous la forme d’une mémoire Eeprom (mémoire morte programmable effaçable électriquement) dont la taille est comprise entre 2 et 64 kbits. L’interface sans fil est conforme au protocole ISO 14443-A, qui permet (au-delà de l’appairage Bluetooth) de transmettre aussi des données à des débits pouvant atteindre 106 kbit/s. L’interface I2C, quant à elle, fonctionne jusqu’à 1 MHz, ce qui assure un transfert rapide des données entre le smartphone et l’équipement cible. Le banc mémoire de l’Eeprom est pré-formaté pour fonctionner en mode sans contact (NFC) conformément au format d’échange de données NDEF (NFC Data Exchange Format). La technologie Eeprom la plus récente est utilisée, avec une conservation des données garantie pendant 200 ans, le support d’un million de cycles d’écriture-effacement et une protection par mot de passe sur 128 bits pour une sécurité maximale. Pour faciliter l’adoption de cette technologie, ST prévoit de fournir dans les mois qui viennent un kit de référence (avec les fichiers Gerber ad hoc) et un outil de calcul d’antenne. Un kit de découverte avec une matrice pour différentes antennes sera également proposé aux utilisateurs. FRANÇOIS GAUTHIER Instrumentation Actualité Les systèmes embarqués aiment la mixité… dans les oscilloscopes ! Alors que les systèmes embarqués deviennent de plus en plus complexes à analyser et à déboguer, la capacité des oscilloscopes à traiter à la fois des signaux numériques, analogiques et RF, et à automatiser les séquences de débogage, répond à cette évolution. P our faire face à la complexité croissante des systèmes embarqués, Teledyne LeCroy a décidé, avec sa gamme d’oscilloscopes haute définition HDO4000-MS et HDO6000-MS, d’ajouter aux fonctions de base de ses appareils, 16 canaux d’entrées pour des signaux TTL, ECL, LVDS, etc. avec des vitesses d’acquisition de 1,25 Géch./s pour une fréquence d’entrée maximale des signaux de 250 MHz, et une tension de ± 30 V. Ces entrées numériques sont accompagnées de fonctions spécifiques pour le test des systèmes embarqués et leur automatisation, comme le déclenchement croisé sur des voies analogiques et numériques, la mesure des horloges, la recherche de pattern (Parallel Pattern Search), l’émulation de portes logiques, etc. Enfin, des options logicielles permettent de « transformer » l’oscilloscope en analyseur de spectre et en analyseur de consommation (mesures des circuits de conversion, des commutateurs…, voir capture d’écran). Au-delà, les HDO4000-MS et HDO6000-MS offrent en standard une conversion des signaux d’entrée analogiques sur 12 bits, une vitesse d’acquisition de ces données de ONYX ● Grâce à des options logicielles, l'oscilloscope de Teledyne LeCroy se transforme en analyseur de spectre et en analyseur de consommation. 2,5 Géch./s sur deux ou quatre canaux, une longueur de mémoire d’acquisition de 25 mégapoints sur un canal mémoire par entrelacement (ou 12,4 mégapoints sur deux canaux mémoire sans entrelacement) et une bande passante analogique d’entrée qui va de 200 MHz à 1 GHz selon les modèles. Une entrée RF dédiée Tektronix est allé encore plus loin dans cette volonté de mixité avec sa série MDO4000B, à la fois oscilloscopes et analyseurs de spectre. Capables de délivrer des performances élevées en analyse de spectre, les appareils prennent en charge la plupart des essais néces- HPEC+GPGPU+SWaP-C saires à la mise au point de systèmes embarqués dotés d’une interface Wi-Fi aux normes 802.11a/b/g/j/n/p et ac. Ces instruments sont les seuls oscilloscopes du marché à être dotés d’une voie d’entrée RF dédiée. Une approche qui autorise l’affichage synchronisé de signaux analogiques, numériques et RF sur l’écran de l’appareil afin de donner une vue complète du système à tester. Un des intérêts de ce type d’instrument est de pouvoir analyser les modules et systèmes embarqués qui intègrent, via des modules RF, des interfaces sans fil Wi-Fi, ZigBee, RFID… Ces instruments offrent à la fonction d’analyseur de signaux vectoriels une bande passante supérieure à 1 GHz, permettant de capter les signaux en temps réel et de supporter les tâches de test et mesure RF comme l’analyse des modulations et des phénomènes impulsionnels, l’étude des temps d’établissement en fréquence et en phase, l’analyse de signaux radar et la surveillance d’un spectre fréquentiel. Bref, il s’agit là de supporter une analyse fiable des modulations évoluées mises en œuvre dans les protocoles de communication sans fil. FRANÇOIS GAUTHIER Intel Haswell inside Le calculateur multi-mission, haute disponibilité, taillé pour la performance Le premier système Core i7 basé sur COM Express intégrant les fonctions BIT > Système COTS : base Quad-Core i7 d’INTEL > GP-GPU AMD E6760 : jusqu’à 576 GFLOPS > Entrées VIDEO, encodage H.264 > -40°C/+71°C en fonctionnement > Fiabilité : zéro câblage, zéro ventilateur > Etanchéité : IP-67 > Pré-qualifié MIL-STD-810 et DO-160 > Pré-qualifié MIL-STD-461 et MIL-STD-1275 > BIT et Fast BIT au démarrage > Continuous BIT sur demande > Modularité, flexibilité… > ITAR free Tél : 01 69 07 83 22 - www.ecrin.com 9 ECRIN Pub ONYX 184,5x85 sans RTS.indd 1 16:46 L’EMBARQUÉ /01/07/13 N°4 / 2013