TD Introduction aux systèmes embarqués

Exercice 1 :

1. Donner la signification du terme suivant :

1. Cibles logicielles. Donner deux exemples.
2. Cibles Matérielles. Donner deux exemples.
3. Cibles Mixte. Donner un exemple

1. Comparer les cibles logicielles et les cibles matérielles en précisant trois avantages et  trois inconvénients de chaque cible.

1.a.         Ce sont des cibles programmables, c’est-à-dire  qu’on peut modifier l’application dédiée juste en modifiant le code, à travers :

- Les processeurs généralistes (GPP : General Purpose Processor)

- Les DSP (Digital Signal Processing)

- Les Microcontrôleurs

b.        Ce sont des cibles programmées dédiées et conçues pour des tâches bien déterminées et dont les traitements ne peuvent pas être modifiés.

- ASIC

- FPGA

c.        Utilisation des blocs matériels spécifiques et logiciels dédiés à une application bien déterminée en utilisant Nouvelles approches de conception : Intégration logicielle/matérielle

- Travail coopératif entre différentes équipes

- Co-conception

- Co-vérification

- Approche de la réutilisation  (IP Reuse)

Exemple : SoC.

2.

[pic 1]

Exercice 2 :

1. Donner la signification de chacune des lettres des acronymes CISC et RISC.  
2. Quelle est la principale différence entre un CISC et un RISC ?
3. Quelle est la principale différence entre l’architecture Von Neuman et l’architecture Harvard ?

1. CISC :(ComplexInstructionSetComputer), RISC(ReducedInstructionSetComputer)

2. Pour les microprocesseurs classiques CISC le nombre d’instructions reconnues varie entre 75 et 150, Ancienne Architecture des processeurs, Architecture présentant un jeu d’instructions complexe, Plusieurs opérations peuvent être codés par une même instruction, Plusieurs modes d’adressage, Nécessite moins de mémoire par rapport à une architecture RISC

Pour les microprocesseurs RISC : le nombre d’instructions est très réduit(entre10et30instructions), permettant d’améliorer le temps d’exécution des programmes,  Architecture présentant un jeu d’instructions relativement réduit, Une seule opération /instruction, Taille fixe pour les instructions, Modes d’adressage simples, Ont permis une augmentation de la fréquence, Présente un nombre important de registres généraux, Les seules instructions ayant besoin d’accès à la mémoire sont les instructions de chargement et de rangement

3. Architecture de Von Neuman :

-Mémoire de donnée et mémoire de programmes partagée

- L’exécution d’une instruction peut se faire en plusieurs cycles processeur :

- Performances de calcul limitées

Architecture de Havard :

- Séparation entre la mémoire de donnée et la mémoire de programme

- Chaque mémoire comporte ses bus propres à elle

- Recherche de l’instruction et de la donnée en 1 cycle d’horloge

- Le CPU (core) comporte un chemin de donnée plus organisé

- Puissance de calcul meilleure

Exercice 3 :

1. Qu’est ce qu’une IP (précisez dans votre réponse la signification des lettres I et P)?  Pourquoi parle-t-on d’IP-reuse ?
2. Quelles sont les caractéristiques d’un circuit DSP qui le différentie d’un processeur classique? Détailler votre réponse.

1. IP : propriété intellectuelle (Intellectual Property) : ce sont des blocs prêts à être utilisés dans des applications et selon le besoin Permettent un gain en coût et en temps de conception.

Les IP sont nommées IP-reuse sont des Blocs fonctionnels complexes réutilisables soient :

- Hard: déjà implanté, dépendant de la technologie, fortement optimisé

- Soft : dans un langage de description matériel (VHDL, Verilog…), paramétrables

2. Un DSP (de l'anglais « Digital Signal Processor », qu'on pourrait traduire par « processeur de signal numérique ») est un microprocesseur optimisé pour les calculs. Son application principale est le traitement numérique du signal (filtrage, extraction de signaux, etc.).

Un DSP est un processeur dont l'architecture est optimisée pour effectuer des calculs complexes en un cycle d'horloge, mais aussi pour accéder très facilement à un grand nombre d'entrées-sorties (numériques ou analogiques). La fonction principale utilisée dans le DSP est la fonction multiply-accumulate (MAC), c'est-à-dire une multiplication suivie d'une addition et d'un stockage du résultat (fonction très utilisée dans les calculs d'asservissement et de filtrage).

Ses caractéristiques par rapport à un processeur classique :

- Architecture RISC complexe, super scalaire(plusieurs unités de traitements), pipeline

- Architecture Harvard et Super Harvard (nombreux bancs mémoire)

- Instructions complexes mais jeux d’instructions réduit

Exercice 4:

1. Quelles sont les deux familles principales d’architecture de FPGA ?
2. Comparer les performances d’un FPGA et d’un circuit ASIC. Préciser quand est-il préférable de privilégier une cible par rapport à une autre.
3. Qu’elle est la signification des lettres L, U et T de LUT ? Ou et pourquoi utilise-t-on une LUT ?

1. Les deux principales familles d’architecture : symétrique et en colonne

2.

Le choix entre FPGA ou ASIC, se fait en fonction du cahier des charges de l’application :

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