Academic literature on the topic 'Électronique embarqué'

Cet article décrit la réalisation et la mise en oeuvre du thermocycleur d’une puce PCR (Polymerase Chain Reaction) par des étudiants ingénieurs de niveau M1/M2 à ESIEE Paris. Les étudiants réalisent en salle blanche un prototype de puce PCR. Ils mettent en oeuvre une électronique de commande pour assurer les cycles de chauffage/refroidissement nécessaire à la duplication des brins d’ADN. Le procédé de micro-fabrication des puces inclut deux étapes de photolithographie avec un dépôt de métal et une passivation. L’électronique est constituée d’une partie détection de la température, d’une partie commande en température et d’une partie asservissement numérique. Ici, un Arduino est utilisé afin de contrôler les phases de température du thermocycleur. Les étudiants réalisent l’électronique sur plaquette d’essais. Un packaging imprimé en 3D, associé à des pointes en ressort, permet d’insérer la puce facilement sur la plaquette d’essais. Les étudiants restent très motivés durant l’ensemble de l’étude du thermocycleur. Ils conçoivent et réalisent une électronique sur un circuit qu’ils ont réalisé en salle blanche. Ils développent leur propre système embarqué. Le contexte de la COVID19 et la détection du virus sont également un très bon vecteur de motivation pour comprendre comment fonctionne une PCR.

Cet article témoigne d’une expérience d’approche par compétence appliquée dans le cadre de modules d’enseignement aux systèmes électroniques embarqués. Les projets proposés aux étudiants visent à développer les compétences qui leur permettront de répondre efficacement à un cahier des charges dans un domaine où matériels et logiciels sont en constante évolution. En l’occurrence, il s’agit d’encourager l’initiative dans les choix techniques de co-conception de circuits numériques impliquant le langage de description matériel VHDL, la synthèse de processeur embarqué, la programmation en langage C. Le retour d’expérience montre qu’au prix d’un suivi régulier de la progression des étudiants, les résultats et le taux de satisfaction des étudiants sont très élevés et peuvent même dépasser les objectifs initiaux.

Nous présentons un ensemble de travaux pratiques qui seront dispensés au sein du Master EEA - Électronique Embarquée à l'université de Lorraine dans le cadre du module « Modélisation SystemC ». Ces TP sont destinés à initier les étudiants à la modélisation de systèmes et circuits numériques en SystemC-TLM et sont organisés autour de la suite logicielle open source Eclipse et de la chaine de compilation gcc pour la simulation, test et vérification.

Nous présentons un ensemble de travaux pratiques qui seront dispensés au sein du Master EEA - Électronique Embarquée à l’université de Lorraine dans le cadre des modules Modélisation SystemC et Conception VLSI. Ces TP sont destinés à initier les étudiants à la compréhension, modélisation et conception des réseaux de neurones convolutifs dans des langages de description de matériel au niveau RTL (VHDL, le module Conception VLSI) et dans un langage de haut niveau (C++/SystemC, le module Modélisation SystemC). Ils sont organisés autour d’un ensemble d’outils de modélisation et de synthèse de Mentor Graphics (Modelsim, Catapult HLS) et spécifiques aux plateformes FPGA Xilinx et à l’environnement Pynq pour la simulation, test et vérification.

Cette communication décrit la réalisation d’un projet étudiant (projet Air’o) destiné au suivi de la pollution de l’air en collaboration avec l’association Air Breizh. Ce projet a été initié pendant l’année universitaire 2019-2020 lors de la 2ème année ingénieur (niveau M1) au sein du département « électronique et télécommunications » de l’INSA de Rennes. Le but du projet est de proposer une mesure de la qualité de l’air par l’intermédiaire de capteurs embarqués sur des vélos. Une transmission de la position du capteur ainsi que la mesure de pollution en temps réel via le réseau LoRaWAN (Long Range Wide-area Network) permet de localiser les niveaux de pollution tout au long du parcours du vélo. Ce suivi de la qualité de l’air s’effectue par la récupération des données (pollution, position) sur un serveur dédié. Une application spécifique est développée afin de situer géographiquement les niveaux de pollution enregistrés. La réalisation d’un prototype est présentée ainsi que la transmission des informations. Des premiers résultats indiquent la pertinence du concept développé.

Cette thèse, qui correspond à la nécessité d'effectuer un saut technologique pour une entreprise partenaire, a pour sujet la réalisation d'un onduleur à technologie HF consistant en l'association d'un étage DC-DC élévateur à transformateur ferrite et d'un pont onduleur à MLI. Diverses contraintes ont été édictées par des considérations ne relevant pas seulement de la "curiosité" scientifique, mais également du souci de rentabilité du produit final et de ses dérivés éventuels. On peut citer : *l'exploitation au mieux du savoir-faire existant dans l'entreprise *l'obtention du passage à la technologie HF, si possible avec des solutions originales non développées dans les produits concurrents *l'utilisation de composants déjà achetés en quantité pour d'autres matériels construits par l'entreprise *la couverture par brevet
This thesis deals with an inverter based on the association of a DC-DC high frequency CUK converter and a P. W. M. Controlled bridge. The industrial constraints determine the choice of most components

L'apparition sur le march´e des FPGAs reprogrammables partiellement et rapidement a permis le d´eveloppement de nouvelles techniques comme la reconfiguration dynamique. Afin d'´etudier les apports de la reconfiguration dynamique par rapport `a la configuration statique, une carte ´electronique a ´et´e mise au point : la carte ARDOISE. Cette th`ese porte sur l'implantation de l'algorithme JPEG 2000, et plus particuli`erement du d´ecodeur entropique, sur cette architecture et sur l'´etude des performances ainsi obtenues. Pour effectuer une comparaison des r´esultats entre les deux m´ethodes, des crit`eres d'´evaluation portant sur les coˆuts, les performances et les rendements ont ´et´e d´efinis. Les implantations r´ealis´ees sont : implantation en reconfiguration dynamique partielle du d´ecodeur arithm´etique sur ARDOISE, implantation en configuration statique du d´ecodeur entropique sur un FPGA Xilinx et implantation en reconfiguration dynamique du d´ecodeur entropique sur ARDOISE
The appearance on the market of partially and quickly reprogrammable FPGAs, led to the development of new techniques, like dynamic reconfiguration. In order to study improvement of dynamic reconfiguration in comparison with static configuration, an electronic board was developed : the ARDOISE board. This thesis relates to the implementation of JPEG 2000 algorithm, and particularly of the entropic decoder, on this architecture and to the study of the performances obtained. To carry out a comparison of the results between the two methods, some evaluation criteria relating to costs, performances and efficiencies were defined. Implementations carried out are : implementation in partial dynamic reconfiguration of the arithmetic decoder on ARDOISE, implementation in static configuration of the entropic decoder on a Xilinx FPGA and implementation in dynamic reconfiguration of the entropic decoder on ARDOISE

La méthode de mesures par PIV (Particle Image Velocimetry) est une technique pour mesurer un champ de vitesse de manière non intrusive et multipoints. Cette technique utilise l'algorithme de corrélation entre deux images consécutives pour déterminer les vecteurs vitesse. La quantité de calcul requis par cette méthode limite son usage à des traitements en temps différé sur ordinateur. Les performances des ordinateurs demeurent insuffisantes pour ce type d'applications sous contrainte temps réel sur des cadences de données élevés. Au vu de ces besoins, la définition et la conception d'architectures dédiées semblent être une solution adéquate pour atteindre le temps réel. L'évolution des niveaux d'intégration permet le développement des structures dédiées au traitement d'images en temps réel à bas prix. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la conception d'une architecture de type SoC (System on-Chip) dédiée aux mesures de paramètres physiques par traitement d'images en temps réel. C'est une architecture hiérarchique et modulaire dédiée à des applications de type flot de données d'entrée dominant. Cette description hiérarchique permet la modification du nombre et/ou de la nature de ces éléments sans modifier profondément l'architecture. Pour le calcul d'une mesure, il faut 267 µs avec un FPGA à 50 MHz. Pour estimer les performances du système, un imageur CMOS a été connecté directement au FPGA. Les avantages de ce prototype sont de réduire au minimum le mouvement de grands ensembles de données ainsi que la latence en commençant à traiter des données avant leur complète acquisition
The measurements method by PIV (Particle Image Velocimetry) is a technique to measure a motion vector field in a non-intrusive way and multi points. This technique uses the cross-correlation algorithm between two images to estimate the motion. The computation quantity required by this method limits its use to off-line processing with computer. The computers performances remain insufficient for this type of applications under constraint real time on high data rates. Within sight of these specific needs, the definition and the design of dedicated architectures seem to be an adequate solution to reach significant performances. The evolution of the integration levels allows the development of structures dedicated to image processing in real time at low prices. We propose a hardware implementation of cross-correlation algorithm adapted to internal architecture of FPGA with an aim of obtaining the real time PIV. In this thesis, we were interested in the architecture design of System on-a-Chip dedicated to physical measurements of parameters by real time image processing. This is a hierarchical and modular architecture dedicated to applications of “Dominant input data flow”. This hierarchical description allows a modification of number and/or nature of elements without architecture modifications. For one measurement computation, it needs 267 µs with a FPGA at the frequency of 50 MHz. To estimate the system performances, a CMOS image sensor was connected directly to the FPGA. That makes it possible to carry out a compact, dedicated and easily reuse system. An architecture made up of 5 computation modules allows satisfying the constraint of real time processing with this prototype

La surveillance de santé structurelle, SHM en anglais, est un domaine en plein essor avec l'arrivée massive des composites dans les transports. Ce matériau plus léger que les alliages traditionnels investit les avions, les trains, les bateaux ou les voitures. Permettant des économies substantielles d'énergie, il présente néanmoins l'inconvénient de pouvoir développer des défauts internes invisibles par une inspection visuelle. Dès lors leur surveillance est primordiale. Les pales d'avions turbopropulseurs (A400M, ATR, etc…) répondent aux mêmes exigences. Etre capable de déterminer un endommagement de la structure par le biais de capteur est tout l'enjeu des recherches. Cet objectif implique deux points : étudier le comportement de la pale et y développer un système embarqué pour obtenir des données et/ou surveiller. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour objectif de mener les premières études en déterminant une premier modèle comportementale des pales; en développant un premier microsystème enregistreur de paramètres de pales; en élaborant un premier algorithme de surveillance de la pale et d'événements endommageant (impacts, survitesses, survibrations)
The structural health monitoring, or SHM, represents today a key challenge today, with a massive use of composites in the field of transport. This material, lighter than a conventional alloy, is very attractive for airplanes, trains, boats or cars manufacturing. This allows significant energy savings, but can hide internal defects invisible from the outside. At this point, dedicated supervision is essential. Blades of turboprop plane (A400M, ATR, etc.) are in face of the same problems. Determination of structural defects by the use of sensors is the key solution for the research in this field. Thus, this problem has two solutions: studying blade performances and designing an embedded system able to record data and/or monitoring the structural health. The research studies presented in this thesis represent the first results of damaged blade performances. It leads to the design of a first embedded data recorder of blade parameters and computes a first dedicated algorithm for monitoring the blade structural health and damaging events (shocks, over-speeds, over-vibrations)

La protection du matériel électronique embarqué est devenue un enjeu majeur pour assurer la sécurité du combattant. On peut citer divers exemples tels que la protection des piles à hydrogène dans les véhicules ou dans la batterie embarquée d'un soldat. C'est dans ce contexte que s'inscrit la thèse, où une étude est menée sur une protection de type multi-couches, sollicitée par des projectiles de type fragment, de quelques kilogrammes, allant à des vitesses de l'ordre de 10 m/s. Afin d'assurer la mise en service de telles protections, des essais et des simulations doivent être menés sur un large champ de sollicitations. La littérature montre que les structures multi-couches offrent un bon compromis entre capacité à absorber l’énergie d’impact et légèreté. Le complexe étudié pour cette thèse est composé d’une couche métallique, acier ou aluminium, et d’une couche de polymère. La première partie de cette thèse est consacrée à la caractérisation des plaques métalliques étudiées pour cette thèse : acier DP450 et aluminium AA2024-T3. Un nouvel essai de cisaillement séquencé est proposé afin d’identifier le comportement de la tôle en grande déformation. L’essai de traction à déformation plane est adapté pour identifier la déchirure des tôles en dynamique, jusqu’à des vitesses de déformation de l’ordre de 200/s. La deuxième partie est consacrée à l’identification complète d’une nouvelle résine polydicyclopentadiene (PDCPD) appelée Nextene. Dans la dernière partie, différentes structures multicouches sont sollicitées par des impacts à l’aide d’une catapulte qui projette des projectiles de 2.5 kilogrammes à une vitesses de 10 m/s. Leurs comportements respectifs à l’impact sont comparés et simulés numériquement
The protection of onboard electronic equipment has become a major issue in ensuring the safety of the combatant. We can cite various examples such as the protection of hydrogen cells in vehicles or in a soldier's onboard battery. It is in this context that the thesis is being carried out, studying multi-layers type of protection, solicited by fragment-type projectiles, weighing a few kilograms and at speeds of the order of 10 m/s. In order to ensure the commissioning of such protections, tests and simulations must be carried out over a wide range of stress states. The literature shows that multi-layer structures offer a good compromise between the ability to absorb impact energy and lightness. The studied sandwich is composed of a metallic layer, steel or aluminium, and a polymeric layer. The first part of this thesis is devoted to the characterisation of two sheet metals, namely a DP450 steel and AA2024-T3 aluminium alloy. A new sequenced shear test is proposed to identify the behaviour of the plate at large strains. The plane strain tension test is adapted to identify the dynamic failure of the sheets at strain rate up to 200/s. The second part is devoted to the complete identification of a new PDCPD resin called Nextene. An experimental campaign is carried out in order to identify the parameters of the SAMP behaviour law in the LS-Dyna software. In the last part of the study, structures are subjected to impacts in a catapult, using a 2.5 kilogram projectile at a speed of 10 m/s. Various combinations of sandwiches are compared, and the numerical simulation of the tests is proposed

L'état de l'art aujourd'hui dans la CEM en électronique de puissance permet d'avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L'objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type " réseau de bord ". Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d'analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l'idée originale de ces modèle CEM " système " a été développé sous forme d'un modèle type boîte noire prenant en compte l'ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l'expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau.

Aujourd'hui CEM normative sur RSIL ne permet pas de garantir le bon fonctionnement de façon systématique. La sûreté est assurée au moyen de marges CEM, souvent excessives. Le système est donc sous optimal Par ailleurs, le fonctionnement des convertisseurs sur RSIL n'est pas forcément représentatif du fonctionnement réel: le RSIL n'est pas forcément représentatif des impédances des réseaux embarqués. De ce fait, le filtrage d'un convertisseur peut être optimisé sur RSIL mais n'est plus forcément optimal dès qu'on est sur un réseau réel. L'objectif de cette thèse est de progresser dans la modélisation CEM des réseaux embarqués, en vue de pouvoir prédire le comportement, et d'optimiser les moyens de filtrage
Today normative LISN EMC does not guarantee the proper functioning systematically. Safety is ensured by EMC margins often excessive. The system is therefore suboptimal Furthermore, the operation of the converters on the AN is not necessarily representative of the actual operation : the AN is not necessarily representative of the impedances of embedded networks . Thus , filtering of a converter can be optimized but on the AN is not necessarily optimal since it is a real network . The objective of this thesis is to advance the EMC modeling of embedded systems in order to predict behavior, and optimize the filter means

L’état de l’art aujourd’hui dans la CEM en électronique de puissance permet d’avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L’objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type « réseau de bord ». Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d’analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l’idée originale de ces modèle CEM « système » a été développé sous forme d’un modèle type boîte noire prenant en compte l’ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l’expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau
Today, the state of the art in EMC in power electronics allows to have some knowledge on conducted emissions generated by a converter on a Line Impedance Stabilization Network. Now, the new challenge is to include several converters connected in an embedded network. This PHD has been funded trhough the PEPS CEM sub-project, part of O2M project. It proposes a method to obtain the EMC interferences on a complex network including several converters. Based on the original idea of a “system” type EMC model, we came up with a theoretical approach based on a “Black Box” model. This model, including the converter load, has been validated through complex simulations as well as experimentations taking in account several static converters connected to the same network

Les véhicules de transport tendent à utiliser de plus en plus des énergies dites propres. De ce fait, les structures des réseaux électriques embarqués se complexifient que ce soit en termes d'architecture, de nombre de convertisseurs d'électronique de puissance connectés ou bien des technologies utilisées dans ces derniers. En complément de l'approche normative, où le convertisseur est étudié seul dans un environnement normalisé, cette thèse de modélisation CEM de convertisseurs statiques se place dans le cadre particulier des réseaux pour lesquels : • la connaissance de la structure interne du convertisseur étudiée n'est pas nécessaire à la réalisation de son modèle. La méthode développée se base uniquement sur des mesures extra-convertisseurs. Cette approche possède l'avantage de garantir aux fabricants une certaine confidentialité sur l'architecture interne des convertisseurs tout en permettant à l'équipementier d'étudier les effets de ces derniers sur son réseau de bord ; • le réseau sur lequel les convertisseurs sont modélisés peut posséder une architecture complexe par rapport à l'approche « convertisseur seul sur RSIL ». Pour plus de réalisme, le fonctionnement normal d'un convertisseur peut être soumis au fonctionnement d'autres convertisseurs du réseau. Ainsi, les impédances qui seront mises face au convertisseur étudié devront représenter la réalité de ce réseau qui ne sera alors pas nécessairement bien connu. Même si ce n'est pas ce qui a été réalisé au cours de cette thèse, ce point est important puisqu'il remet en question l'utilisation systématique des RSIL puisqu'ils faussent le comportement réel sur réseau ; • la montée en fréquence des technologies utilisées dans les convertisseurs conduit à la nécessité d'un modèle sur une plage de fréquences allant au-delà des 30MHz conventionnels imposés par les normes. Pour ce travail, une plage allant de la fréquence de découpage jusqu'à 100MHz était visée. En définitive, l'objectif principal de cette thèse a été de réaliser un protocole d'identification clairement défini dans le but de renseigner un modèle de type « boîte noire » compatible avec les convertisseurs statiques. Ce modèle a été choisi pour : • son faible nombre d'éléments, le rendant compatible avec l'analyse d'un réseau où de nombreux convertisseurs seront présents ; • sa généricité qui permet d'établir une méthode d'analyse systématique. • sa compatibilité avec l'étude classique en mode commun – mode différentiel qui, dans le cadre de la séparation de modes, le rend même plus simple à utiliser. L'envie de donner du sens physique aux éléments de ce modèle a été une clé dans son identification. De ce fait, les nombreux modèles CEM de convertisseurs statiques qui existent et qui possèdent une utilité (par exemple, dans le cadre du dimensionnement des filtres CEM d'entrée) n'ont pas été laissés de côté. Il a donc été choisi de réaliser dès que possible un lien formel entre les différents modèles
Energy saving in stationary or embedded systems is a general trend in the modern society. Therefore, the “More Electrical” concept is widely developed, using the Power by Wire idea. The need of increased efficiency and the various ways the electricity is produced, used or stored has led to the generalization of power electronics use. If this solution is effective regarding weight and losses, the high switching frequencies and sharp commutations (several mega-volts or mega-amps per microseconds) generate Electromagnetic Interferences (EMI) which have to be managed. This phenomenon is especially dramatic with the new wide band gap devices, with always increasing commutation speed. Electromagnetic models (EMC) of power electronics converters are thus needed to manage EMC aspects of More Electrical Systems. Depending on the needs, many solutions have been proposed in the literature, to account for the high frequency behavior of power electronics converters (from the switching frequency to several tens of Megahertz). In addition to the classical normative approach, the “EMC system model for power electronics converter” presented here aims to be suitable for embedded networks. In opposition to EMC filter design method, no inner knowledge (as an accurate description of each element and propagation path) from the studied converter is needed. Only external measurements are needed to get the model. Thus, non-disclosure agreement is guaranteed and the embedded network can be studied. Regarding the network structure, the “LISN + Converter” approach can be far away from its complexity. A more global approach might be achievable with “black-box” approach. For the normative approach, only EMI under 30MHz are considered. By increasing the switching frequency, the “EMC system model” has to be valid up to 100MHz. The aim of the Ph.D. is to achieve an entire identification protocol of a “Black-box” model. This modification has been chosen for: • Its tiny number of elements. This means that it can be use in network analysis with multiple converters. • Its generalist form lead to a systematic method of analysis. • Its links with the classical common mode and differential mode approach which give some interesting connection with classical converters modelization. Those links lead to a physical consideration about the meaning of this non-comprehensive model

La tomographie d’émission par positrons est une technique d’imagerie médicale importante dans les domaines clinique et préclinique. Elle permet de diagnostiquer des cancers, des maladies cardiovasculaires ou encore des maladies neurodégénératives. Dans le domaine préclinique, la TEP permet de mener des recherches de pointe pour mieux comprendre les métabolismes au niveau moléculaire afin de développer des thérapies ciblées qui seront utilisées dans la médecine de demain. C’est pourquoi, depuis plus de quinze ans, le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS) et le Centre d’Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) collaborent pour concevoir des scanners TEP permettant d’obtenir des images avec un contraste et une résolution inégalée. Pour obtenir ces images, les paramètres des scanners doivent être optimisés de manière minutieuse. L’un des paramètres les plus importants en TEP est la mesure temporelle pour minimiser les coïncidences fortuites et ainsi améliorer le rapport signal sur bruit de l’image. La mesure temporelle peut être entachée d’une part, de bruit statistique provenant de différentes sources comme le bruit thermique, le bruit d’amplification, la pente du signal au point de discrimination et d’autre part, les variations systémiques qui peuvent être corrigées par un traitement approprié de l’information. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception d’une nouvelle méthode embarquée et automatisée faisant appel à une sonde d’alignement temporel pour effectuer cet alignement et corriger la dispersion temporelle systémique dans le scanner. Cette méthode a été testée sur le scanner LabPET II, la dernière génération de scanner développé au GRAMS et a permis une amélioration de la mesure temporelle de 47%.