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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/322825160 Conception d’un système embarqué communicant utilisant le SoPC Zynq (Xilinx) et le module wiﬁ ESP8266 : Expérience en Licence Professionnelle CONsEPT Article in J3eA · January 2017 DOI: 10.1051/j3ea/20171006 CITATIONS 0 READS 833 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: The robot LORA project View project Aubepart Fabrice Aix-Marseille Université 19 PUBLICATIONS 184 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Aubepart Fabrice on 02 November 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. Conception d’un système embarqué communicant utilisant le SoPC Zynq (Xilinx) et le module wifi ESP8266 : Expérience en Licence Professionnelle CONsEPT F. Aubépart Aix-Marseille Université, Pôle CNFM PACA, Institut Universitaire de Technologie, département GEII 142 traverse Charles Susini - 13013 Marseille Contact email : fabrice.aubepart@univ-amu.fr Cet article évoque un travail de conception en électronique embarqué mené sous forme de projet transversal pour des étudiants de Licence Professionnelle (LP). Il est réalisé dans un module d’enseignement de 32 h intitulé « Systèmes sur puce programmable - Système embarqué ». Il permet de renforcer certaines compétences abordées en début d’année, bien particulières au domaine fixé, comme la conception avec le langage VHDL ou la programmation en langage C d’un microcontrôleur 32 bits. Cette réalisation permet aussi d’acquérir de notions en conception de système sur puce programmable et dans celles de l’utilisation d’un module de communication sans fils Wifi afin d’obtenir un « objet connecté ». I. Introduction L’internet des Objets (« Internet of Things », l’IoT) est un domaine en pleine expansion et l’on estime à près de 80 milliards d’objets connectés d’ici la fin de cette décennie. Tous les secteurs seront touchés par ce développement (Agriculture, industrie, construction, énergie, transport, santé, finance, télécommunication, distribution, loisirs, etc.), à tel point que certains envisagent une « véritable révolution des modèles économiques » (1). En tant qu’enseignants, nous ne pouvons pas échapper à ce phénomène et nous devons prendre la mesure de cet engouement dans nos enseignements. Il devient donc nécessaire de créer des projets qui impliquent les techniques et protocoles de communication sans fil. C’est ainsi que nous avons conçu un module d’enseignement, conçu comme la réalisation d’un projet technique, utilisant un système sur puce programmable associé à un module de communication Wifi pour créer un objet connecté. Ce travail est réalisé auprès d’étudiants de la licence professionnelle (LP) CONsEPT (Conception des Systèmes Electroniques et oPToélectroniques) du département Génie Electrique et Informatique Industrielle (GEII) de l’IUT d’Aix-Marseille Université (AMU) (2). Il consiste à réaliser un système embarqué en utilisant le système sur puce programmable (« System On Programmable Chip » - SoPC) Zynq-7010 de la société Xilinx (3). Ce composant est disponible sur la carte d’expérimentation Zybo, conçue par la société Digilent, laquelle est distribuée à un prix préférentiel par la Coordination Nationale pour la Formation en Microélectronique et en nanotechnologies (CNFM) (4). II. Licence Professionnelle « CONsEPT » La licence professionnelle CONsEPT vise à former des assistants ingénieurs (BAC+3). Elle a été l’une des premières LP créée en IUT en 2004 sous une appellation - peu précise This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Article publié par EDP Sciences et disponible sur le site https://www.j3ea.org ou https://doi.org/10.1051/j3ea/20171006 - « EISI » (Electronique et Informatique des Systèmes Industriels), avec mention « Microélectronique » (5), figure 1. Le manque de lisibilité avec ce nom générique, imposé au niveau ministériel, a vite montré des limites. Deux années plus tard, il nous a été permis de le modifier en LP « MeMs » (Microélectronique et Microsystèmes). A l’origine, notre formation était donc prévue pour former des assistants ingénieurs en conception, test, validation ou maintenance pour les entreprises de la microélectronique. Nous avons remarqué des possibilités de débouchés fortement cycliques dans ce secteur et dominé par les gros groupes. Une première fusion avec une LP portée par le département Mesures Physiques voisin, nous a permis une ouverture vers des domaines de conception en électronique et optoélectronique touchant plus particulièrement des PME et PMI régionales. Un nouveau nom devait donc évoquer ces changements pour un affichage plus cohérent. C’est ainsi que la formation a été renommée LP « CONsEPT ». La figure 1 montre bien la vie de ce type de formation et présente les différentes adaptations (subies ou voulues) qu’une formation professionnelle doit réaliser et surtout réussir pour assurer son existence sur le long terme : le non-renouvellement d’une habilitation ministérielle jouant ici le rôle de couperet peu enviable. Fig.1. Chronologie de la Licence Professionnelle « CONsEPT » depuis 2004. Il est donc nécessaire d’évaluer régulièrement les besoins des entreprises régionales dans notre domaine pour adapter le contenu et - si nécessaire - le nom de la formation afin de la rendre plus attractive. Différents outils sont disponibles pour mesurer cela, tels que des enquêtes réalisées sur nos anciens diplômés, des rencontres avec les professionnels du secteur, etc. Les « effets de mode technologique » sont également importants et nous insufflent de nouvelles perspectives. C’est actuellement le cas sur le développement des objets communicants touchant de nombreux secteurs industriels (6). Suite à une seconde fusion depuis 2016 avec la LP « ET » (Electronique pour les Télécommunications), nous proposons une nouvelle version du programme pédagogique, adaptée aux besoins des entreprises dans le domaine de la conception en électronique et optoélectronique, mais aussi à celles nécessitant des compétences en systèmes de télécommunication associés aux objets communicants. Une nouvelle appellation, « EPOC » (Electronique Pour Objets Connectés), devrait être adoptée prochainement, afin d’afficher encore plus clairement le lien avec la réalisation électronique des objets communicants. Nos étudiants sont issus de formation de type BTS (système numérique, système optique ou TPIL), de DUT (GEII, MP, informatique option SI) ou de cycle Licence universitaire. Certains sont en formation par alternance sous forme de contrats de professionnalisation. Par ailleurs, nous accueillons depuis plusieurs années des étudiants du Mexique dans le cadre d’un programme national géré par l’association des directeurs des IUT (ADUIT) et, depuis cette année, des étudiants marocains de l’Ecole Supérieure de Technologie de Casablanca (ESTC) par le circuit des bourses Erasmus+. La grosse difficulté consiste donc à fournir des enseignements adaptés à des étudiants de provenance variée, mais ayant toutefois un socle de compétences et de cultures technologiques similaires. En résumé, la pérennisation d’une formation professionnelle nécessite une évolution ainsi qu’une innovation pédagogique constantes. Celle-ci doit répondre à plusieurs critères comme (i) l’attractivité envers de nouveaux étudiants motivés par les nouvelles technologies, (ii) la réussite d’étudiants aux compétences scientifiques diverses, et surtout (iii) l’adéquation des compétences fournies par la formation aux besoins des entreprises locales. Le projet présenté ici essaie de répondre à ces différents aspects. III. Le Projet Ce projet est réalisé dans un module d’enseignement intitulé « Système sur Puce Programmable » pour un volume horaire de 32 heures. Les étudiants sont amenés à travailler par binôme sur la totalité du système décrit ci-dessous. Cet enseignement arrive au second semestre et doit être perçu comme un travail transversal. Effectivement, les étudiants ont l’occasion de renforcer plusieurs compétences abordées en début d’année, comme la conception d’un système électronique à l’aide du langage de description matérielle VHDL, la programmation en langage C d’un microcontrôleur de type ARM, l’utilisation de protocoles de communication, etc. Les nouvelles techniques apportées sont celles de la réalisation du système sur puce (association logique configurable et microcontrôleur ARM via le bus AXI et utilisant des blocs IP), l’apprentissage des outils de CAO (Vivado, SdK-Xilinx), l’utilisation des commandes Hayes (commandes AT), le protocole http, etc. Nous proposons aux étudiants de créer un système embarqué en utilisant les capacités internes du SoPC Zynq-7010 commercialisé par la société américaine Xilinx. Ce système est associé à un module de communication Wifi externe, piloté par une liaison série asynchrone. L’objectif est la réalisation d’un fréquencemètre à changement de fréquence automatique « connecté » qui permet de recevoir et d’émettre des informations sur un smartphone, une tablette graphique ou sur n’importe quel ordinateur utilisant un navigateur internet. Ce fréquencemètre pourrait le cas échéant être associé à des capteurs fournissant leur mesure sous forme fréquentielle. Composant « Zynq » Le Zynq est particulièrement intéressant dans ce contexte car il intègre à la fois un processeur double cœur ARM cortex A9, un gestionnaire d’interruptions, un convertisseur Analogique-Numérique et d’autres périphériques, dans une zone nommée « Processing System » (PS). Ce composant dispose d’une seconde zone nommée « Programmable Logic » (PL), constituée de cellules logiques programmables, de mémoires et de blocs pour le traitement numérique du signal, figures 2 et 3 (3). Fig.2. « Processing System » (PS) : c’est la zone sur silicium sur laquelle est implantée le double cœur ARM cortex A9 ainsi que ses différentes fonctionnalités et périphériques. Ces derniers peuvent être choisis et configurés simplement par une interface graphique disponible dans l’outil de CAO uploads/Management/ conception-dun-systeme-embarque-communicant-utili.pdf