Éric Granger

Microélectronique appliquée
GPA770
Automne 2013
Sommaire
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Séances en laboratoire
4) Introduction aux microcontrôleurs
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2
(1) Présentation personnelle
2008-présent: Directeur de programme MGPA
2006-présent: Professeur agrégé (permanent)
2004-2006:
Professeur adjoint
Département de GPA, ÉTS
2001-2004:
Ingénieur en circuits ITGE
R&D, Mitel Networks
1999-2001:
Chercheur pour la défense
DRDC – Ottawa, DND
2001:
Ph.D. en génie électrique
École Polytechnique de Montréal
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(1) Présentation personnelle
Intérêts en recherche et expertise:
reconnaissance de formes
systèmes adaptatifs pour la reconnaissance
–
–
–
–
–
apprentissage incrémental et enligne
classifieurs neuroniques et statistiques
systèmes à classifieurs multiples
détection de changement et d’ambigüité
calcul évolutionnaire
intégration de systèmes microélectroniques
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(1) Présentation personnelle
Programme de recherche:
Conception de systèmes de reconnaissance
adaptatifs avec des applications en:
– sécurité et surveillance
– authentification biométrique
– bio-marquage de documents numérisés
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(1) Présentation personnelle
Domaines d’application:
̶ surveillance militaire: identification d
de signaux radars-communications
̶ biométrie: reconnaissance de visages en vidéo et
vérification de signatures
̶ détection d’intrusions dans
les réseaux informatiques
̶
bio-marquage intelligent
de documents numérisés
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(1) Présentation personnelle
Vidéosurveillance – reconnaissance
automatique de visages dans des vidéos
̶
reconnaitre et poursuivre des individus d’intérêt
perçus d’un réseaux de caméras IP
Type 1
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Type 3
Type 2
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(1) Présentation personnelle
CMU – FIA (mono-modal, 1 visage)
Type 1: file d’inspection à l’aéroport
8
(1) Présentation personnelle
Chokepoint (mono-modal, 1 to 24 visages)
Type 2: marcher à travers un portail
9
(1) Présentation personnelle
Système pour la reconnaissance de visages en
vidéo surveillance
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(1) Présentation personnelle
System adaptatif basé sur l’optimisation
évolutionnaire (Connolly et al., PR 2011)
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(1) Présentation personnelle
System adaptatif avec un ensemble de classifieurs
par personne (Pagano et al., IEEE IJCNN 2012)
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(1) Présentation personnelle
System qui s’adapte dynamiquement à de
nouvelles trajectoires (De le Torre et al., IF 2013)
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(1) Présentation personnelle
Fusion dynamique des classifieurs selon le
débalancement des données (Radtke et al., IF 20013)
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(1) Présentation personnelle
Réalisation de classifieurs sur un processeur
parallèle (Prieur et al., MVA 2012)
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(1) Présentation personnelle
Sécurité dans les réseaux informatiques –
détection d’intrusions
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(1) Présentation personnelle
Sécurité dans les réseaux informatiques
système hybride pour la détection
– d’anomalies: modélise le comportement normal
– de menaces: modélise de attaques prédéfinis
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(1) Présentation personnelle
Sécurité dans les réseaux informatiques
ensembles de HMM pour la détection d’anomalies/menaces
class 1
HMM1,1
P(O/λ1,1)
HMM1,2
P(O/λ1,2)
...
FUSION OF
RESPONSES
IN ROC
SPACE
HMM1,m
familiarity
P(O/λ1,m)
observation O
CLASS
familiarity
2
...
CLASS
n
familiarity
DRIFT
DETECTION
MODULE
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(1) Présentation personnelle
Sécurité dans les réseaux informatiques
fusion des réponses dans l’espace ROC
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Sommaire
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Séances en laboratoire
4) Introduction aux microcontrôleurs
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(2) Plan détaillé du cours
Encadrement:
Éric Granger (enseignant et responsable)
–
–
–
–
local: A-3642
téléphone: (514) 396-8650
courriel: [email protected]
disponibilité: lundi au jeudi, ou par rendez-vous
Maurice Tremblay (chargé de laboratoire)
– local: A-3580
– pagette: (514) 302-1451
– courriel: [email protected]
(ou [email protected] pour MSN)
– disponibilité: MSN en ligne et sur rendez-vous
Lien Internet du cours: https://cours.etsmtl.ca/gpa770/
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(2) Plan détaillé du cours
Le cours GPA770 est axé sur:
l’étude de systèmes microélectroniques de pointe
l’intégration de diverses technologies électroniques et
informatiques
Objectifs spécifiques d’apprentissage:
– A) notions fondamentales: caractéristiques et applications
des microcontrôleurs
– B) logiciel: méthodes de programmation en assembleur
– C) matériel: composants et interfaces d’un microcontrôleur
– laboratoire: synthèse et conception de systèmes avec les
outils de développement modernes
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(2) Plan détaillé du cours
Stratégie pédagogique pour atteindre les objectifs:
adopter un microcontrôleur commun et versatile
̶ famille 68HC12 de Motorola Inc.
Répartition du travail: (11hrs/semaine)
cours magistraux: (3hrs/semaine)
̶ concepts théoriques, exemples d’applications et
réalisations concrètes
̶ suggestion d’exercices personnels
laboratoires: (3hrs/semaine)
̶ développement d’un système embarqué pour la
navigation d’un robot mobile
travail personnel: (5hrs/semaine)
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(2) Plan détaillé du cours
Contenu du cours:
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(2) Plan détaillé du cours
A. Mise en contexte:
A.1 Survol de l’électronique numérique
− systèmes de numérotation
− opérations arithmétiques binaires
− circuits électroniques de base: portes, registres, etc.
A.2 Architecture et programmation du 68HC12:
− systèmes électroniques universels
− architecture, sous-systèmes et mémoires
− modèle du programmeur et exécution d’instructions
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(2) Plan détaillé du cours
B. Concepts logiciels:
B.1 Langage assembleur et programmation structurée:
− modes d’adressage et jeu d’instructions
− boucles, pile et sous-routines
− programmation structurée
B.2 Microcontrôleurs à logique floue:
− systèmes de contrôle à logique floue
− instructions spécialisées du 68HC12
B.3 Programmation à haut niveau:
− comparaisons assembleur vs C
− passages de paramètres
− bibliothèques et compilation mixte
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(2) Plan détaillé du cours
C. Concepts matériels:
C.1 Configurations matériels du 68HC12:
− architecture système, modes d’opération, et ports d’e/s
− principaux sous-systèmes et expansion
C.2 Gestion d’exceptions:
− exceptions et réponses aux interruptions
− vecteur et priorité d’exceptions
− routines de service d’interruption
C.3 Module de temporisation:
− module de temporisation standard
− saisie des entrées, comparaison de sorties et
accumulation d’impulsions
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(2) Plan détaillé du cours
C. Concepts matériels: (suite)
C.4 Convertisseur analogique-numérique:
− concepts fondamentaux
− système de conversion du 68HC12
C.5 Interfaces sériels de communications:
− communications sérielles avec un microcontrôleur
− interface de communications sérielle (SCI)
− interface de périphérique sérielle (SPI)
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(2) Plan détaillé du cours
Évaluation:
ACTIVITÉS
%
Laboratoires:
35
1. Programmation assembleur du 68HC12
10
2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports d’entrées/sorties
15
3. Navigation en temps réel du robot mobile
10
Examens:
65
intra (durant la 7ème ou 8ème semaine) en salle de cours
30
final (période des examens finaux)
35
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation obligatoire:
1. Pack, D. J. et Barrett, S. F., Microcontroller Theory and
Applications: HC12 & S12, Second Edition, Prentice-Hall,
2008, ISBN 0-13-615205-8.
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation obligatoire: (suite)
2. Motorola, S12CPUV2 Reference Manual, HCS12
Microcontrollers, Rev. 4.0, Freescale Semiconductor,
March 2006.
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(2) Plan détaillé du cours
Documentation obligatoire: (suite)
3. Tremblay, M., Granger, É., et Grenier, D., Cahier le
laboratoires pour GPA770: Microélectronique appliquée,
ÉTS, décembre 2008.
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Sommaire
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Séances en laboratoire
4) Introduction aux microcontrôleurs
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(3) Séances en laboratoire
Série de trois laboratoires:
1. Programmation assembleur du 68HC12
2. Exploitation en temps réel du matériel et des ports
d’entrées/sorties
3. Navigation en temps réel du robot mobile
Formation d’équipes et de groupes:
équipe: 2 étudiants max. par station de travail
groupes: 10 équipes (20 étudiants) max. par plage
– groupe A: jeudi AM (8h45 à11h45)
– groupe B: jeudi soir (18h00 à 21h00)
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(3) Séances en laboratoire
Stations de travail avec les technologies:
logiciel:
environnement de développement intégré (IDE)
CodeWarrior de Freescale Inc.
matériel:
microcontrôleur MC9S12C32 de la famille
HCS12 de Motorola Inc.
carte de développement PK-HCS12C32 de
SofTec Microsystems
robot mobile miniature ‘Carpet Rover Basic’ de
Lynxmotion Inc.
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(3) Séances en laboratoire
Environnement CodeWarrior:
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(3) Séances en laboratoire
Carte de développement PK-HCS12C32:
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(3) Séances en laboratoire
Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’:
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(3) Séances en laboratoire
Robot mobile miniature ‘Carpet Rover’:
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Sommaire
Organisation du cours GPA770:
1) Présentation personnelle
2) Plan détaillé du cours
3) Séances en laboratoire
4) Introduction aux microcontrôleurs
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Origines des Systèmes Ordinés (SO):
SO à utilité générale: (i.e., PC, portable et tablette)
– une machine générique
– accommode une grande diversité d’applications
– amélioration rapide des performances → grande
capacité de traitement de données
SO embarqué: (i.e., microcontrôleur)
– une machine spécialisée ou optimisée
– optimisé pour des applications spécifiques
– moins performant, plus compact, peu coûteux
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(4) Intro aux microcontrôleurs
L’architecture générique
d’un SO comprend 4
composants matériels:
CPU
Bus (Données, Adresses, Conrôle)
Mémoire
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Périphériques
I/O
d’entree/sortie
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(4) Intro aux microcontrôleurs
L’architecture générique
d’un SO comprend 4
composants matériels:
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Unité de traitement central (CPU):
fonctions:
– gouverne l’ordre d’exécution des instructions
– contrôle l’accès à la mémoire et aux périphériques
d’entrée/sortie
– effectue les opérations arithmétiques et logiques
– gère les interruptions de services
composants − ALU, registres, buses, unité de contrôle et
module de temporisation
performance − dépend de la fréquence d’horloge,
architecture, du format d’instructions, des temps d’accès
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Mémoire:
fonction: stocker les instructions et les données utilisées
par le CPU
architectures de mémoires:
̶ Harvard – instructions et données dans
différentes unités de mémoires
̶ von Neumann – instructions et données
dans la même unité de mémoire
technologies: RAM et ROM
systèmes de mémoire hiérarchiques (unités ‘cache’)
̶ réduire le temps d’accès pour grosses mémoires
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Mémoire:
systèmes de mémoire hiérarchiques:
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Périphériques d’entrée/sortie:
fonction d’un périphérique d’entrée:
̶ permet de transférer des informations du
monde externe au SO
̶ ex: clavier, souris, etc.
fonction d’un périphérique de sortie:
̶ permet au SO de communiquer ses états et
données internes au monde externe
̶ ex: écran, imprimante, etc.
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Buses:
fonction: assure la connexions physiques entre
composantes du SO
3 types de buses:
– adresse (ADDR): transporte des adresses mémoire
correspondant aux instructions et aux données
– données (DATA): transporte des instructions et des
données entre mémoire et autres composants
– contrôle (CTL): transfert des commandes de
contrôle entre composants
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Microprocesseur: un circuit intégré qui comporte
seulement un CPU
Micro-ordinateur: une carte électronique qui est
composé de tous les composants d’un
SO, et qui utilise le microprocesseur
comme CPU
Microcontrôleur: un circuit intégré qui
composé de tous les composants d’un SO
− contrôleur ou système embarqué
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est
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(4) Intro aux microcontrôleurs
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Rôle des microcontrôleurs en société moderne:
− intelligence ambiante et calcul pervasive
− on les retrouve partout, e.g., dans tous les
systèmes automatisés temps réel
− on s’en sert pour automatiser à tous les niveaux
Revenues énormes de l’industrie des
microcontrôleurs
− on vend15-20 fois plus de microprocesseur
Diversification de microcontrôleurs pour toutes
sortes d’applications
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Applications pour consommateurs:
maison: caméra, four micro-ondes, laveuse de
vaisselle, laveuse et sécheuse, lecteur blu-ray,
porte de garage, jeu vidéo, système de sécurité, etc.
bureau: calculatrice, clavier, imprimante,
router, téléphone cellulaire, etc.
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Applications en transport:
avionique
train
automobile: système de
suspension, système d’injection
d’essence, sac gonflable
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Exemple: Compteur pour taxis
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(4) Intro aux microcontrôleurs
Exemple: Compteur pour taxis (suite)
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(4) Intro aux microcontrôleurs
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(4) Intro aux microcontrôleurs
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