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EnglishRÉSUMÉ
Linux est un système d'exploitation multitâche de la famille UNIX. Développé initialement sur processeur de type Intel, il est maintenant devenu le support de nombreuses architectures. Réputé pour son interopérabilité, Linux est un logiciel libre, rapidement placé en concurrence avec les solutions Microsoft. Au début des années 2000, il est pressenti par de nombreux développeurs comme solution embarquée, de par sa fiabilité, la disponibilité de son code source et son coût de redistribution nul. La connaissance du système Linux est désormais une nécessité pour les entreprises des domaines concernés par les versions embarquées, qu'ils soient fabricants de matériel électronique, éditeurs de logiciels, ou de solutions d'exploitation.
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Pierre FICHEUX : Ingénieur Arts et Métiers - Directeur technique chez Smile ECS (), enseignant et responsable de la majeure GISTRE (Génie Informatique des Systèmes Temps Réel et Embarqués) à l’EPITA (Paris).
INTRODUCTION
Lorsque Linus Torvalds, alors jeune étudiant de l’université d’Helsinki, publie sur Internet en juillet 1991 son premier message concernant le développement balbutiant de son noyau UNIX libre, il ne se doute certainement pas qu’à l’instar d’autres célébrités de la technologie comme Steve Jobs ou Bill Gates, il est sur le point de changer le monde.
Linux est un système d’exploitation multitâche (en fait un « noyau ») de la famille UNIX. Il fut initialement développé sur processeur de type Intel x86 (386 et 486), mais il a depuis été adapté sur un grand nombre d’architectures matérielles comme les PowerPC, ARM, SH4 et désormais des processeurs industriels spécialisés comme Nios II, MicroBlaze ou Blackfin. Au final, 31 architectures sont actuellement supportées par la version officielle du noyau Linux.
Linux est conforme au standard POSIX (pour Portable Operating System Interface for UNIX), ce qui signifie que les sources des programmes développés sous Linux peuvent être compilées facilement sur d’autres systèmes d’exploitation compatibles POSIX. Linux est également réputé pour sa grande interopérabilité, c’est-à-dire qu’il peut facilement s’intégrer dans un système informatique complexe utilisant d’autres systèmes d’exploitation propriétaires. Le code source du noyau Linux est disponible librement sur Internet, tout en respectant la licence GPL définie pour le projet GNU.
Initialement, le logiciel embarqué était un marché de « niche » totalement dominé par des éditeurs spécialisés (comme Wind River, fondée en 1981 et éditeur du système d’exploitation VxWorks), pratiquant des coûts de licence très élevés du fait du faible volume de production qui se résumait aux applications militaires, spatiales et industrielles en général. Les contraintes du logiciel embarqué sont très différentes de celles du logiciel classique, en particulier sur la notion de durée de vie du logiciel, qui est bien plus importante dans le cas de l’embarqué. À titre d’exemple, le télescope spatial Hubble utilisant le système d’exploitation VRTX tourne – au sens propre – depuis 1990.
Au début des années 2000, Linux était déjà très utilisé dans le monde des serveurs et ce directement en concurrence avec les solutions Microsoft. Déjà à l’époque, de nombreux développeurs et utilisateurs de Linux pensent que ce dernier peut être utilisé pour des solutions industrielles et embarquées grâce à sa fiabilité, la disponibilité de son code source et bien sûr son coût de redistribution nul. L’évolution de l’informatique embarquée vers le multimédia, de par la généralisation de l’accès à Internet, a depuis permis à Linux de devenir un acteur majeur dans le domaine puisque les systèmes d’exploitation embarqués propriétaires n’étaient pas adaptés à ces fonctionnalités. Les équipements d’accès à Internet comme les gateway et set-top box utilisent majoritairement des systèmes d’exploitation basés sur Linux. Citons les Freebox, Bbox et autres Livebox.
La grande majorité des smartphones (plus de 80 % à ce jour) utilise également le noyau Linux (et non le système complet) dans le système Android de Google. Récemment, l’éditeur Microsoft a annoncé qu’il se retirait peu à peu du marché de l’embarqué où il était connu pour Windows CE et autres Windows Embedded, laissant une belle place à Android pour les applications graphiques.
Notons que des set-top box récentes utilisent également le système d’exploitation Android.
La connaissance de Linux et des spécificités des versions embarquées et industrielles est désormais une nécessité pour les entreprises – et donc les ingénieurs – des domaines concernés, qu’ils soient fabricants de matériel électronique, éditeurs de logiciels, de solutions de développement ou d’exploitation.
La compréhension de cet article sera facilitée si le lecteur est déjà un utilisateur du système Linux. Cependant nous effectuerons les quelques rappels nécessaires à la compréhension pour le plus grand nombre de lecteurs. Au cours de cet article, nous décrirons la réalisation d’une véritable distribution Linux utilisable sur la célèbre carte Raspberry Pi 3, basée sur une architecture ARM.
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 2012 par Pierre FICHEUX
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2. Linux comme système embarqué
Nous ne reviendrons pas sur la définition, ni sur les caractéristiques d’un logiciel embarqué, ou d’un système d’exploitation embarqué. Pour cela, nous renvoyons le lecteur à l’article [H 8 000] Introduction aux systèmes embarqués ainsi qu’aux nombreux documents disponibles sur Internet ou bien ouvrages cités en bibliographie.
2.1 Contraintes des systèmes embarqués propriétaires
Les systèmes embarqués propriétaires souffrent de quelques défauts fort contraignants pour les concepteurs d’équipement.
Tout d’abord, ils sont souvent réalisés par des sociétés de taille moyenne, si l’on compare aux géants comme Microsoft ou Google. Le matériel évolue très vite, et il en est de même des standards logiciels, alors que de plus en plus d’équipements nécessitent l’intégration de composants que l’on doit importer du monde des systèmes informatiques grand public. De ce fait, les coûts de licence et les droits de redistribution de ces systèmes sont souvent élevés, car l’éditeur travaille sur un segment de marché très spécialisé.
L’industriel qui utilise un système propriétaire prend donc le risque de voir disparaître le produit (et plus rarement l’éditeur) ainsi que le support technique qui va avec. De ce fait, les industriels paient parfois des sommes conséquentes afin de disposer de tout ou partie du code source du système.
Le coût de développement d’applications autour de systèmes propriétaires est souvent plus élevé, car les outils de développement disponibles sur le marché du travail sont mal connus de la majorité des développeurs, puisque peu – ou plus – étudiés à l’université (qui de nos jours étudie VxWorks ou LynxOS ?). Il est donc nécessaire de recruter du personnel très spécialisé, donc rare et cher. A contrario un développeur Linux peut assez rapidement se spécialiser sur Linux embarqué,...
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Linux comme système embarqué
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FICHEUX (P.) - Linux embarqué, Mise en place et développement. - Eyrolles (2017).
-
(2) - YAGHMOUR (K.) - Building embedded linux systems. – - O’Reilly (2008).
-
(3) - SALLY (G.) - Pro Linux embedded systems. – - Apress (2010).
-
(4) - STALLMAN (R.) - R. Stallman et la révolution du logiciel libre. – - Eyrolles (2010).
-
(5) - FICHEUX (P.) - Linux Embarqué. - Nouvelle étude de cas, traité d’Open Embedded. Eyrolles (2012).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Sites Internet
FAQ de la licence GPL http://www.gnu.org/licences/gpl-faq.html
Conférence de Richard Stallman en janvier 2010 (Eyrolles) http://www.dailymotion.com/video/xbuw37_1-5-richard-stallman-et-la-revoluti_tech
Projet Yocto http://www.yoctoproject.org
Projet Buildroot http://buildroot.org
Projet Open Wrt http://openwrt.org
Projet Busybox http://www.busybox.net
PREEMPT-RT https://rt.wiki.kernel.org
Xenomai http://www.xenomai.org
Émulateur QEMU https://www.qemu.org
Annuaire2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)Fondation Raspberry Pi https://www.raspberrypi.org
Smile ECS, ingénierie open source et Linux embarqué https://www.smile.eu/fr/offres/embarque-iot
2.2 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)ENSEIRB-MATMECA http://www.enseirb-matmeca.fr
EPITA http://www.epita.fr
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