Rôle des systèmes d'exploitation dans les systèmes embarqués
OS embarqués

Les systèmes embarqués et/ou intégrés rappellent par certains côtés les ordinateurs d'antan, par les ressources limitées dont ils disposent. Ceci conduit à des besoins de compacité de code et à une exploitation optimisée du matériel qui n'est plus de mise dans les systèmes informatiques actuels où l'abondance de ressources de calcul et de mémorisation est la règle. Que l'on ne s'y trompe pas cependant : comparaison n'est pas raison, et les systèmes informatiques embarqués d'aujourd'hui sont souvent bien plus performants que leurs prédécesseurs non embarqués, mais ils sont aussi extrêmement contraints, et les quelques kilo-octets, microsecondes ou milliwatts qui sont épargnés par un système d'exploitation ad hoc seront toujours utiles à l'application, pour permettre de faire fonctionner mieux, de manière plus sûre et plus longtemps un appareillage. Globalement, le but d'un système d'exploitation consiste à abstraire et partager les ressources matérielles pour simplifier l'écriture des applications. Les systèmes d'exploitation des ordinateurs modernes visent à optimiser les temps de réponses moyens pour l'utilisateur face à un clavier et une souris, quitte à requérir de nombreuses ressources à un instant donné pour garantir cet objectif. Dans le monde de l'embarqué, un tel objectif n'a souvent pas de sens, car il n'y a pas d'utilisateur à proprement parler et la notion assez subjective et mal formalisée de temps de réponse acceptable est clairement inadaptée. Les systèmes d'exploitation pour les systèmes embarqués ont en général besoin de contraintes clairement précisées pour réaliser les services qu'ils sont censés fournir. Ces critères peuvent être liés à la performance temporelle, par exemple sur la latence minimale et maximale du traitement des interruptions, en espace mémoire maximal requis, en capacité de contrôle du matériel en vue par exemple de la basse consommation, etc. Les systèmes pour lesquels la réalisation d'une action doit être faite dans un laps de temps prédéfini, potentiellement de manière répétée, sont dits temps réel. Ils ont une importance particulière dans le monde de l'embarqué, car le contrôle du déclenchement d'un air bag ou le décodage d'une vidéo n'ont d'intérêt que si l'action est réalisée dans le temps imparti.

Par ailleurs, les méthodes de construction des systèmes d'exploitation ont évolué au cours du temps et permettent aujourd'hui de n'inclure que les parties qui sont utiles à la fois à l'application, si celle-ci est connue d'avance, ce qui est le cas bien souvent, et au matériel. Elles permettent ainsi de construire un système « sur mesure » qui maximise l'efficacité de l'appareil. L'intégration posant des questions cruciales de rendement et de flexibilité, les systèmes intégrés actuellement en cours de conception tendent à inclure plusieurs (voire de nombreux) processeurs. La gestion de ces nombreux processeurs, qui peuvent être de type identiques ou différents, par exemple un processeur à usage général et un processeur de traitement de signal, a clairement un impact sur les systèmes d'exploitation destinés à être embarqués.

La plupart des applications intégrées actuelles font appel à des algorithmes qui sont très gourmands en termes de ressources mémoire et de capacité de calcul. Ainsi, les systèmes électroniques embarqués, du moins ceux qui visent les appareillages grand public, doivent non seulement être d'un coût très faible mais ils doivent de plus fournir une performance très élevée. Ce faible coût implique une faible consommation, car cela seul permet l'utilisation de boîtiers plastique à faible coût (par opposition aux boîtiers en céramique) et l'absence de radiateur et de ventilateur. La solution utilisée dans le passé pour satisfaire ces contraintes a été de développer du matériel ad hoc : il est généralement admis que le nombre de MIPS (millions d'instructions par seconde) par watt (unité de mesure de la performance vis-à-vis de la consommation) est de deux à trois ordres de grandeur plus élevé dans le matériel spécialisé que dans le logiciel. Cependant, les applications récentes sont peu pérennes à cause de l'évolution continue et en profondeur des différents standards sur lesquels elles se basent. Ainsi, les solutions purement matérielles ne sont plus acceptables car elles ne permettent pas une flexibilité suffisante pour s'adapter au besoin, et les solutions au moins partiellement programmables sont maintenant la règle. En conséquence, il est à présent reconnu que des systèmes d'exploitations dédiés sont nécessaires.