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1 - INTRODUCTION AU LOGICIEL LIBRE, LE PROJET GNU

  • 1.1 - What’s GNU ? Gnu’s Not Unix
  • 1.2 - Licences GPL et LGPL
  • 1.3 - Linux ou GNU/Linux ?

2 - LINUX COMME SYSTÈME EMBARQUÉ

  • 2.1 - Contraintes des systèmes embarqués propriétaires
  • 2.2 - Avantages du logiciel libre
  • 2.3 - Inconvénients
  • 2.4 - Pourquoi Linux est-il adapté aux applications embarquées ?

3 - CHOIX DU MATÉRIEL

4 - ARCHITECTURE D’UN SYSTÈME LINUX EMBARQUÉ

5 - EXEMPLES DE DISTRIBUTIONS

6 - TEMPS RÉEL

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : H1570 v2

Introduction au logiciel libre, le projet GNU
Linux embarqué

Auteur(s) : Pierre FICHEUX

Relu et validé le 05 janv. 2021

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RÉSUMÉ

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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ABSTRACT

Embedded Linux

Linux is a multitasking exploitation system from the UNIX family. Initially developed on intel-type processors, it has now become the support for a large number of architectures. Renowned for its interoperability, Linux is a free software which was rapidly put into place in order to compete with the solutions provided by Microsoft. At the beginning of the 2000s, due to its reliability, the availability of its source code and cost-free redistribution it was anticipated by many developers as an embedded solution. A sound knowledge of the Linux system has thus become necessary for companies working in fields involving the use of embedded versions, be they electronics manufacturers, sofware editors or operation solution providers.

Auteur(s)

  • 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.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-h1570


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1. Introduction au logiciel libre, le projet GNU

Le logiciel libre est la traduction française du terme anglais free software. Dans ce cas, le terme free ne signifie pas gratuit, mais libre. La notion de logiciel libre est directement issue du concept exprimé en anglais par le terme open source (voir http://www.opensource.org), la principale caractéristique du logiciel libre est donc la disponibilité du code source et non la gratuité de la licence.

Il existe un autre type de logiciel nommé freeware (parfois nommé graticiel en français) mais il n’a rien à voir avec le logiciel libre puisque, dans ce cas, le terme free indique avant tout la gratuité alors que le code source est rarement disponible.

1.1 What’s GNU ? Gnu’s Not Unix

Dans les années 1980, Richard M. Stallman, un chercheur en intelligence artificielle du MIT (Massachusetts Institute of Technology), démarre un projet de développement de composants logiciels libres. De par son environnement culturel, Stallman s’oriente naturellement vers l’environnement UNIX, non qu’il considère ce système comme parfait, mais plutôt parce qu’il est, selon ses dires, not so bad (pas si mal). Le but du projet est de fournir des versions libres des différentes commandes et outils disponibles dans les systèmes UNIX. Le nom du projet (GNU) est une définition récursive (GNU’s Not Unix), typique de l’humour décalé des informaticiens.

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1.2 Licences GPL et LGPL

Richard Stallman en profita pour mettre en place un nouveau type de licence de distribution appelée GPL (pour General Public License), utilisant le principe du copyleft par opposition au copyright des licences propriétaires. La description complète de la licence est assez longue et disponible sur le site de la Free Soft-ware Foundation ( http://www.gnu.org/licenses). Il est cependant fortement recommandé de prendre connaissance de cette licence si vous désirez utiliser Linux ou un logiciel open source sous GPL pour un projet industriel. Outre les éléments légaux indispensables, cette lecture vous apportera des éléments clés pour la compréhension de la philosophie du logiciel libre.

La version la plus communément utilisée est la GPLv2 datant de 1991.

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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).

1 Sources bibliographiques

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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