Cours
Ch. 27 : Interfaces homme-machine
Architecture d’un système embarqué
Un système informatique embarqué est un système de traitement de l’information autonome ne possédant pas d’entrée et sortie standard comme le clavier et l’écran. Les informations sont reçues de l’extérieur par le biais de capteurs, elles sont traitées par un processeur et selon le programme du système des actions physiques peuvent être déclenchées avec des actionneurs. Les capteurs sont des périphériques d’entrée et les actionneurs des périphériques de sortie.
Les signaux capturés sont analogiques, analogues au phénomène : par exemple la rotation de l’axe d’un anémomètre qui mesure la vitesse du vent sur une station météo. Pour être traités par le processeur, ils sont numérisés transformés en un nombre fini d’informations codées par des 0 et des 1 par échantillonnage (nombre fini de relevés) et quantification (nombre fini de valeurs possibles).
Les microcontrôleurs sont des circuits intégrés qui concentrent une mémoire, un processeur, des entrées-sorties comme un ordinateur, mais se caractérisent par une miniaturisation accrue, une plus faible consommation électrique et des performances moindres, mais suffisantes pour des applications toujours plus nombreuses avec les progrès techniques.
Les systèmes informatiques embarqués sont utilisés dans tous les domaines : l’industrie (robots), le transport (avionique, automobile, métro …), la médecine (stimulateurs cardiaques, imagerie …), la maison (domotique, appareils ménagers …), les télécommunications (téléphonie …), le monde du travail (contrôle d’accès …), les loisirs (vélo électrique …).
On parle d’informatique ubiquitaire pour désigner cette omniprésence de l’informatique dans notre environnement.
Les smartphones modernes ne sont pas des microcontrôleurs, mais des ordinateurs miniatures bien plus puissants que les systèmes de guidage des premières missions Apollo qui ont amené l’homme sur la lune ! Ils sont dotés de nombreux capteurs.
Programmation
Un algorithme de contrôle fréquent sur un système informatique embarqué consiste en une boucle infinie où s’enchaînent capture d’événements par les émetteurs, traitement puis action par les actionneurs.
Initialiser les actionneurs à leur position de départ
Tant que Vrai
Lire les informations des capteurs
Traiter ces informations
Calculer des informations sur les actionneurs
Transmettre ces informations aux actionneursQCM
Interface Homme Machine
Une Interface Homme Machine est un ensemble de moyens physiques (boutons, manettes) ou logiciels (interface graphique) qui permettent à un humain d’échanger des informations avec une machine.
Les moyens matériels permettant l’interaction sont appelés périphériques : on distingue les périphériques d’entrée ou de sortie.
Douglas Engelbart est un des pionniers des IHM en informatique avec son système NLS qui introduit la première souris.
Compléter la légende de la figure ci-dessous représentant différents composants et périphériques d’un ordinateur :
Fiabilité et sécurité
La sûreté est la garantie qu’un système fait ce qu’il doit faire et ne fait pas ce qu’il ne doit pas faire. Les programmes des systèmes embarqués doivent parfois s’exécuter avec des contraintes fortes (manque de ressource, temps de réaction très rapide) et ils ne sont pas toujours développés avec la rigueur nécessaire. Les bugs sont donc fréquents. Parfois bénins (une mauvaise gestion des années bissextiles a provoqué l’arrêt du lecteur MP3 Zune de Microsoft le 31/12/2008), ils peuvent aussi avoir a des conséquences dramatiques : les bugs du Therac 25 (appareil de radiographie) ou du contrôle moteur sur les Toyota Camry ont provoqué plusieurs morts.
La confidentialité est une problématique majeure des systèmes embarqués qui collectent des données personnelles sur leurs utilisateurs, comme les cartes électroniques de transport en commun.
La sécurité est souvent un point faible des systèmes embarqués, qui manquent de ressources matérielles, ont des cycles de vie longs sans mise à jour et mettent en jeu des modes de communication sans contact particulièrement vulnérables.
Par exemple, une voiture ne peut démarrer que si la carte de démarrage se trouve à proximité, car la carte et la voiture partagent un secret commun permettant de déverrouiller le système antidémarrage. L’attaque par relais permet de déjouer ce protocole en relayant la communication : un pirate se trouve près de la voiture et l’autre près de la carte et par un leurre technologique ils font croire aux deux parties qu’elles sont à proximité. Tous les systèmes embarqués qui communiquent sans contact (carte bancaire, carte d’accès …) sont vulnérables à cette attaque.
![Source : Image : Martial Régereau [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons](Attaque_par_relais.png)
QCM
Objets connectés
Internet des objets
Un objet connecté est un système informatique embarqué disposant d’une connexion à un réseau local ou à L’Internet.
Les Interfaces Homme Machine des objets connectés sont souvent des applications Web disponibles sur Smartphone.
Avec la baisse des coûts des microcontrôleurs et des puces Wifi, les objets connectés se multiplient. Actuellement, il existe plus d’objets que d’humains connectés à Internet et leur nombre va augmenter fortement dans les prochaines années avec la baisse de coût des puces. On parle d’IOT pour Internet Of Things pour désigner l’ensemble des objets connectés à l’Internet.
On estime à 50 milliards le nombre d’objets connectés en 2020.
Fiabilité et sécurité
Les objets connectés permettent d’ajouter de l’intelligence dans notre environnement à tous les niveaux : le corps (mes indicateurs de santé, ma nourriture), la maison(appareils, système de chauffage), les réseaux (électrique, de circulation), les transports (véhicules autonomes), la prévention des risques (incendies) … De plus la collaboration entre objets connectés, leur connexion à des bases de données en ligne, augmente considérablement leur puissance même si chaque objet a des ressources matérielles limitées.
Néanmoins, les vulnérabilités des systèmes embarqués sont amplifiées s’ils sont connectés.
La cyberattaque d’un serveur DNS majeur par des milliers de caméras de surveillance transformées en bots, a gravement perturbé Internet en octobre 2016. La prise de contrôle à distance par des hackers de la Jeep Cherokee en 2015 ou des failles détectées dans des stimulateurs cardiaques sont des exemples parmi bien d’autres illustrant le fait que la révolution de l’internet des objets ne pourra se faire sans des progrès sur le plan de leur sécurité.
Enfin la moisson de données personnelles que peuvent collecter des objets connectés comme les assistants personnels proposés par les GAFAM doit absolument être contrôlée.