Architecture logicielle des systèmes embarqués : C++, FreeRTOS et méthodologie de développement firmware

• Concevoir l’architecture logicielle complète d’un firmware embarqué sur microcontrôleur STM32 en structurant les couches HAL, drivers, middleware et application.
• Développer des drivers matériels modulaires en C++ permettant l’abstraction du matériel et la réutilisation des composants logiciels entre plusieurs projets.
• Mettre en œuvre une architecture multitâche robuste sous FreeRTOS, incluant :gestion des tâches, synchronisation inter-tâches (queues, mutex, event groups), gestion des priorités et du temps réel.
• Mettre en place une organisation logicielle permettant la réutilisation de bibliothèques internes, avec une gestion propre des dépendances et du versionnement.
• Utiliser les outils de développement collaboratif (Git, gestion des branches, revue de code) pour améliorer la qualité et la maintenabilité des firmwares.
• Améliorer la qualité et la fiabilité des firmwares à l’aide de techniques de debug avancé, d’analyse de performance et d’introduction de tests logiciels.

1- C++ moderne pour systèmes embarqués (3,5h) Principes d’utilisation de C++ dans un contexte microcontrôleur

• Principes d’utilisation de C++ dans un contexte microcontrôleur
• Rappels sur les différences C / C++ en embarqué
• Encapsulation et abstraction matérielle
• Classes et interfaces pour drivers matériels
• Gestion mémoire en environnement contraint
• Utilisation maîtrisée des templates et inline
• Bonnes pratiques C++ pour firmware embarqué
• Organisation des fichiers et interfaces publiques

2- Conception de drivers et abstraction matérielle (3,5 h) Architecture des drivers matériels réutilisables :

• Séparation HAL / drivers / application
• Conception de drivers indépendants du matériel cible
• Interfaces génériques pour périphériques (UART, SPI, I2C)
• Gestion des dépendances entre modules
• Gestion des interruptions et callbacks
• Exemples de drivers modulaires

3. Architecture logicielle des firmwares embarqués (3,5 h) Structuration globale d’un firmware :

• Organisation des couches logicielles
• Architecture modulaire par fonctionnalités
• Gestion des dépendances entre modules
• Patterns utiles en systèmes embarqués

4. Audit d’un firmware existant et analyse d’architecture (3,5 h) Analyse critique d’un projet réel :

• Identification de l’architecture existante
• Analyse des dépendances logicielles
• Identification de la dette technique
• Identification des modules réutilisables
• Proposition d’améliorations d’architecture
• Discussion collective autour des bonnes pratiques

5. Introduction et maîtrise de FreeRTOS (3,5 h) Principes des systèmes temps réel :

• Fonctionnement d’un RTOS
• Scheduler et gestion des priorités
• Création et gestion des tâches
• Gestion de la mémoire RTOS
• Synchronisation entre tâches

6. Conception d’architectures multitâches robustes (3,5 h) Conception d’un firmware multitâche robuste :

• Communication inter-tâches
• Queues
• Mutex
• Sémaphores
• Event groups
• Gestion des ressources partagées
• Gestion des erreurs et watchdog
• Détection des stack overflow
• Architecture typique d’un firmware multitâche

7. Réutilisation et mutualisation de bibliothèques logicielles (3,5 h) Industrialisation du code :

• Structuration de bibliothèques internes
• Gestion des versions des bibliothèques
• Mutualisation des drivers entre projets
• Organisation multi-projets
• Gestion des dépendances logicielles

8. Organisation des projets et gestion collaborative avec Git (3,5 h) Utilisation de Git dans un contexte embarqué :

• Organisation des dépôts firmware
• Stratégies de branches (feature, release, hotfix)
• Revue de code
• Bonnes pratiques de collaboration
• Organisation d’une base de code partagée

9. Debug avancé et analyse de performance des firmwares (3,5 h) Utilisation avancée des outils de debug :

• Debug J-Link avancé
• Analyse des variables et mémoire
• Profiling et analyse des performances
• Détection des blocages et deadlocks

10. Qualité logicielle, tests et gestion des releases firmware (3,5 h) Amélioration de la qualité firmware :

• Introduction aux tests logiciels en embarqué
• Validation fonctionnelle et tests automatisés
• Gestion des versions firmware
• Génération des livrables binaires
• Bonnes pratiques de release pour la production

Les situations de handicap seront étudiées au cas par cas.