Les Objets de l'Internet

• 1. Les objets de l'Internet, les SoC
• 2. Plateformes IoT
  • Processeurs
  • Architectures ARM
  • SoC ARM
  • Architecture ARM
  • Architecture MIPS
• 3. Matériel industriel
• 4. Matériel en production grand public
• 5. Matériel de développement

1. Les objets de l'Internet, les SoC

Définition Wikipedia : Un système sur une puce, également souvent désigné dans la littérature scientifique par le terme anglais system on a chip (d'où son abréviation SoC), est un système complet embarqué sur une seule puce, pouvant comprendre de la mémoire, un ou plusieurs microprocesseurs, des périphériques d'interface, ou tout autre composant nécessaire à la réalisation de la fonction attendue. On peut intégrer de la logique, de la mémoire (statique, dynamique, flash, ROM, PROM, EPROM, EEPROM), des dispositifs (capteurs) mécaniques, opto-électroniques, chimiques ou biologiques ou des circuits radio.

2. Plateformes IoT

• MIPS
• ARM
• X86
• PowerPC

Processeurs

Architectures ARM

Les architectures ARM sont des architectures matérielles RISC 32 bits (ARMv1 à ARMv7) et 64 bits (ARMv8)1 développées par ARM Ltd depuis 1990 et introduites à partir de 1983 par Acorn Computers.

Dotés d'une architecture relativement plus simple que d'autres familles de processeurs, et bénéficiant d'une faible consommation, les processeurs ARM sont devenus dominants dans le domaine de l'informatique embarquée, en particulier la téléphonie mobile et les tablettes.

Ces processeurs sont fabriqués sous licence par un grand nombre de constructeurs.

SoC ARM

Aujourd'hui, ARM est surtout connu pour ses SoC, intégrant sur une seule puce, microprocesseur, processeur graphique (GPU), DSP, FPU, SIMD, et contrôleur de périphériques. Ceux-ci sont présents dans la majorité des smartphones et tablettes. ARM propose des architectures, qui sont vendues sous licence de propriété intellectuelle aux concepteurs. Ils proposent différentes options dans lesquelles les constructeurs peuvent prendre ce qui les intéresse pour compléter avec leurs options propres ou de concepteurs tiers. ARM propose ainsi pour les SoC les plus récents, les microprocesseurs Cortex (Cortex-A pour l'appliance, Cortex-M pour le couplage à un microcontrôleur, Cortex-R pour les microprocesseurs temps réel), des processeurs graphiques (Mali), des bus AMBA sous licence libre, ainsi que les divers autres composants nécessaires à la composition du SoC complet. Certains constructeurs, comme Nvidia préfèrent produire leur propre processeur graphique, d'autres, comme Samsung, préfèrent prendre dans certains cas un processeur graphique de prestataire tiers ou d'ARM selon les modèles, et d'autres, comme Apple, modifient certains composants du microprocesseur en mélangeant plusieurs architectures processeur ARM (l'Apple A6 par exemple, mixe les technologies de microprocesseur Cortex-A9 et Cortex-A15).

Architecture ARM

L'architecture ARM a initialement été développée en interne par la société britannique Acorn Computers, qui l'utilisa à partir de 1987 dans sa gamme d'ordinateurs 32 bits Archimedes. ARM signifiait alors 'Acorn Risc Machine'. Ultérieurement la division « création de microprocesseurs » d'Acorn fut détachée de la société mère et devint la société « Advanced Risc Machine limited », se positionnant avec une offre indépendante pour le marché de l'électronique embarquée.

Une particularité des processeurs ARM est leur mode de vente. En effet, ARM Ltd. ne fabrique ni ne vend ses processeurs sous forme de circuits intégrés. La société vend les licences de ses processeurs de manière à ce qu'ils soient gravés dans le silicium par d'autres fabricants. Aujourd'hui, la plupart des grands fondeurs de puces proposent de l'architecture ARM.

Le coeur le plus célèbre est l’ARM7TDMI[réf. souhaitée] qui comporte trois niveaux de pipeline. De plus, le ARM7TDMI dispose d'un second jeu d'instructions appelé THUMB permettant le codage d'instructions sur 16 bits et, ainsi, de réaliser un gain de mémoire important, notamment pour les applications embarquées.

ARM Ltd. a ensuite développé le coeur ARM9 qui comporte 5 niveaux de pipeline. Cela permet ainsi l'augmentation du nombre d'opérations logiques sur chaque cycle d'horloge et donc une amélioration des performances en vitesse.

L'architecture ARM est utilisée dans de très nombreux domaines et équipe par exemple les calculatrices TI-Nspire. Cette architecture est notamment très répandue dans la téléphonie mobile.

De nombreux systèmes d'exploitation sont compatibles avec cette architecture :

• Symbian S60 avec les Nokia N97 ou Samsung Player HD ;
• iOS avec l'iPhone et l'iPad ;
• Linux, avec la plupart des distributions ou avec Android ;
• BlackBerry OS avec les BlackBerry
• Windows CE, Windows Phone 7 et Windows RT2, une version de Windows 8.
• le système PlayStation Vita
• Risc OS
• etc.

Le monde des ordinateurs portables pourrait connaître prochainement une évolution avec le remplacement progressif des processeurs x86 par l'architecture ARM. Windows 8 est compatible avec cette architecture (avec certaines limitations), tout comme Google Chrome OS. L'utilisation de l'architecture ARM devrait permettre la réduction de la consommation électrique.

En revanche, les fondeurs des processeurs x86 (Intel et AMD) se préparent à cette concurrence en réduisant la consommation électrique de leurs solutions et en simplifiant leurs architectures, comme avec les Atom et Bobcat, par exemple en intégrant les capacités graphiques avec le processeur. De l'autre côté, les fondeurs des SoC à base d'architecture ARM, comme NVidia et Qualcomm, continuent d'augmenter les performances de leurs puces, par exemple en augmentant le nombre de coeurs ou en ajoutant de nouvelles instructions.

Il est également possible d’agglomérer différents coeurs de différentes puissances, les plus faibles en consommation et puissance travaillant la majorité du temps, afin de minimiser la consommation électrique et des coeurs plus puissants activés uniquement en cas de forte demande de calcul afin d'en accélérer le traitement. Cette technologie est appelée big.LITTLE, elle est utilisée par Samsung, avec ses Exynos 5 octo (4 cortex-A7 faible consommation et 4 cortex-A15 de forte puissance), MediaTek et d'autres. Le Tegra 3 de NVidia, utilise une technique similaire avec un seul coeur de faible consommation et plusieurs de forte puissance.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_ARM

Architecture MIPS

L'architecture MIPS (de l'anglais : microprocessor without interlocked pipeline stages) est une architecture de processeur de type Reduced instruction set computer (RISC) développée par la société MIPS Technologies (alors appelée MIPS Computer Systems), basée à Mountain View en Californie.

Les processeurs fabriqués selon cette architecture ont surtout été utilisés dans les systèmes SGI. On les retrouve aussi dans plusieurs systèmes embarqués, comme les ordinateurs de poche, les routeurs Cisco et les consoles de jeux vidéo (Nintendo 64 et Sony PlayStation, PlayStation 2 et PSP).

Vers la fin des années 1990, on estimait que les processeurs dérivés de l'architecture MIPS occupaient le tiers des processeurs RISC produits.

De nos jours cette architecture reste populaire dans le marché de l'informatique embarquée où elle subit une intense concurrence de la part de l'architecture ARM.

Les MIPS sont aussi présents dans des routeurs ou des NAS, mais ils deviennent aussi de plus en plus rares dans ce domaine face à la concurrence des ARM, PowerPC et x86 basse consommation.

Malgré tout, les MIPS reviennent peu à peu dans le marché de l'informatique à haute performance grâce aux recherches menées par la Chine avec les processeurs Loongson qui ont été utilisés pour la création du supercalculateur Dawning 5000L et 6000.

En 2015, la Russie annonce vouloir remplacer les processeurs conçus par des sociétés des États-Unis par des processeurs locaux dans les systèmes informatique nationaux. Les processeurs d'architecture MIPS, Baikal T1 de la société russe spécialisée dans les supercalculateurs T-Platforms sont alors choisis. il est soutenu pour sa conception par le conglomérat de la défense Rostec et co-financé par l'entreprise publique russe Rosnano (Роснано).

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_MIPS

3. Matériel industriel

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4. Matériel en production grand public

1. Game Nest
2. Game Fibaro
3. Chromecats
4. Apple Watch
5. Philips Hue
6. TV box
7. Parrot
8. et beaucoup d'autres

5. Matériel de développement

1. Embarqué MIPS / Intel avec OpenWRT, Arch Linux ou Debian/Ubuntu
2. Littlebits : moudule Cloudbit, modules logiques et module arduino
3. Raspberry pi : Pibrella, Z-Wave, Grove, Réseau infra, Cluster
4. Parrot Power Flower et Minidrone Rolling Spider en BLE (Linux, Mac et RPi)
5. Arduino en Wi-Fi/BLE

Voir aussi https://postscapes.com/internet-of-things-hardware