Les systèmes informatiques ne cessent de voir leurs performances croître. En conséquence, les ordinateurs, de par leur polyvalence, gagnent du terrain dans les usines. « Les automatismes industriels deviennent plus intelligents , commente Hermann Berg, responsable du développement de l'activité de Moxa en Europe pour les ordinateurs embarqués. Une couche supplémentaire s'ajoute au matériel existant, comme les ports série,et permet par exemple le diagnostic ou le contrôle à distance. » Les formats précédents n'ont pas disparu, mais les communications Ethernet se sont largement répandues, unifiant les entreprises, des bureaux aux ateliers. Le traitement de l'information se décentralise et les ordinateurs embarqués ont logiquement leur place dans ce réseau. Mais le milieu particulier de l'industrie nécessite bien sûr du matériel adapté. « Aujourd'hui, les ordinateurs embarqués sont à la fois très performants et suffisamment solides pour effectuer sur le terrain des applications comme l'analyse de flux vidéo en direct », conti-nue Hermann Berg.

En effet, l'embarqué ne se limite pas aux systèmes informatiques installés à bord des véhicules. Cette catégorie englobe plus largement des applications industrielles lorsque des systèmes sont installés dans des machines. « A l'origine, l'automatisation des systèmes a été réalisée avec des ordinateurs durcis , rappelle Frédéric Lentz, responsable marketing chez Siemens auprès des fabricants de machines. On utilisait un appareil en rack ou en boîtier et l'on y installait des cartes de communication ou d'acquisition pour effectuer par exemple du contrôle-commande ou de la régulation. Quand ces systèmes sont descendus dans les armoires électriques, le parallèle a été fait avec les contraintes de robustesse et de fiabilité nécessaires aux systèmes embarqués sur des véhicules. »

Des solutions standardisées

Aux machines montées en fonction des besoins spécifiques de chaque client se sont ajoutés des ordinateurs standardisés, capables de répondre à la plupart des cas des figures. « Lorsqu'un industriel a besoin d'un PC embarqué pour un remplacement dans l'une de ses machines, il en a généralement besoin à très court terme », observe Vincent Binet, responsable commercial pour l'activité matérielle chez le distributeur Factory Systèmes. Les modèles de série ont ainsi l'avantage d'être rapidement disponibles, et à moindre coût.

De nombreux formats de PC embarqués existent, adaptés à la variété des contraintes environnementales. Ils se montent sur rail DIN, sur un mur, en armoire électrique ou directement dans des machines. Cela peut imposer des limites aux performances du PC, en raison de la dissipation thermique.

« Le domaine de l'embarqué est très vaste , décrit Frédéric Aupetit, architecte système chez Ecrin Systems, intégrateur, constructeur et distributeur de solutions embarquées. Il existe plusieurs façons d'implémenter une fonction PC. Il peut s'agir d'un PC industriel classique, en boîte ou petit coffret, qui intègre une électronique PC, comme la connectique. Cela peut également se faire sous forme de carte, au format Com Express ou ETX. » Le choix d'une solution dépend de l'usage recherché ainsi que de l'environnement.

La possibilité de faire évoluer le produit est un critère important. Certains PC sont modulaires et permettent de sélectionner les fonctions nécessaires, puis d'en ajouter.

Les contraintes du milieu industriel

La variété d'applications pour les PC embarqués leur permet parfois de prendre la place de microcontrôleurs: « Les plus petits PC sont aujourd'hui à un prix équivalent à celui des microcontrôleurs d'il y a quelques années , observe Pierre Hervy, responsable support et marke-ting chez le fabricant Beckhoff Automation. On y gagne le système d'exploitation : les contrôleurs n'offrent pas d'interfaces web ou FTP, tout ce qui est caractéristique de l'environnement Windows. Avec l'USB, l'Ethernet, le DVI, les entrées et sorties sont aussi moins limitées. »

Pour des véhicules, qu'il s'agisse de voitures, bus, avions, bateaux ou trains, le type d'équipement n'est pas le même qu'en usine. En effet, ils doivent répondre à des normes différentes. Mais ils ont en commun avec les appareils destinés à l'industrie le fait de devoir se loger dans des emplacements parfois très contraignants. Cela peut dicter les dimensions du boîtier, ainsi que le système de fixation. De façon générale, la résistance aux chocs est aux vibrations est de mise. Pour cela, les fabricants limitent au maximum les câbles à l'intérieur du PC. Pour la connectique externe, il peut être nécessaire d'employer des connecteurs verrouillables, ce qui est un poids supplé-mentaire dans le budget. Certains modèles proposent également une tolérance aux plages de température plus étendues que la normale, ou à l'humidité.

Les chocs sont particulièrement critiques pour les disques durs qui cassent plus facilement et résistent moins aux températures extrêmes que les mémoires flash, dépourvues de pièces mobiles. Mais celles-ci présentent l'inconvénient du coût : elles sont plus chères que les disques durs ordinaires. Une solution intermédiaire consiste à utiliser un système de protection du disque dur classique contre les chocs, par exemple de type silentbloc . Contre les vibrations, « un capteur permet de suspendre l'écriture quand cela est nécessaire, puis de la reprendre quand le risque d'endommagement est passé », décrit Hermann Berg (Moxa). Une option utilisée notamment pour les applications gourmandes en stockage, pour lesquelles des disques durs de grande capacité sont économiquement préférables.

L'augmentation des capacités de stockage permet aujourd'hui d'installer sur des PC embarqués des systèmes d'exploitation pour serveurs. « Auparavant, il fallait utiliser des serveurs industriels, ou de type bureautique dans une salle dédiée , rappelle Vincent Binet (Factory Systèmes). Maintenant il est possible d'avoir une base de données au pied de chaque machine. »

La connectique peut être accessible en face avant ou face arrière, et plus ou moins étanche. Selon l'emplacement du PC, la disposition des interfaces peut constituer une contrainte pour le câblage.

L'environnement implique également des contraintes thermiques. Pour le refroidissement, l'option du ventilateur est exclue des modèles embarqués : de cette manière, la fréquence des pannes est réduite et cette pièce n'a pas à être changée régulièrement. Différents types de dissipation remplacent ce système : la convection, par flux d'air, la conduction, où une plaque froide emmène les calories vers la carrosserie, ou même parfois le refroidissement à l'eau. L'alimentation peut également être un problème dans le cas d'une application embarquée.Il est possible en effet qu'elle soit moins «propre» qu'une alimentation classique, ce qui nécessite parfois que le système supporte les microcoupures de courant. C'est le cas notamment dans les véhicules. Il existe pour cela des alimentations intelligentes – capables par exemple de retarder la mise sous tension d'un équipement en attendant le démarrage du moteur – ou ayant un système tampon pour l'éteindre sans risque en cas de perte de tension. On trouve également aujourd'hui des alimentations à large plage d'entrée qui facilitent l'intégration. L'alimentation basse tension, de 9 à 30 volts, permet d'éviter la surchauffe: « Comme le produit dissipe les calories à travers le matériau,sa durée de vie serait dégradée , explique Vincent Binet. Cela permet un branchement direct sur les automates alimentés en 12 à 24 volts. »

Lorsqu'une interface homme-machine est nécessaire, il faut s'assurer de la possibilité de brancher les périphériques adéquats. L'écran, bien sûr, qui peut éventuellement être tactile (capacitif, résistif ou multitouch) , mais également le clavier ou un autre système nécessaire à l'interaction.Aujourd'hui, des sorties LVDS ou HDMI sont disponibles sur les cartes mères, au lieu du simpleVGA, ce qui permet le pilotage direct d'un écran. Sur certains ordinateurs embarqués, on peut même trouver l'écran intégré.

Quelle performance pour quelles applications ?

« Les performances actuelles permettent de faire tourner des synoptiques avec des objets en 3D , note Vincent Binet (Factory Systèmes). Les images peuvent avoir une meilleure résolution et il est possible d'utiliser des écrans 19 pouces au lieu de 12. » Moins coûteux et plus ouverts, les PC embarqués peuvent être plus avantageux que les terminaux imposés et les interfaces propriétaires des fabricants de machines. « De nombreux clients ne veulent plus avoir les mains liées et installent une interface plus conviviale », observe Vincent Binet. Les logiciels de supervision permettent en effet aux utilisateurs de développer leur propre interface.

Les performances des microprocesseurs s'améliorent continuellement. Mais il n'est pas toujours nécessaire d'opter pour des systèmes de pointe. « Généralement, les clients demandent de hautes performances, avec par exemple des processeurs Intel Core i5 ou i7 , raconte Vincent Binet. Ils pensent ainsi obtenir un fonctionnement plus rapide, mais ce n'est pourtant pas toujours la solution adaptée. » « Ce sont principalement les applications qui déterminent le choix du processeur », explique Hermann Berg (Moxa). L'ordinateur est-il destiné à faire tourner des logiciels automates, ou de supervision? A gérer un flux vidéo? « Pour du multimédia, les performances requises sont plus importantes que dans un système d'acquisition »,indique FrédéricAupetit (Ecrin Systems).

« Lorsque le client a besoin d'un gros volume de machines, il préfère généralement avoir des performances plus limitées », ajoute Vincent Binet (Factory Systèmes), qui estime à 30% du prix total le coût du processeur. Sur des grandes séries, la différence de prix devient donc d'autant plus critique.

Les contraintes thermiques sont une autre limite: « Il n'est pas possible d'utiliser des processeurs de type serveur,comme ceux de Dell ou IBM », ajoute Hermann Berg (Moxa). Et même des processeurs plus adaptés à l'embarqué peuvent être incompatibles si la surface de l'appareil n'est pas suffisante pour le refroidissement. « Un PC très compact ne pourra pas contenir un processeur trop puissant », résume Hermann Berg.

Les PC embarqués sont généralement protégés contre les chocs et les vibrations. Dans certains secteurs, comme le rail, ces points sont encadrés par des normes spécifiques.

L'évolutivité du produit est un point important: attention à ne pas être confronté aux limites du système. Si celui-ci est voué à être modifié au cours du temps, il est possible de réserver des slots pour des cartes d'extension. Cela peut s'avérer utile lorsqu'il s'agit d'ajouter une connectique ou des fonctions particulières, comme une carte graphique particulièrement performante.

Il y a encore 4 ou 5 ans, il n'existait pas de solutions sur étagère pour intégrer des cartes de type PCIe , rappelle Frédéric Aupetit (Ecrin Systems). Il était alors compliqué d'intégrer des solutions de type localisation de flotte, nécessitant GPS ou communication radio. Maintenant, les modules PCI Express (PCIe) existent sur les PC, ainsi que les applications et drivers nécessaires. » Si, malgré ces possibilités d'extension, les produits standard n'offrent pas les fonctions nécessaires, il reste l'option du PC sur mesure. « Notre bureau d'études peut en construire à partir de cartes , explique Frédéric Aupetit. Nous nous chargeons du développement à la place du client, en ajoutant à la carte métier les fonctions supplémentaires nécessaires, comme des ports série, Ethernet, des possibilités d'acquisition, ou des sorties tout ou rien. » Le coffret doit également être fait sur mesure, avec le système de dissipation de chaleur adéquat, l'alimentation, ou encore la connectique, un point critique. Les modèles sur mesure sont la norme dans des secteurs où les besoins sont spécifiques, comme l'énergie ou le rail. Des marchés auxquels s'adressent spécifiquement certains fabricants, comme Moxa.

Windows, système d'exploitation majoritaire

Du côté du système d'exploitation, c'est Windows de Microsoft qui domine le marché, et est donc généralement fourni avec les ordinateurs. Et plus précisément sa version 7, le support de la version XP n'étant plus assuré que jusqu'en mars prochain. « Dans l'industrie, on veut connaître le code source des applications pour être capable de les dépanner , justifie Frédéric Lentz (Siemens). C'est d'autant plus vrai qu'il y a plus de changement parmi le personnel. Il faut donc pouvoir comprendre ce qu'on fait les précédents,pour en assurer la pérennité. » La plupart des applications industrielles sont en effet développées pour un environnementWindows. Bases de données, recettes, ou supervision doivent pouvoir communiquer. Linux peut toutefois être fourni, généralement pour des applications de niche, ou pour les industriels développant leurs propres programmes. Outre son ouverture, ce système présente l'avantage de demander moins d'espace de stockage. À l'avenir, on pourrait également voir Android gagner les PC, et les faire bénéficier de son parc d'applications. C'est l'avis de Frédéric Aupetit (Ecrin Systems). « Cela pourrait être rentable à partir de la prochaine génération de processeurs Intel », estime-t-il.

Les formats évoluent peu, mais l'augmentation continue des performances des composants permet de contenir plus de puissance dans des boîtiers compacts.

Les versions embarquées de Windows disposent de moins de fonctions, justement afin de répondre aux contraintes d'espace de stockage : elles contiennent le minimum nécessaire au fonctionnement de la machine, et coûtent donc moins cher. Elles peuvent ainsi être installées sur des mémoires flash ou SSD. Mais cela oblige parfois le client à installer lui-même certains drivers, pour une carte vidéo par exemple. « Le coût de la licence n'est pas forcément un bon argument ici, prévient Vincent Binet (Factory Systèmes). Le coût de développement supplémentaire risque de peser si le client n'a pas les ressources nécessaires en interne. » Les technologies des PC embarqués sont aujourd'hui matures, les progressions du matériel et des systèmes d'exploitation ont permis d'étendre leur champ d'application. Mais actuellement, « dans ce domaine,l'innovation se fait beaucoup sur les applications », selon Hermann Berg (Moxa). En particulier au niveau de la maintenance préventive: « Il est possible de rassembler de nombreuses informations, de savoir quels éléments d'une installation vieillissent, lesquels doivent êtreremplacés. »ajoute-t-il. En réduisant les interruptions dans la production, ces solutions permettent de réduire les coûts de maintenance. Les PC embarqués n'ont donc pas fini de se rendre utiles dans l'industrie.