Interruptions et priorités

• Comprendre le concept d'interruption matérielle et logicielle.
• Définir la notion de priorité dans un système temps réel.
• Identifier des exemples concrets d'utilisation des interruptions dans l'embarqué.

Le fonctionnement d'une interruption

Dans un système embarqué, le processeur exécute normalement un programme séquentiellement, instruction par instruction. Une interruption est un signal envoyé au processeur pour lui demander de suspendre temporairement l'exécution de son programme principal et d'exécuter une routine spécifique, appelée gestionnaire d'interruption (ou ISR - Interrupt Service Routine). C'est comme si, en plein cours, le haut-parleur de l'établissement émettait un signal sonore urgent : le professeur (le processeur) interrompt son explication (le programme principal), traite l'information urgente (exécute l'ISR), puis reprend son cours exactement là où il s'était arrêté. Il existe deux grands types d'interruptions : les interruptions matérielles, déclenchées par un composant électronique externe (un bouton poussoir, un capteur de température, une arrivée de données sur un port série), et les interruptions logicielles, déclenchées par une instruction spéciale dans le programme lui-même ou par une erreur (division par zéro). Le processeur sauvegarde automatiquement son état (le contexte) avant de passer au gestionnaire, ce qui permet un retour transparent.

La gestion des priorités

Dans un système complexe, plusieurs interruptions peuvent survenir en même temps ou de manière très rapprochée. Il faut donc un mécanisme pour décider laquelle traiter en premier. C'est le rôle de la priorité. Chaque source d'interruption se voit attribuer un niveau de priorité, généralement fixé matériellement ou configuré par logiciel. Lorsque deux interruptions surviennent simultanément, le processeur exécute d'abord le gestionnaire de l'interruption la plus prioritaire. De plus, une interruption de haute priorité peut interrompre le gestionnaire d'une interruption de plus basse priorité : c'est l'imbrication d'interruptions. Prenons l'exemple d'un drone : une interruption provenant du capteur de distance (pour éviter une collision) aura une priorité bien plus élevée qu'une interruption provenant du système de transmission vidéo. Si le drone est en train de traiter l'envoi d'une image et qu'un obstacle est détecté, le traitement vidéo sera immédiatement mis en pause pour laisser la place à la manœuvre d'évitement, critique pour la sécurité. Cette gestion est au cœur des systèmes dits 'temps réel', où le respect des délais de réponse est essentiel au bon fonctionnement, voire à la sécurité.

Applications pratiques

Les interruptions sont omniprésentes dans les systèmes embarqués qui nous entourent. Dans une voiture moderne, l'appui sur le bouton de clignotant génère une interruption pour activer les feux, indépendamment de ce que fait l'ordinateur de bord (affichage de la radio, calcul de la consommation). Le système de freinage ABS utilise en permanence des interruptions haute priorité pour analyser la rotation des roues et moduler la pression de freinage des dizaines de fois par seconde, évitant ainsi le blocage. Dans un smartphone, l'appui sur le bouton de mise en veille, la réception d'un SMS, ou un timer pour l'affichage de l'heure sont tous gérés par interruptions. Dans un projet Arduino classique, la fonction `attachInterrupt()` permet justement de définir une routine à exécuter lorsqu'un bouton est pressé sur une broche spécifique, sans avoir besoin de scruter en permanence l'état de cette broche dans la boucle principale (`loop`). Cela libère le processeur pour d'autres tâches et garantit une réaction immédiate.