Dimensionner un système d'acquisition embarqué : l'exemple chiffré

Quatre budgets, et ils sont couplés

Dimensionner un système d'acquisition, c'est fermer quatre budgets simultanément : le débit que l'équipement doit tenir, le stockage que consommera la sortie, la fraction qui passe dans la liaison de télémesure, et la masse et la puissance que l'aéronef acceptera. Aucun n'est indépendant, et c'est pourquoi le dimensionnement est une boucle plutôt qu'un calcul.

L'habitude la plus utile consiste à écrire les nombres dans cet ordre, dans un tableur qu'on n'a pas honte de montrer, et à le conserver comme élément de configuration pour toute la campagne. La plupart des échecs de dimensionnement ne sont pas des erreurs d'arithmétique. Ce sont des nombres qui ont changé en troisième semaine et qui n'ont jamais été propagés.

Partir de la liste de paramètres

L'entrée du dimensionnement est une liste de ce que vous avez l'intention de mesurer, avec une cadence et une raison pour chaque ligne. Pas un nombre de voies, pas un produit, pas une comparaison de fiches techniques : une liste. Elle est fastidieuse à produire et c'est le seul document qui rende le reste de l'exercice honnête.

Deux disciplines paient tout de suite. Donnez à chaque paramètre sa propre cadence plutôt qu'une cadence de groupe — soixante-quatre températures n'ont pas besoin de la cadence de votre accéléromètre le plus rapide, et la leur donner peut doubler un débit pour rien. Et écrivez la raison : « corrélation de fatigue structurale » ou « détection de pompage moteur » vous dit de quelle cadence le paramètre a réellement besoin, là où un nom seul invite à l'estimation la plus sûre, qui est toujours la plus rapide.

Des voies au débit binaire

Le calcul par groupe est une multiplication : voies × cadence × bits par échantillon. Prenons comme exemple une campagne de structure et de qualités de vol de taille moyenne.

Deux choses sautent aux yeux dans ce tableau, et les deux sont typiques. Les voies analogiques et discrètes — celles que l'ingénieur d'instrumentation a passé trois semaines à définir — représentent moins de cinq pour cent du débit. Et la seule caméra d'événement en intra en constitue les deux tiers à elle seule.

Stockage : durée fois débit, fois honnêteté

Cent vingt-cinq mégabits par seconde, c'est environ 15,6 mégaoctets par seconde. Une sortie de trois heures représente donc quelque 170 Go. C'est la partie facile ; c'est dans la marge que le jugement entre en jeu.

• La sortie qui s'allonge. Convoyages, attente, seconde tentative sur le point — trente pour cent n'est pas généreux.
• La sortie qu'il faut refaire, enregistrée sur le même support parce que personne n'a déchargé entre les deux.
• De la place pour garder le support confortablement en dessous du plein, car un support flash presque saturé se comporte moins bien qu'un support vide.

Multipliez, et les 170 Go deviennent une cartouche de 512 Go, ou un téraoctet si le concept d'emploi prévoit deux sorties entre deux déchargements. Le stockage est le moins cher des quatre budgets, et celui où acheter de la marge coûte le moins — ce qui en fait le mauvais endroit pour faire le malin.

La liaison de télémesure : concevoir ce qui ne descend pas

Une allocation de centre d'essais vous donne peut-être cinq mégabits par seconde. Vous en avez cent vingt-cinq. Le sous-ensemble télémesuré n'est donc pas une version filtrée de l'enregistrement, c'est un second format, conçu exprès, pour répondre à une seule question : que doit voir l'ingénieur d'essais pour juger ce point et enchaîner sur le suivant ?

Un virgule huit mégabit par seconde dans une allocation de cinq laisse une marge réelle, et c'est le but : un bilan de liaison veut de la réserve, pas un tuyau plein. Remarquez surtout ce que l'exercice a imposé — une décision, paramètre par paramètre, sur ce qui mérite d'être suivi en direct. Cette décision vaut d'être prise délibérément plutôt que par ce que la configuration par défaut contenait.

Les modules, et le moment où la réponse change

Comptons maintenant le matériel. Deux cent quarante-quatre voies analogiques et discrètes, quatre bus 1553, seize bus ARINC 429, quatre voies vidéo et deux voies audio. Avec des modules analogiques de seize voies, des modules discrets de soixante-quatre, des modules bus de quatre à huit voies et des modules vidéo de deux, la liste sort autour de dix-huit modules.

Une plateforme empilable accepte typiquement jusqu'à seize modules par équipement. Le résultat honnête de l'exercice n'est donc pas « un enregistreur » : ce sont deux unités, et donc une question d'architecture que personne n'avait posée au départ — où les place-t-on, et comment partagent-elles une référence de temps ?

Masse, câble et puissance : les budgets qui surprennent

Voici le calcul qui change des conceptions. Deux cent quarante-quatre voies, la plupart exigeant une paire torsadée blindée et certaines quatre fils, sur une longueur moyenne de huit mètres : comptez quatorze cents mètres de câble. À une dizaine de grammes par mètre, cela fait quatorze kilogrammes de câblage — plusieurs fois la masse des unités d'acquisition auxquelles il se raccorde.

Personne ne valide une installation d'instrumentation sur la masse des boîtiers. On la valide sur la masse de l'installation, et le harnais est l'installation. D'où le fait que la boucle de dimensionnement et la question d'architecture sont la même conversation, et que raccourcir les liaisons analogiques vaut de l'argent réel.

La puissance est plus indulgente mais pas gratuite : une pile de modules et un enregistreur atterrissent dans les dizaines de watts, ce qui représente une alimentation, un disjoncteur et un chemin thermique. Et c'est la chaleur qu'on oublie — un boîtier qui dissipe quarante watts dans une baie non ventilée à cinquante degrés ambiants est un calcul thermique, pas une remarque de fin de réunion.

Les erreurs de dimensionnement les plus coûteuses

• Dimensionner depuis le catalogue. Cela donne une configuration achetable et aucune idée de si elle répond à la question.
• Une cadence unique pour tout un groupe. C'est le moyen le plus rapide de doubler un débit sans mesurer quoi que ce soit de plus.
• Oublier les surcoûts, puis découvrir que la trame ne se ferme pas à la cadence promise.
• Dimensionner le stockage sur la sortie nominale. Celle qui compte est celle qu'on refait, sur la même cartouche.
• Traiter le sous-ensemble télémesuré comme une case à cocher plutôt que comme un format conçu — puis suivre les mauvais paramètres en direct.
• Laisser la masse de câble hors du budget jusqu'à la revue d'installation.
• Et l'absence de réserve. Des paramètres sont ajoutés en troisième semaine de toutes les campagnes qui ont jamais volé. Dimensionnez pour cela.

Le produit d'un bon dimensionnement n'est pas une référence de matériel. C'est un tableau de quatre budgets fermés, chacun avec sa marge écrite à côté, et la liste des décisions prises pour les fermer. Ce document survit à la campagne et répond à la question que tout le monde pose six mois plus tard : pourquoi est-ce configuré comme ça ?