Java dans les systèmes embarqués et temps réel

L’utilisation de Java dans les systèmes embarqués et temps réel présente des particularités, par rapport à d’autres langages, qu’il convient d’analyser. Notamment, il faut porter une attention spéciale à ce qui lui manque pour répondre aux besoins des systèmes embarqués contraints, dans le but de présenter un certain nombre de recommandations.

Aussi bien les programmeurs Java qui s’orientent vers la programmation de systèmes embarqués que les programmeurs de systèmes embarqués qui s’apprêtent à inclure des modules écrits en Java seront intéressés. En effet, pour en faire une solution dédiée à l’embarqué et/ou au temps réel, le langage Java nécessite des adaptations, et parfois le programmeur doit adopter d’autres pratiques de programmation que pour une application Java « classique ».

Cet article trouve son origine dans les conclusions du projet européen AJACS (Applying Java to Automotive Control Systems) initié en février 2000 sur le constat suivant : Java a un succès grandissant dans les systèmes d’information et certains domaines de l’industrie, et intéresse de plus en plus la communauté des programmeurs temps réel et embarqué. Il est apparu que les conclusions de ce projet concernent l’ensemble des acteurs des systèmes temps réel et embarqués (aéronautique, ferroviaire, industrie, etc.). Plusieurs raisons sont à l’origine de cet engouement pour Java. En premier lieu, l’orientation objet facilite la conception de composants logiciels avec des interfaces définies strictement, jusqu’au code source. Ensuite, le langage Java est conçu pour être indépendant de la plate-forme, et donc satisfait aux exigences d’indépendance vis-à-vis du matériel, intéressantes dans une optique d’approvisionnement multisource. Enfin, sa facilité d’apprentissage (on trouve un grand nombre de programmeurs déjà formés) et sa robustesse contribuent à une meilleure productivité et à la réduction des défauts ; elles permettent à l’équipe de développement de se concentrer sur des activités plus « haut niveau » comme la définition des composants logiciels.

L’objectif d’AJACS était de définir une technologie ouverte, basée sur une structuration standard des logiciels embarqués pour l’automobile, qui saurait conserver tous les avantages mentionnés précédemment du langage Java tout en le renforçant sur les points importants que sont le temps réel, le déterminisme et l’adaptation à des milieux très contraints tels que l’on en trouve dans le milieu automobile (par exemple, une unité de contrôle électronique avec 256 ko de ROM et 16 ko de RAM). Ces points importants concernent l’environnement de développement, la programmation système, le « multithreading » et la synchronisation, les exceptions, le modèle d’initialisation des applications, la gestion de la mémoire et l’interface Java/natif. Si ces préoccupations sont encore très en amont pour la plupart des applications automobiles, elles concernent déjà certaines applications multimédias et télématiques dans les voitures et les applications de l’aéronautique ou du temps réel industriel, qui trouveront ici une description de la problématique d’un environnement Java dédié à l’embarqué et/ou au temps réel.