Systèmes électroniques embarqués : de la carte au firmware

Ingénieur Cnam, plus de 30 ans d'expérience : après plus de 15 années dans les secteurs de l'industrie, de l'armement et de l'aéronautique, j'ai choisi de proposer mes services en indépendant en 2010.

Situé entre Saint-Étienne et Lyon, Papillon Ingénierie est un bureau d'études indépendant spécialisé dans la conception de cartes électroniques numériques et le développement de logiciels temps réel en environnement embarqué.

Un seul interlocuteur pour l'électronique et le logiciel : pas de frontière entre la carte et le firmware, les problèmes se règlent au même endroit.

Papillon Ingénierie s’efforce de respecter au mieux les coûts et les délais, et de vous informer en temps réel des enjeux pour vous aider dans vos choix.

Ce que je fais pour vous

Conception complète : de la feuille blanche au produit fabriqué, cartes électroniques, firmware, outils de test et suivi de fabrication.
Reprise de produits existants : firmware hérité sans documentation, remplacement de composants obsolètes, évolutions et maintenance.
Diagnostic des pannes difficiles : défauts aléatoires, démarrages capricieux, bootloaders, communications perturbées.
Instrumentation pour la recherche : bancs de mesure et dispositifs expérimentaux sur mesure.

Papillon Ingénierie peut vous accompagner tout au long du processus de création

Conceptualisation des besoins : la rédaction d'un cahier des charges est la première étape qui conditionne toute la suite du projet.

Architecture du système : une des étapes clef. L'important est de faire les bons choix : cette étape critique détermine directement la linéarité de la progression lors du développement projet.

Développement logiciel et matériel : le cœur du métier...

Prototypage : approvisionnement des composants, fabrication de prototypes et de petites séries.

Fabrication en série : Pour la fabrication en grande série, Papillon Ingénierie assure la sélection et le suivi des sous-traitants, en toute transparence. Vous n'êtes pas captif et vous conservez la main sur tout.

Secteurs d'activité

Transport : automobile, véhicules électriques et ferroviaire, signalisation lumineuse et sonore, passerelles de communication
Aéronautique : systèmes multimédias de bord, bus ARINC 429
Recherche et médical : instruments de laboratoire, dispositifs d'essais, rééducation, analyse d'images
Industrie et énergie : automates, machines spéciales, acquisition de données, mesure sur ponts de jauges
Bâtiment et domotique : automates, ventilation connectée
Muséographie : interfaces interactives sans contact
Consoles de jeux : conception et fabrication des consoles

Électronique

Cartes processeurs et microcontrôleurs, System-on-Modules, FPGA (Altera, VHDL)
Électronique analogique et numérique, conditionnement de capteurs, acquisition de données
Électronique de puissance : alimentations à découpage, commande de moteurs, d'actionneurs et de LEDs
Régulation et asservissement : température, humidité, CO2, pression et micro-débit
Conception orientée CEM, industrialisation
Conception mécanique des boîtiers et des montages (Fusion 360)
Prototypes : pose CMS jusqu'au pas de 0,5 mm, refusion, soudure des composants traversants

Logiciel embarqué

Sans système d'exploitation, sous FreeRTOS, Zephyr ou Linux (drivers)
Temps réel, environnements sévères : automobile, ferroviaire, aéronautique, militaire
Traitement du signal et audio temps réel : filtrage, mélange multipiste, synthèse sonore
Bus et liaisons : CAN, CANopen, J1939, ARINC 429, Modbus, RS232/RS485, USB, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, 802.15.4

Sécurité embarquée

Bootloaders sécurisés : firmware chiffré (AES) et signé (ECDSA)
Mises à jour à distance de parcs d'appareils, y compris par radio (plus de 10 000 unités)
Chiffrement des échanges : AES, RSA

Normes et qualification

Codage MISRA-C
Aéronautique : DO-178 (logiciel), DO-254 (matériel)
Automobile : ISO 16750, qualifications automobiles et ferroviaires
Cycle de vie du logiciel : CEI 12207 ; sécurité des machines : ISO 12100

Applications PC et web

Logiciels de test, de paramétrage et de diagnostic : Qt, Visual Studio (C/C++)
Analyse d'images (OpenCV), analyse et génération de sons
Interfaces web embarquées dans les appareils : HTML, CSS, JavaScript
Applications multimédias : DirectX, OpenGL

Technologies actuelles

Microcontrôleurs : STM32 (de C0 à H7), ESP32, Nordic nRF52, NXP KEA, Cypress PSoC, Microchip PIC et dsPIC
Conception : Altium Designer, Fusion 360
Développement : C, C++, assembleur, VSCode, STM32CubeIDE, IAR, ESP-IDF, Qt Creator

Gestion de projets

Conception générale et détaillée
Spécifications techniques
Architecture système
Tests et qualifications
Documentation technique
Intégration et mise en service sur site

Production

Au delà de la conception technique, Papillon Ingénierie s'appuie sur une synergie de partenaires pour vous offrir tous les services nécessaires :

Approvisionnement des composants
Fabrication des circuits imprimés
Câblage des cartes
Fabrication de boitiers
Assemblage
Tests
Conditionnement

Cette configuration permet, selon vos besoins, de vous proposer la souplesse d'une fabrication de proximité ou une automatisation complète du process.

Gérer vos produits sur mesure devient aussi simple pour vous que de le commander sur un catalogue.

Quelques références

Je travaille le plus souvent en marque blanche : mes clients restent anonymes. Voici une partie des projets réalisés depuis 1995 ; les travaux pour la recherche sont présentés dans la page Recherche.

2025 : firmware d'objets connectés et système de mise à jour de leur parc, application de test (nRF52, 802.15.4, capteurs inertiels, détection capacitive).
2024 : système de rééducation médicale : firmware et application de test PC (centrale inertielle, lecteur RFID, LEDs adressables, Zigbee, USB).
2023 : bootloader sécurisé CANopen pour l'automobile : chiffrement AES et signature ECDSA.
2022 : passerelle de communication automobile CAN J1939.
2021 : ventilation mécanique connectée : électronique de puissance, Wi-Fi, interface web.
2019 : générateurs de sons d'alerte pour véhicules de transport public (AVAS) : mélangeur audio multipiste temps réel, Ethernet et CAN, qualifications automobile et ferroviaire.
2018 : système d'acquisition et de stockage pour machine de production : bus temps réel plug and play, mesures de courants et de vibrations, Linux industriel.
2017 : éclairage LED pour la rénovation de rames ferroviaires : panneaux éclairants, signalisation, phares.
2017 : mise à jour par radio d'un parc de plus de 10 000 appareils, échanges chiffrés AES et RSA.
2016 : interaction sans contact avec des interfaces projetées pour un musée : Kinect, reconstruction 3D temps réel.
2015 : automate domotique (moteurs, actionneurs, éclairage) : carte, firmware, bootloader et interface web.
2014 : système de pesée industriel ; système de localisation en intérieur (bootloader, drivers, logiciels de test).
2010 : système multimédia de bord pour l'aviation régionale : carte ARINC 429, switch Ethernet, carte DSP vidéo.
2008 : système multimédia de bord pour hélicoptère VIP ; acquisition synchrone sur ponts de jauges pour l'hydroélectricité.
2007 : bootloader d'un système ferroviaire en 28 Ko de mémoire ; télécommande de machine de mesure.
2006 : passerelles de communication pour automates (UNITelway, NUM760, Modbus) ; banc de validation d'un FPGA vidéo.
2004 : pilote intelligent d'injecteurs diesel : électronique de puissance, FPGA, firmware.
2002-2003 : appareil de radiologie vétérinaire ; analyseurs optiques en ligne de la qualité de l'eau.
2001 : concentrateur de données à fibres optiques pour un diffractomètre à neutrons.
1999 : module de contrôle de débitmètre massique : électronique, firmware, bancs de test et de calibrage.

Instrumentation pour la recherche médicale

Depuis 2019, j'interviens également en prestation pour le laboratoire BiiO (Biologie, Ingénierie et Imagerie pour l'Ophtalmologie) de l'université Jean-Monnet à Saint-Étienne, comme ingénieur de recherche en logiciel et en électronique. J'y conçois des instruments et des dispositifs expérimentaux : électronique, firmware, logiciels de pilotage et d'analyse, mesures et modèles.

Bioréacteur cornéen : conservation active des greffons de cornée, régulation de pression à très faible débit (2,5 µL/min) et mesures intégrées (impédance, résistance transépithéliale).
Lens spinner : mesure de l'élasticité du cristallin par effet centrifuge, avec analyse vidéo stroboscopique.
Banc de compression : mesure de l'élasticité du cristallin par indentation.
Étuve portable connectée : régulation de la température, de l'humidité et du CO2, suivi en Wi-Fi.
Colorimètre motorisé haute-fidélité : mesure de couleur pour la recherche (STM32H7, STM32C0, ESP32-C6).
Imagerie : images du segment antérieur de l'œil en rétro-illumination, analyse d'images (OpenCV).

Publications

Ces travaux ont donné lieu à des articles et à des communications en congrès, dont je suis coauteur.

Articles de revue

Far-Red, High-Resolution, Reflection-Free Images of the Anterior Segment in Retro-Illumination - Translational Vision Science & Technology, vol. 14 (6), June 2025
Design and validation of a custom-made system to measure transepithelial electrical impedance in human corneas preserved in active storage machine - International Journal of Pharmaceutics: X, vol. 7, June 2024

Communications en congrès

Advancements in Bioreactor Technology for Corneal Research and Graft Preservation: Bridging Innovation and Experimentation - EuCornea 2024, 15th Annual Congress, Paris, May 2024
Ex vivo models of corneal epithelial regeneration in bioreactor: Respective roles of limbal, conjunctival and corneal epithelia - EVER abstract, Acta Ophthalmologica vol. 100 (suppl. S275), December 2022
Age-related changes in porcine lens deformability measured by a digital lens spinner - ARVO 2022 abstract, June 2022
Integration of transepithelial electrical resistance (TEER) measurement in the corneal bioreactor - EVER abstract, Acta Ophthalmologica vol. 100 (suppl. S267), January 2022
Development and characterization of a mechanical compression device for quantifying the elasticity of the porcine and human crystalline lens - EVER abstract, Acta Ophthalmologica vol. 99 (suppl. S265), January 2021
New stroboscopic system improves accuracy of deformation measurement of crystallin lens submitted to high rotational speed - EVER abstract, Acta Ophthalmologica vol. 99 (suppl. S265), January 2021

Quelques réalisations

De l'électronique au logiciel embarqué... quelques exemples de développement.

	Analyse d'images : recherche en ophtalmologie Logiciels d'analyse d'images développés pour le laboratoire BiiO de l'université Jean-Monnet : détection des contours du cristallin filmé en rotation rapide et calcul de sa déformation par régressions sphériques et asphériques, mesures d'épaisseur sur des coupes d'imagerie, extraction automatique des mesures (vectorisation, modélisation). Développement C++/Qt/OpenCV.
	TTBox65 : convertisseur DC/DC d'énergie (OEM) Puissance de sortie réglable jusqu'à 65W/25A, impédance de charges de 0.15 à 1.5 ohms, tension d'entrée de 2.5V à 8.5V, tension de sortie de 1V à 10 V, régulation de la puissance de sortie en fonction de l'impédance de la charge, sense et régulation de température de charge, mise à jour du firmware par USB, format 16x65mm, 3 boutons, écran OLED 0.92 pouces de 128x32 pixels.
	Automate WiFi : automate avec interface WiFi Pilotable à partir d'un navigateur web, depuis un PC Windows, Linux, OSX, un smartphone ou une tablette grâce à son interface HTML en WiFi. Fonctionne en réseau indépendant (AP) ou connecté à votre infrastructure(STA), service multicast DNS.
	ISS : Demo technique 3d 2k ISS est une démo technique de rendu temps réel en résolution 2k (1920 x 1080 pixels) et 4k (3840 x 2160 pixels). Le modèle 3D de la station spatiale internationale (ISS) est issu de la librairie Google 3dwarehouse, les astéroïdes du site The Celestia Motherlode, et les données techniques complémentaires de Wikipedia. La démo est basée sur la librairie 3D 3dLib, et développée en C/C++ sous Windows/DirectX.
	TAMS : TAming Media Server TAMS est un médiaserveur qui permet de partager et de gérer sa propre médiathèque (films, musiques, photos...) sur un réseau domestique WiFi. TAMS est basé sur la technologie uPnP (Universal Plug And Play) supportée par la majorité des Box ADSL, télévisions connectées et consoles. Une interface Web en JQuery Mobile permet de naviguer dans sa mediathèque depuis un PC, un smartphone ou une tablette (iOS ou Android). TAMS est développé en C/C++ sous Windows.
	Carte processeur Cette carte COM (Computer On Module) est basée sur le processeur OMAP 3530 de Texas Instruments. Ce module embarque dans un format réduit (carte de crédit) le processeur à 600 MHz, 256 Mo de RAM mobile DDR, 1Go de flash, deux ports Ethernet, un contrôleur d'écran tactile, une entrée et une sortie son stéréos, deux ports USB ... Cette carte fille est conçue pour simplifier vos développements : elle se connecte sur les cartes d'accueil spécifiques de vos projets. Projet, architecture, schématique, PCB.
	3D Lib 3DLib est une librairie propriétaire de rendu 3D temps réel sous DirectX9 écrite from scratch en C/C++. 3DLib permet d'importer dans la scène des objets au format Wavefront OBJ et d'effectuer le rendu avec des effets de réflexion, d'éclairage, de transparence... Développement C/C++/Windows/DirectX/HLSL.
	Sat1 Sat1 est un projet de simulateur physique qui calcule de façon simplifiée le comportement d'un grand nombre d'objets massiques ponctuels en fonction de paramètres tels que les masses unitaires, les vitesses initiales, la gravité, la répartition initiale des objets. La simulation répartit les calculs sur 8 coeurs en CPU. Développement C/C++/Windows/DirectX.
	MyPlayer MyPlayer est un logiciel de lecture audio/vidéo/photos : Lecture de CD audio (CDDA), DVD, BluRay, BluRay 3D, MP3 et WAV. L'interface est basée sur la librairie 3DLib. Elle est pilotée à distance par une application iPad ou PC. MyPlayer gère un diaporama 3D à effets (cube, fondus, slides...), l'instrumentation de PowerDVD, l'affichage des fiches de films, de synopsis en smooth scroll 0.25 pixel, la lecture des webradios... Développement C/C++/Windows/DirectX/WebServices.
	MyPilot PC version MyPilot est une interface immersive 3D basée sur 3DLib pour piloter MyPlayer. MyPilot dispose d'une interface 3D et GUI 2D(Graphic User Interface) pour les menus. MyPilot dispose d'un mode d'affichage des films en carrousel ou en mode mur. Il permet la navigation dans les jaquettes, le lancement et le contrôle de la lecture, et la gestion des filtres de sélection. Développement C/C++/Windows/DirectX/WebServices/modélisation des objets.
	I.F.E. Logiciel "In Flight Entertainment" développé pour l'aéronautique. Il permet de lire les fichiers au format DivX, DVD, CDDA, les fichiers audio dans les formats les plus courants, de créer des playlists et d'importer les médias depuis une clef USB. Cet I.F.E. s'appuie sur la librairie graphique SDL, la librairie multimédia Xine et fonctionne sur un processeur AMD Geode LX800. Développement C/C++/Linux/SDL/LibXine
	Geosim Geosim est un logiciel de test pour IFE qui permet de simuler les trajectoires géodésiques sur une cartographie "Blue Marble". La cartographie est automatiquement téléchargée depuis le site de la NASA et placée en cache. Le logiciel calcule en temps réel une trajectoire simulée à partir des points de départ et d'arrivée, et de la vitesse de l'avion.Développement C/C++/Windows/DirectX
	USGS DEM USGS DEM (U.S. Geological Survey - Digital Elevation Map) est un logiciel de test préliminaire au développement d'un Moving Map pour l'aéronautique. Il permet de visualiser les cartes d'élévation avec un gradient de couleur et de tester différents algorithmes d'interpolation. Développé en C/C++ DirectX6.
	Blue Une petite démo toute simple en OpenGL pour tester les performances des machines et tester des algorithmes de synchronisation entre balayage écran et animation. Développement C/C++/Windows/OpenGL.
	Télécommande machine Télécommande pour machine de métrologie confocale chromatique des surfaces, développée autour d'un module COTS (Commercial Off-The-Shelf) Toradex PXA270 et d'un écran tactile de 4.3 pouces. Les deux pads à touches physiques permettent de positionner précisément la tête de mesure de la machine sans regarder la télécommande. L'écran tactile permet d'accéder aux réglages avancés. Le boîtier est réalisé en tôlerie plastique. Architecture, schématique, PCB, intégration, conception mécanique du boîtier.
	Pont de jauge Carte de conditionnement et acquisition au format PC104 de pont de jauges : permet l'acquisition en 16 bits de 8 capteurs en simultané jusqu'à 100kHz. Alimentation de ponts/demi-ponts/quart de pont, gain ajustable, double correction d'offset, filtres 8eme ordre. Architecture, schématique, PCB, documentation.
	IPoD 3G L'IPoD 3G (Intelligent Power Driver 3rd generation) est un module de puissance destiné à piloter les injecteurs diesel à solénoïdes. Il permet de contrôler jusqu'à 6 injections par tour et par injecteur, avec une précision de 100ns et 25mA. La partie commande est totalement numérique grâce à des convertisseurs analogiques/numériques à 10MHz. Architecture, schématique, PCB, documentation.
	VLP Racing Retrouvé dans mon grenier virtuel, VLP Racing est un mini-jeu de voitures type "micromachines" développé en collaboration avec des étudiants d'EPITA dans les années 90. Le développement graphique s'appuie sur le kit Microsoft DirectX2 alors tout nouveau. Une IA (Intelligence artificielle) gère les véhicules des concurrents virtuels. Développement Turbo Pascal/Windows/DirectX.
	Tunnel Retrouvé dans mon grenier virtuel, Tunnel est une démo 3D développée from scratch en Turbo Pascal lors de la LTP2 (Lucky et Tigrou Party '98). Pour corser l'affaire, la démo est développée sous Delphi avec une des premières versions de DirectDraw et de Windows 98. Développement Turbo Pascal/assembleur/Windows/DirectX.
	Floor Retrouvé dans mon grenier virtuel, Floor est une démo de rendu 3D sur x86 sous DOS du début des années 90. Floor présente quelques principes d'ombrages (Bump) et d'interpolation. Le tout en rendu 100% CPU et 100% pur ASM comme il convenait à l'époque. Développement assembleur/DOS