Brevet FR2974634A1 — publié le 20121102

Procédé de contrôle du fonctionnement d'un composant électronique, dispositif électronique et calculateur électronique embarqués correspondants La présente invention concerne un procédé de contrôle du fonctionnement d'un composant électronique. Une carte électronique comprend des composants électroniques propres à recevoir un signal d'entrée, à traiter le signal d'entrée et à fournir un signal de sortie correspondant. De tels composants électroniques sont par exemple des circuits intégrés numériques, tels que des microprocesseurs, des mémoires etc... II est possible de contrôler le fonctionnement logique d'une carte électronique. Ce contrôle consiste à vérifier que la carte électronique ou au moins un des composants électroniques de la carte électronique fournit une réponse attendue (signaux de sortie) à une solution déterminée (signaux d'entrée). Un tel contrôle peut être effectué en sortie de production ou ponctuellement lors d'une maintenance. Néanmoins, un tel contrôle du fonctionnement logique permet de détecter des dysfonctionnements mais ne permet pas d'anticiper des risques de dysfonctionnement pouvant survenir au cours du vieillissement de la carte électronique du fait de défauts électriques de ses composants électroniques, présents initialement ou survenant au cours de la vie de cette dite carte. Un des objectifs de l'invention est de proposer un procédé du contrôle du fonctionnement d'un composant électronique qui permette de diagnostiquer et/ou d'anticiper des risques de dysfonctionnement. A cet effet, l'invention propose un procédé de contrôle du fonctionnement d'un composant électronique, comprenant les étapes de : - appliquer un signal d'entrée prédéterminé en entrée du composant électronique, mesurer des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique lors du traitement du signal d'entrée prédéterminé et fournir un signal de mesure correspondant; - déterminer, à partir du signal de mesure, une signature électromagnétique de mesure représentative des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique lors du traitement du signal d'entrée prédéterminé ; - comparer la signature électromagnétique de mesure à une signature électromagnétique de référence prédéterminée. Selon d'autres modes de mise en oeuvre, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - une signature électromagnétique de mesure est déterminée comme le signal de mesure fourni lors d'une application du signal d'entrée en entrée du composant électronique ; - une signature électromagnétique de mesure est déterminée comme la moyenne des signaux de mesure fournis lors de d'applications répétées du signal d'entrée de référence en entrée du composant électronique ; - la signature électromagnétique de mesure est comparée à la signature électromagnétique de référence par comparaison de leurs amplitudes ; - on compare l'amplitude de la différence entre la signature électromagnétique de mesure et la signature électromagnétique de référence à au moins un seuil d'amplitude ; - on compare le spectre fréquentiel de la signature électromagnétique de mesure et celui la signature électromagnétique de référence ; et - on détermine la signature électromagnétique de référence à partir de signaux de mesure des émissions électromagnétiques pris sur plusieurs composants électroniques identiques lors de l'application du signal d'entrée de référence en entrée de chaque composant électronique. L'invention concerne également un dispositif électronique pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, comprenant au moins un composant électronique, au moins un capteur de mesure propre à mesurer des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique et à fournir un signal de mesure correspondant, et un dispositif de contrôle propre à stocker la signature électronique de référence, à appliquer un signal d'entrée prédéterminé en entrée du composant électronique et à déterminer une signature électromagnétique de mesure à partir du signal de mesure fourni par le capteur, et à comparer la signature électromagnétique de mesure à la signature électromagnétique de référence prédéterminée, et établir un diagnostic en fonction du résultat de la comparaison. L'invention concerne également un calculateur électronique embarqué comprenant un dispositif électronique tel que défini ci-dessus et un véhicule de transport comprenant un tel calculateur. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une carte électronique comprenant un composant électronique et un dispositif de contrôle du fonctionnement du composant électronique selon le procédé de l'invention ; - la figure 2 est un graphique représentant un signal de sortie fourni par le composant électronique 4 lors de l'application répétée d'un signal d'entrée de référence en entrée du composant électronique ; - la figure 3 est un graphique représentant un signal de mesure représentatif des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique lors du traitement du signal d'entrée de la figure 2 ; - la figure 4 est un graphique illustrant une signature électronique déterminée à partir des signaux de mesure de la figure 3 ; - la figure 5 est une signature électromagnétique de référence ; - la figure 6 est un signal résultant de la différence entre une signature électromagnétique de mesure et la signature électromagnétique de référence en l'absence de défaut ; - la figure 7 est un signal résultant de la différence entre une signature électromagnétique de mesure et la signature électromagnétique de référence en présence de défaut ; - la figure 8 est un graphique illustrant des spectres fréquentiels de signatures électromagnétiques de référence et de mesure. La carte électronique 2 représentée sur la figure 1 comprend un composant électronique 4 propre à recevoir un signal d'entrée, à traiter le signal d'entrée et à fournir en réponse un signal de sortie correspondant, et un dispositif de contrôle 6 du composant électronique 4. Le composant électronique 4 est un circuit intégré, en particulier un circuit intégré numérique. Le composant électronique 4 est un circuit intégré spécialisé ou circuit ASIC (pour « Application Specific Integrated Circuit » en anglais) et/ou un circuit logique programmable ou circuit FPGA (pour « Field Programmable Gate Array » en anglais). Le composant électronique 4 définit par exemple une mémoire vive (mémoire RAM) ou une mémoire morte (mémoire ROM) ou un microprocesseur. Pour des raisons de clarté de la description et des figures, il est fait référence à « un » signal d'entrée et « un » signal de sortie du composant électronique 4. Un circuit intégré numérique comprend en pratique une pluralité de bornes d'entrée et une pluralité de bornes de sortie. Un signal d'entrée (ou de sortie) d'un tel composant électronique est un signal d'entrée (ou de sortie) complexe composé d'une pluralité de signaux d'entrée (de sortie) élémentaires, chacun appliqué à une borne d'entrée (ou issu d'une borne de sortie) respective du composant électrique. Le dispositif de contrôle 6 comprend un capteur 8 et une unité de commande 10, Le capteur 8 est un capteur électromagnétique propre à détecter des émissions électromagnétiques et à fournir en réponse un signal de mesure MES correspondant. Le capteur électromagnétique 8 est une antenne électromagnétique. Le capteur 8 est disposé à proximité du composant électronique 4 de manière à détecter des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique 4 lors de son fonctionnement. Selon la résolution du capteur 8, celui-ci capte les émissions électromagnétiques émises par le composant électronique 4 dans son ensemble ou plus spécifiquement par une partie du composant électronique 4 à proximité de laquelle est disposé le capteur 8. L'unité de contrôle 10 comprend une mémoire 12 et un module de contrôle 14. La mémoire 12 comprend en mémoire une signature électromagnétique de référence EMref et un signal d'entrée de référence SINref. Le signal d'entrée de référence SlNref est un signal d'entrée propre à être accepté et traité par le composant électronique 4. Par exemple, si le composant électronique 4 est un microprocesseur, le signal d'entrée SlNref peut être une requête de calcul ou une requête de lecture mémoire. Par exemple, si le composant électronique 4 est une mémoire, le signal d'entrée SlNref peut être une requête de lecture mémoire ou d'écriture mémoire. Le signal d'entrée de référence SlNref est traité par le composant électronique 4 qui fournit en retour un signal de sortie de référence SOUT. Le signal d'entrée de référence SlNref est traité par le composant 4 en une durée de traitement T. La signature électromagnétique de référence EMref est un signal représentatif des émissions électromagnétiques du composant électronique 4 attendues lors du traitement du signal d'entrée de référence SlNref par le composant électronique 4. La signature électromagnétique de référence EMref représente par exemple les émissions électromagnétiques pendant la durée T de traitement du signal d'entrée de référence SINref. Le module de contrôle 14 est apte à lire la mémoire 12 pour récupérer la signature électromagnétique de référence EMref et la signal d'entrée de référence SlNref, à appliquer le signal d'entrée de référence SlNref en entrée du composant 4 et à récupérer le signal de mesure MES correspondant fourni par le capteur 8. Le module de contrôle 14 est apte à recevoir le signal de sortie SOUT résultant du traitement du signal d'entrée de référence SlNref et fourni par le composant électronique 4. Le module de contrôle 14 est propre à traiter le ou les signau(x) de mesure MES fournis par le capteur lors de l'application du signal d'entrée de référence SlNref pour déterminer une signature électromagnétique de mesure EMmes, à comparer la signature électronique de mesure EMmes à la signature électromagnétique de référence EMref, et à établir un diagnostique du fonctionnement du composant électronique 4 en fonction du résultat de la comparaison. Un procédé de contrôle du fonctionnement du composant électronique mis en oeuvre par le dispositif de contrôle comprend une étape d'initialisation (a) de mise du composant électronique 4 ou de la carte électronique 2 dans son ensemble dans un état de référence prédéterminé et dans un mode de test, dans lequel le composant électronique et la carte électronique 2 ne communiquent pas avec d'autres éléments. Il comprend une étape de mesure (b) d'appliquer en entrée du composant électronique 4 le signal d'entrée de référence SlNref, de mesurer à l'aide du capteur 8 les émissions électromagnétiques émises par le composant électronique 4 lors du traitement du signal d'entrée de référence SlNref et de fournir un signal de mesure MES correspondant. Le signal d'entrée de référence SlNref est appliqué de manière répétée. Chaque application du signal d'entrée de référence SINref définit un cycle de traitement du signal d'entrée de référence SlNref et de mesure des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique 4. La figure 2 illustre des signaux de sortie de référence SOUT fournis par le composant électronique 4 suite à l'application répétée de manière cyclique du signal d'entrée de référence SINref. Dans l'exemple illustré, les signaux de sortie SOUT sont des rampes croissant linéairement. Le signal d'entrée de référence SlNref correspond par exemple à une instruction d'incrémentation d'un compteur. D'autres signaux d'entrée peuvent être utilisés et aboutirait à d'autres signaux de sortie. Le composant électronique 4 est supposé présenter un fonctionnement logique normal pendant le procédé de contrôle et fournir des signaux de sorties identiques à chaque cycle avec une même durée de traitement T. Un signal de mesure MES est fournis par le capteur 8 à chaque cycle. Les signaux de mesure MES1 à MESn fournis pendant la durée de contrôle sont illustrés sur la figure 3. Dans une étape de traitement (c) suivante, on détermine une signature électromagnétique de mesure EMmes à partir des signaux de mesure MES 1 ... MES n. La signature électromagnétique de mesure EMmes représentée sur la figure 4 est déterminée comme la moyenne des signaux de mesure MES 1 ... MES n fournis à l'étape précédente. La signature électromagnétique de mesure EMmes est donc représentative des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique 4 au cours du temps lors du traitement du signal d'entrée de référence SlNref. Le composant électronique 4 émet sensiblement les mêmes émissions électromagnétiques à chaque traitement d'un même signal d'entrée et en particulier à chaque traitement du signal d'entrée de référence SlNref. Les signaux de mesure MES 1 ... MES n sont donc sensiblement identiques. Néanmoins, ces signaux de mesure MES 1 ... MES n peuvent varier légèrement du fait du bruit de mesure, de perturbations électromagnétiques externes liées à l'environnement du composant électronique 4 ou interne liées au composant électronique lui-même. La détermination d'une signature électromagnétique comme la moyenne des signaux de mesure sur n cycles de traitement du signal d'entrée de référence SlNref permet de s'affranchir des perturbations électromagnétiques qui sont noyées dans le bruit. Typiquement, la durée de mesure est de quelques secondes, et le cycle de mesure est répété plusieurs milliers de fois pendant la durée totale de mesure. Dans une étape de comparaison (d) suivante, on compare la signature électromagnétique de mesure EMmes à une signature électromagnétique de référence EMref. La signature électromagnétique de référence EMref est déterminé préalablement en effectuant des mesures et traitement dans les mêmes conditions que le procédé de contrôle, et en réalisant un moyenne des signaux de mesure d'émissions électromagnétiques émis par un ou plusieurs composants électroniques de référence identiques au composant électronique 4 considéré, lors du traitement de signal d'entrée de référence SlNref par le ou chaque composant électronique de référence. Les mesures d'établissement de la signature électromagnétique de référence EMref sont réalisées dans des conditions identiques ou proches de celles du procédé de contrôle pour permettre une comparaison significative. La signature électromagnétique de référence EMref est donc représentative des émissions électromagnétiques du composant électronique 4 attendues lors du traitement du signal d'entrée de référence. Dans une étape de diagnostique (e) suivante, on établit un diagnostique du fonctionnement du composant électronique 4 sur la base de la comparaison de la signature électromagnétique de mesure EMmes avec la signature électromagnétique de référence EMref. Le diagnostique est établi par exemple sous la forme d'un rapport de fonctionnement indiquant un fonctionnement normal ou anormal. La signature électromagnétique de mesure EMmes est comparée à la signature électromagnétique de référence et déterminant une signature différentielle EMdiff comme la différence entre la signature électromagnétique de mesure EMmes et la signature électromagnétique de référenc EMref. Le diagnostique est effectué ensuite en comparant l'amplitude de la signature différentielle EMdiff à un ou plusieurs seuils d'amplitude A1, A2. Il est par exemple possible d'associer une durée de vie restante estimée du composant électronique 4 pour chaque seuil d'amplitude différentielle dépassée. Tel qu'illustré sur la figure 6, en cas de fonctionnement normal, la signature différentielle présente à chaque instant une amplitude faible correspondant au bruit. Tel qu'illustré sur la figure 7, en cas de détérioration intrinsèque d'un ou plusieurs composants internes du composant électronique 4, l'amplitude de la signature différentielle EMdiff présente au moins ponctuellement une amplitude élevée. L'amplitude différentielle pouvant être détectée est typiquement 10 à 1000 fois inférieure à l'amplitude des signatures électromagnétiques de référence et de mesure. En option ou en alternative, la signature électromagnétique de mesure est comparée à la signature électromagnétique de référence en comparant le spectre fréquentiel de la signature électromagnétique de référence EMref à celui de la signature électromagnétique de mesure EMmes. La figure 8 illustre le spectre fréquentiel de référence SPref de la signature électromagnétique de référence EMref et un premier spectre fréquentiel de mesure SPI et un deuxième spectre fréquentiel de mesure SP2 présentant des défaut différents. Chaque signal électromagnétique peut être décomposé en une pluralité de signaux élémentaires périodiques caractérisés chacun par une fréquence caractéristique et une amplitude associée. Le spectre fréquentiel d'un signal électromagnétique comprend donc pour chaque signal élémentaire une raie d'amplitude correspondante à la fréquence caractéristique du signal élémentaire. Tel qu'illustré sur la figure 8, le premier spectre de mesure SPI comprend des fréquences caractéristiques correspondant à celles du spectre fréquentiel SPref de la signature électromagnétique de référence EMref mais des amplitudes différentes, en particulier inférieures. Le deuxième spectre de mesure SP2 comprend des fréquences caractéristiques différentes de celles du spectre fréquentiel de référence SINref, ici des fréquences décalées vers le bas, et des amplitudes sensiblement égales. L'analyse fréquentielle fournit non seulement une information sur les amplitudes caractéristiques et en outre une information sur les fréquences caractéristiques. Des modifications des fréquences caractéristiques et des amplitudes caractéristiques peuvent résulter de détériorations intrinsèques différentes du composant électronique 4. L'analyse fréquentielle de la signature électromagnétique de mesure EMmes et sa comparaison à celle de la signature électromagnétique de référence permet de diagnostiquer le type de détérioration du composant électronique 4. La carte électronique 4 est par exemple une carte électronique d'un calculateur embarqué de véhicule, en particulier d'aéronef. La carte électronique 4 peut comprendre plusieurs composants électroniques, le dispositif de contrôle étant propre à contrôler le fonctionnement de plusieurs composants électroniques critiques de la carte électronique 4. Le module de contrôle 14 du dispositif de contrôle peut être un microprocesseur de la carte électronique propre à mettre en oeuvre un module logiciel de contrôle pendant les étapes du procédé de contrôle de l'inventeur dans un mode de test pour contrôler les autres composants de la carte électronique. Grâce à l'invention, il est possible de détecter des dysfonctionnements d'un composant électronique n'affectant pas le fonctionnement logique de ce composant électronique mais pouvant être le signe de dysfonctionnements prochains du fait du vieillissement du composant électronique. Le procédé permet donc un contrôle prédictif du fonctionnement du composant électrique. L'invention permet d'estimer la durée de vie d'un composant électronique. Le contrôle est basé sur des mesures d'émissions électromagnétiques et effectué de manière non-intrusive. Le procédé de contrôle peut être mis en oeuvre en sortie de fabrication pour détecter des composants électroniques qui présenteraient un fonctionnement logique satisfaisant mais qui pourraient présenter des dysfonctionnements internes pouvant limiter leur durée de vie. Ceci peut permettre de rebuter des cartes électronique comprenant des composants électroniques présentant une durée de vie estimée trop faible. Le procédé selon l'invention peut également être mis en oeuvre sur des équipements électroniques embarqués, Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre lors d'opérations de maintenance ou de démarrage, lors desquelles l'équipement électronique est placé dans un mode de maintenance ou de démarrage. REVENDICATIONS1.- Procédé de contrôle du fonctionnement d'un composant électronique (4), comprenant les étapes de : - appliquer un signal d'entrée prédéterminé (SINref) en entrée du composant électronique, mesurer des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique lors du traitement du signal d'entrée prédéterminé et fournir un signal de mesure (MES1, MES 2...) correspondant; - déterminer, à partir du signal de mesure (MES1, MES 2), une signature électromagnétique de mesure (EMmes) représentative des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique (4) lors du traitement du signal d'entrée prédéterminé (SINref) ; - comparer la signature électromagnétique de mesure (EMmes) à une signature électromagnétique de référence (EMref) prédéterminée. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel une signature électromagnétique de mesure (EMmes) est déterminée comme le signal de mesure (MES1, MES 2...) fourni lors d'une application du signal d'entrée en entrée du composant électronique. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une signature électromagnétique de mesure (EMmes) est déterminée comme la moyenne des signaux de mesure (MES1, MES 2) fournis lors de d'applications répétées du signal d'entrée de référence (SINref) en entrée du composant électronique (4). 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la signature électromagnétique de mesure (EMmes) est comparée à la signature électromagnétique de référence (EMref) par comparaison de leurs amplitudes. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on compare l'amplitude de la différence entre la signature électromagnétique de mesure et la signature électromagnétique de référence à au moins un seuil d'amplitude. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on compare le spectre fréquentiel (SPI, SP2) de la signature électromagnétique de mesure (EMmes) et celui la signature électromagnétique de référence (EMref). 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détermine la signature électromagnétique de référence à partir de signaux de mesure des émissions électromagnétiques pris sur plusieurs composants électroniques identiques lors de l'application du signal d'entrée de référence en entrée de chaque composant électronique. 8.- Dispositif électronique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un composant électronique (4), au moins un capteur (8) de mesure propre à mesurer des émissions électromagnétiques émises par le composant électronique (4) et à fournir un signal de mesure correspondant, et un dispositif de contrôle (6) propre à stocker la signature électronique de référence, à appliquer un signal d'entrée prédéterminé en entrée du composant électronique et à déterminer une signature électromagnétique de mesure à partir du signal de mesure fourni par le capteur (8), et à comparer la signature électromagnétique de mesure à la signature électromagnétique de référence prédéterminée, et établir un diagnostic en fonction du résultat de la comparaison. 9.- Calculateur électronique embarqué comprenant un dispositif électronique selon la revendication 8. 10.- Véhicule de transport comprenant un calculateur selon la revendication 9.