Firmware, comprendre le micrologiciel qui fait fonctionner vos appareils
Un firmware est un logiciel intégré dans le matériel d'un appareil, chargé d'en assurer le fonctionnement de base. En français, on parle de micrologiciel, de microprogramme ou de microcode. Chaque appareil qui vous entoure en contient un, du smartphone au routeur.
Cet article présente une définition claire du firmware, son rôle, des exemples courants, la mise à jour, et ce que sa conception implique pour les industriels.
Qu'est-ce qu'un firmware ? Définition
Un firmware est un programme informatique stocké dans la mémoire d'un appareil, qui contrôle directement le matériel et lui permet de fonctionner. Son rôle est essentiel, sans lui rien ne démarre.
À la différence d'une application que l'on peut installer et désinstaller, le firmware est livré avec l'appareil. Le fabricant vient le stocker dans un espace de stockage non volatile, une ROM ou une mémoire flash, ce qui permet d'installer une nouvelle version sans rien changer physiquement.
Le firmware agit au plus près du silicium. C'est une couche de bas niveau, exécutée en premier, qui contient les instructions du démarrage et du fonctionnement. Il assure aussi le traitement des données échangées avec chaque périphérique. Sans lui, le système reste un objet inerte.
Firmware, logiciel et système d'exploitation, quelles différences ?
Ces trois couches se superposent et se confondent souvent.
Le firmware
est intégré dans le matériel. Il démarre en premier, initialise chaque élément et offre les fonctions de base.
Le système d'exploitation
Windows, Linux, Android, s'appuie sur le firmware pour dialoguer avec la machine. C'est lui qui gère les ressources, les données et les applications.
L'applicatif
enfin, est ce que l'utilisateur voit et vient utiliser au quotidien.
Sur un PC, la séquence se présente au démarrage. Le firmware de la carte mère s'exécute, vérifie le matériel, puis vient charger le système d'exploitation depuis le disque. Sur un objet simple, un thermostat, le firmware fait tout, à lui seul.
La frontière avec l'embarqué est subtile. Les deux termes se recouvrent, le firmware désignant la couche la plus proche du matériel, l'embarqué l'ensemble du code de l'appareil. Dans les deux cas, un type de programme conçu pour un matériel précis.
Où trouve-t-on des firmwares ? Exemples
La réponse est partout. Tous les appareils électroniques en contiennent un, en voici quelques exemples du quotidien.
- Votre ordinateur en superpose plusieurs. Le plus connu équipe la carte mère, mais le clavier, l'écran, la carte vidéo et chaque périphérique ont le leur, un cas typique en informatique.
- Les disques durs et les SSD contiennent un firmware qui gère le stockage, la répartition des données et la correction des erreurs. La performance des disques durs dépend directement de la qualité de ce microcode, et une mise à jour peut débloquer une fonctionnalité entière.
- Le smartphone et la tablette en cumulent plusieurs, du modem à l'appareil photo. Les appareils photo numériques en sont un autre exemple, les fabricants d'appareils photo publiant des mises à jour du firmware à télécharger pour améliorer l'autofocus ou la vidéo.
- Le routeur et la box fonctionnent entièrement grâce à leur firmware, qui pilote le réseau et le trafic de données.
Ils reçoivent régulièrement des correctifs qui comblent des failles et apportent des fonctionnalités.
Au-delà du grand public, l'industrie en est remplie. Automates, capteurs, bornes, validateurs, terminaux de paiement, chaque machine possède son microprogramme, souvent développé sur mesure. Dans ce cas, le firmware est le produit.
BIOS et UEFI, le firmware de l'ordinateur
Le BIOS, pour Basic Input Output System, est le firmware historique des PC.
Présent sur la carte mère, il vérifie le matériel au démarrage puis passe la main.
L'UEFI l'a remplacé sur les machines récentes.
Plus rapide, il vient offrir une interface graphique et prend en charge les disques de grande capacité. Le principe reste le même, un microcode entre le matériel et le reste du système.
Pourquoi et comment mettre à jour un firmware ?
Un firmware n'est pas figé.
De nouvelles versions sortent pour corriger des erreurs et combler des failles.
Un problème connu se corrige souvent par une simple mise à jour.
Mettre à jour le firmware suit toujours la même logique.
Identifier la version actuelle du système, télécharger la version officielle depuis le site du fabricant, puis installer en suivant la procédure, dans le cadre prévu.
Précaution essentielle, ne jamais éteindre l'appareil pendant l'installation, une coupure en plein processus pouvant le rendre inutilisable.
Faut-il toujours effectuer la mise à jour ?
Pour les correctifs, oui. Un firmware obsolète est une porte d'entrée connue des attaquants, notamment sur les routeurs et objets connectés. Installer la version la plus récente apporte stabilité et performance.
Comment un firmware est conçu et développé ?
C'est la partie que le grand public ne voit jamais.
Développer un firmware, c'est répondre à un besoin dans un cadre très contraint. La mémoire se compte parfois en kilooctets, et le programme doit fonctionner des années sans intervention. Les langages employés, C et C++ en tête, permettent de contrôler finement chaque fonctionnalité et de traiter les données au plus près du système.
Le développement impose de tester sur la cible réelle. Un firmware qui tourne en simulation peut échouer sur la carte physique, à cause d'un timing ou d'un capteur. Un métier d'ingénierie à part, dont l'avantage est de lier le monde du matériel et celui du code.
Chez Elipce, ce métier est le nôtre.
Notre activité d'éditeur de logiciel embarqué couvre la conception, le développement et la maintenance de firmwares et de logiciels embarqués pour des équipements industriels, du transport aux bornes interactives.
La sécurité et la maintenance, l'enjeu des fabricants
Pour un industriel, le firmware est devenu un sujet stratégique, pour deux raisons.
La première est réglementaire.
Le règlement européen sur la cyberrésilience impose désormais de sécuriser les produits numériques sur tout leur cycle de vie, de gérer les vulnérabilités et de fournir des correctifs. Le firmware est en première ligne, c'est lui qui est visé.
La seconde tient à la durée.
Un équipement reste en service dix à quinze ans. Son firmware doit être maintenu bien après sa sortie, parfois par une autre équipe que celle qui l'a conçu. Savoir reprendre et faire évoluer un microprogramme existant est un besoin croissant, y compris quand son concepteur d'origine a disparu.
Les deux enjeux se rejoignent sur la maîtrise du code. Impossible de sécuriser ce que l'on ne comprend pas.
Questions fréquentes
La réponse courte, un programme intégré dans le matériel d'un appareil, stocké dans sa mémoire, qui contrôle son fonctionnement de base.
On dit aussi micrologiciel, microprogramme ou microcode en français.
Micrologiciel. Le terme anglais combine firm, ferme, et ware, par analogie avec software et hardware, pour désigner un logiciel à mi-chemin entre le programme et le composant.
Pour corriger un problème, combler des failles et bénéficier de nouvelles fonctions. Les correctifs de sécurité, en particulier, sont à installer sans attendre.
Dans une mémoire non volatile de l'appareil, ROM ou mémoire flash. Il s'exécute au démarrage, avant tout le reste, et son type varie selon le matériel qu'il pilote.
Le BIOS est un exemple de firmware, celui de la carte mère d'un PC. Chaque périphérique possède le sien, et l'UEFI a pris le relais sur les machines récentes.
Parfois, si le fabricant le permet. Ce cas, appelé downgrade, comporte des risques et fait perdre les correctifs de la version la plus récente.
Le firmware est le grand invisible du numérique.
Pour l'utilisateur, il se résume à une mise à jour de temps en temps. Pour l'industriel, c'est un actif essentiel à concevoir et à maintenir sur toute la vie du produit.
Si vos équipements ont un firmware à développer, à reprendre ou à mettre en conformité,