Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Universit des Sciences

République Algérienne Démocratique et Populaire Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté d’Électronique et d’Informatique Laboratoire de Recherche en Intelligence Artificielle Systèmes Embarqués Hétérogènes MCA Mohamed FEREDJ Master 2 --- RSD --1

Introduction Positionnement du Marché des Systèmes Embarqués Systèmes Personnels Systèmes Collectifs + 95% de CPU q Principaux axes d’explosion du marché § Baisse des coûts des processeurs et l’augmentation des performances. § Digitalisation: Équipements analogiques numériques, programmables. 2

Définitions & Concepts (1) C’est quoi un système embarqué § Paramètre Dispositif matériel comportant des parties logicielles. V Cible § Utilisé pour contrôler et agir sur son environnement. § Observe les variations de son environnement grâce à Régulateur de vitesse des capteurs et agit sur lui grâce à des actionneurs § Accélérer Varie de simple contrôleur de lave vaisselle au système Ralentir complexe de guidage de missiles. Vitesse Acquisition Capteurs Système Embarqué ON/OFF Réponses Actionneurs Environnement Contrôlé 3

Définitions & Concepts (2) Stimulateur cardiaque Microphone embarqué avec la sonde Mars Surveyor 98 4

Travaux Scientifiques Définitions & Concepts (2) Étapes de conception + Système à concevoir Système hétérogène Sous systèmes Communications + 1/ Décomposition & spécification Correction Apparition du problème d’hétérogénéité: 1/ Lors de la spécification des comportements. 2/ Lors de la construction du modèle du système. 2/ Construction du modèle du système. 3/ Validation à priori 4/ Implémentation σ ╞ �(ε 1 / ε 2) + ou 110011 01001 01110 5/ Validation à posteriori 5

Définitions & Concepts (3) q Domaines techniques Hétérogénéité Modèles de Calcul (Mo. C) • Chaque domaine technique obéit à un ensemble de lois physiques. Ces lois sont dites lois d’interaction, qui gouvernent les interactions entre les composants du système. Ces lois sont appelées : « Modèles de Calcul (Model of Computation) – Mo. C » • Exemples de Mo. Cs généralement utilisés: - CT (Continuous Time) : Système à dynamique continue. - DE (Discrete Events) : Réseaux de communication, circuit digital - FSM (Finite State Machines) : Systèmes transitant par plusieurs états - SDF (Synchronous Data Flow) : Traitement du signal - SR (Synchronous Reactive) : Systèmes réactifs, logique de contrôle 6

Définitions & Concepts (4) Exemple d’Hétérogénéité : Téléphone cellulaire multimédia 3 G Acquisition image Interface Homme Machine Compression et décompression son Compression et décompression Images vidéos Interfaces Contrôle et Accès réseau multiple IHM Micro-Onde Acquisition Son Radio Amplification Charge et décharge 7

Problématique & Solutions (1) Problème posé par la coexistence de plusieurs Mo. Cs q Construction du modèle du système une mise en communication des composants obéissants à des Mo. Cs différents. Comment faire communiquer des composants hétérogènes? Sémantiques différentes: - Protocoles de communication différents - Formats des données différents. q Utiliser les approches hétérogènes Existantes: Approche Amorphe Approche Hiérarchique Approche Non Hiérarchique Approche Composant Domaine Polymorphe 8

Problématique & Solutions(2) Approche hétérogène amorphe q Elle permet la coexistence des Mo. Cs au même niveau. Composants obéissants aux Mo. Cs différents peuvent communiquer directement car: ils incorporent les caractéristiques des Mo. Cs. q Elle ne concentre que sur un nombre réduit de Mo. Cs: + Temps Continu & Temps Discret pour les syst mixant le signal analogique et le signal discret. + CT et FSM pour les syst hybrides. q Puisque le nombre de Mo. Cs est connu à l’avance, elle fait leur union pour avoir la conjonction entre eux. Exemple d’environnements basés sur cette approche: VHDL-AMS et Simulink. Avantages § Permet l’intégration complète des Mo. Cs Pas de frontières entre Mo. Cs. § Permet l’utilisation des boucles hétérogènes. Désavantages § Pas nécessairement de séparation claire entre flot de données & flot de contrôle Évolution et validation difficiles. § Pas de possibilité d’ajouter de nouveaux Mo. Cs. 9

Problématique & Solutions(3) Approche hétérogène hiérarchique (1) q Structure le système en un ensemble de niveaux DE hiérarchiques. q Chaque niveau hiérarchique ne contient que les composants obéissant au même Mo. C. q Les niveaux hiérarchiques sont imbriqués l’un dans l’autre. DE CT q Il faut changer de niveau hiérarchique pour passer d’un Mo. C à un autre. q Les changements de Mo. Cs ne peuvent s’opérer qu’à la frontière des FSM niveaux hiérarchiques. Exemple d’environnements basés sur cette approche: Ptolemy II, POLIS, DYMOLA, MODELICA, System. C, Spec. C, OMOLA. 10

Problématique & Solutions(4) Exemple d’Hétérogénéité Hiérarchique re DE contrôleur Capteurs Carburant Air Etincelles E Capteur moteur RTOS tâches moteur corps A Réseau D admission Conducteur CT re C Corps de la voiture tu D Couple modèle vo i A vo itu Moteur détente C E FSM compression explosion - Dans chaque couche, le Mo. C est bien défini. - L'interface entre les couches est prise en compte par les concepteurs de plate-formes. 11

Problématique & Solutions(4) Approche hétérogène hiérarchique (2) Avantages § Ens. de Mo. C ouvert Possibilité d’ajout de Désavantages nouveaux Mo. Cs. § Introduction de niveaux hiérarchiques § 2 Mo. Cs au plus sont en contact artificiels créés uniquement pour changer de Limiter la complexité de l’interface entre Mo. Cs. § Les composants ayant des entrées et des § La hiérarchie permet de maîtriser la complexité des systèmes d’abstraire un réseau de composants sorties qui obéissent à des Mo. Cs différents ne sont pas autorisés dans les modèles. obéissant au même Mo. C dans un seul § Le passage des données et du contrôle entre composant composite. les Mo. Cs est effectué de manière implicite de raffiner un composant en décrivant son pas d’intervention des concepteurs comportement à l’aide d’un Mo. C différent. 12

Problématique & Solutions(5) Système original Approche Hétérogène Non Hiérarchique « Gestion de l’hétérogénéité entre composant» Mo. C 1 Mo. C 2 q Elle permet de faire coexister des Mo. Cs au même niveau Système plat q Elle repose sur l’utilisation de HIC (Composant à Interface Mo. C 1 HIC Mo. C 2 Hétérogène) et Modèle d’Exécution Hétérogène. Modèle d’exécution hétérogène Avantages Changement de sémantique Désavantages - Conversion du protocole transformation format de donnés - La projection du HIC- augmente le nombre - Partitionnement du système en sous systèmes homogènes isolement des Mo. C 2 de composants utilisés par le système. Mo. Cs. - Projection du HIC sur les sous systèmes qui l’utilisent. - Pas de boucles hétérogènes. - Délégation du calcul du comportement des sous systèmes à leurs Mo. Cs. - Ordonnancement des sous systèmes. Sous système 2 - Permet l’utilisation des composants possédant des E/S hétérogènes. Mo. C 1 - Permet l’utilisation de plusieurs Mo. Cs au même niveau hiérarchique. - Permet d’expliciter le passage des données entre les Mo. Cs. Sous système 1 13

Problématique & Solutions(6) Composant Domaine Polymorphe Le Composant Domaine Polymorphe (CDP) : 1/ Capable de s’adapter aux différentes sémantiques des environnements 2/ Garantir un comportement interne suivant la sémantique de spécification. Domaine CT Domaine SDF Domaine DE Composant domaine-polymorphe 14

Problématique & Solutions(7) Couches du CDP q Au niveau abstrait, le CDP est composé de 4 couches : - Couche Noyau. - Couche Conservateur. - Couche frontière. - Couche Adaptateur. 15

Exemples Exemple : Mélange de SDF et DE Système Réel SDF DE DE B A C q Avec le modèle du système utilisant le CDP q Avec le modèle du système utilisant l’app. hiérarchique 1 - CDP est un acteur spécifique à DE 1 - CC apparaît comme un bloc DE sans retard. 2 - Il est toujours possible d’activer le noyau NB, 2 - Il n’est pas toujours possible d’activer l’acteur B. en utilisant le mode SDF Relaxé Modèle du système utilisant l’approche hiérarchique DE Modèle du système utilisant le CDP DE CC A C SDF A NB C SDF B 16

Exemples Exemple de Conception basée sur CDP et App. Hétérogène Hiérarchique Atelier de production automatisé (proposé par FZI: Forschungszentrum Informatik de Karlsruhe) Pièce métallique Zones Critiques 17

Exemples Conception de l’atelier sous Ptolemy II Acteur composite CDP représentant le Contrôleur principal de l’atelier Acteur composite représentant un dispositif de l’atelier CDP représentant Controller. FB CDP représentant un capteur Acteur composite représentant la partie opérationnelle du FB Acteur composite représentant une pièce 18

Exemples Simulation du fonctionnement de l’atelier sous Ptolemy II 19