Systèmes Embarqués Hétérogènes

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

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

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

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

5. Travaux ScientifiquesDéfinitions & Concepts (2) Étapes de conception Système hétérogène Sous systèmes + Système à concevoir Communications + 1/ Décomposition & spécification 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. Correction 3/ Validation à priori σ ╞  (ε1 /\ ε2) ou 11001100110100101110 4/ Implémentation + 5/ Validation à posteriori

6. Définitions & Concepts (3) • Domaines techniques  Hétérogénéité  Modèles de Calcul (MoC) • 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) – MoC » • Exemples de MoCs 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

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

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

9. Problématique & Solutions(2) Approche hétérogène amorphe • Elle permet la coexistence des MoCs au même niveau. Composants obéissants aux MoCs différents peuvent communiquer directement car: ils incorporent les caractéristiques des MoCs. • Elle ne concentre que sur un nombre réduit de MoCs: + Temps Continu & Temps Discret pour les syst mixant le signal analogique et le signal discret. + CT et FSM pour les syst hybrides. • Puisque le nombre de MoCs 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. Désavantages Avantages • Permet l’intégration complète des MoCs  Pas de frontières entre MoCs. • Permet l’utilisation des boucles hétérogènes. • Pas nécessairement de séparation claire entre flot de données & flot de contrôle  Évolution et validation difficiles. • Pas de possibilité d’ajouter de nouveaux MoCs.

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

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

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

13. Problématique & Solutions(5) Modèle d’exécution hétérogène Désavantages Avantages • - La projection du HIC augmente le nombre de composants utilisés par le système. • Pas de boucles hétérogènes. • Permet l’utilisation des composants possédant des E/S hétérogènes. • Permet l’utilisation de plusieurs MoCs au même niveau hiérarchique. • Permet d’expliciter le passage des données entre les MoCs. • Partitionnement du système en sous systèmes homogènes  isolement des MoCs. • Projection du HIC sur les sous systèmes qui l’utilisent. • Délégation du calcul du comportement des sous systèmes à leurs MoCs. • Ordonnancement des sous systèmes. MoC2 MoC1 Changement de sémantique - Conversion du protocole - transformation format de donnés Sous système2 Sous système1 Approche Hétérogène Non Hiérarchique « Gestion de l’hétérogénéité entre composant» Système original MoC1 MoC2 • Elle permet de faire coexister des MoCs au même niveau Système plat • Elle repose sur l’utilisation de HIC (Composant à Interface Hétérogène) et Modèle d’Exécution Hétérogène. MoC1 MoC2 HIC

14. 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

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

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

17. 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

18. Exemples CDP représentantle Contrôleurprincipal de l’atelier Acteur composite Acteur composite représentantun dispositifde l’atelier CDP représentantControllerFB CDP représentant un capteur Acteur composite représentant la partie opérationnelle du FB Acteur composite représentant une pièce Conception de l’atelier sous Ptolemy II

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