Approche Adl Pour La Mod Lisation D Architecture Bas E Sur Les Contraintes Calcul De Wcet
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Approche ADL pour la modélisation d'architecture basée sur les contraintes (calcul de WCET)
La modélisation des systèmes temps-réel nécessite la connaissance de la borne supérieure des temps d'exécution possibles des tâches temps-réel, appelée temps d'exécution pire-cas ou WCET-Worst Case Execution Time. Le calcul du WCET par analyse statique est basée sur l'analyse du flot de contrôle du programme. Les chemins d'exécution du programme sont composés de séquences d'instructions, qu'on appelle les blocs de base, et des contrôles. Une étape de l'analyse statique, appelée analyse du pipeline, permet d'étudier l'impact de la micro-architecture sur le temps d'exécution des instructions du bloc de base. Le travail de cette thèse s'intéresse à l'analyse du pipeline pour le calcul du WCET. Cette étape du flotot de calcul du WCET prend en compte les caractéristiques du jeu d'instructions et les caractéristiques matérielles du processeur. On a alors besoin de spécifications haut-niveau de l'architecture logicielle et matérielle des processeurs. Nous considérons les langages de description d'architecture (Architecture Description Languages-ADL) pour la description du processeur. Les ADLs, comme Sim-nML, HARMLESS, LISA, sont utilisés pour la génération d'outils ciblés (simulateurs, assembleurs), la vérification, etc. Parmi les outils, OTAWA est un environnement pour l'analyse de temps, qui implémente différentes méthodes de calcul du temps d'exécution pire-cas. Actuellement, OTAWA utilise le langage Sim-nML pour la spécification du jeu d'instructions (le niveau ISA) de l'architecture. Ce travail de thèse est une contribution à OTAWA par une approche ADL pour l'analyse du pipeline. Le but étant d'améliorer l'expressivité en terme de description des processeurs, nous proposons une extension du langage de description Sim-nML, comme première contribution. Cette extension permet de supporter, en plus de la description du jeu d'instructions, la description matérielle de processeurs complexes. Elle permet aussi de séparer l'étape de description d'architecture de l'étape d'analyse et de calcul du temps. Cette extension permet une description déclarative des ressources disponibles et de leurs caractéristiques et aussi de superposer le modèle d'utilisation de ressources des instructions à la description initiale des instructions, qu'on appellera modèle d'exécution. La deuxième contribution de cette thèse consiste à mettre en place une nouvelle méthode pour le calcul du temps d'exécution d'un bloc de base. Nous proposons une méthode nouvelle pour le calcul du temps de bloc de base, basée sur la programmation par contraintes (Constraint Satisfaction Problem-CSP). Nous avons inscrit cette méthode dans une approche automatisée, basée sur la spécification ADL du processeur et sur une séquence d'instructions à analyser (le bloc de base). Nous utilisons des langages de spécification de contraintes et des outils de résolutions. Le principe est d'exprimer les propriétés structurelles et temporelles de l'architecture et des instructions avec des contraintes.
Architectures multi-flots simultanés pour le temps-réel strict
Dans les systèmes critiques, les applications doivent satisfaire des contraintes temporelles strictes, chaque tâche devant s'exécuter en un temps maximum prédéfini ; le non-respect d'une seule échéance peut compromettre toute la stabilité du système et engendrer des effets désastreux. Un tel système est appelé système temps-réel strict. Pour pouvoir assigner une échéance à une tâche, il faut être capable de déterminer le temps maximum que mettra cette tâche à s'exécuter, ceci indépendamment des données en entrée de la tâche. Ce temps maximum recherché s'appelle le WCET (Worst Case Execution Time, temps d'exécution pire cas), il est souvent déterminé à l'issue d'un processus de calcul nécessitant une modélisation des structures de l'architecture du processeur. Les mécanismes architecturaux qui augmentent les performances d'un processeur (prédiction de branchement, cache) induisent souvent un fort taux d'indéterminisme qui rend la modélisation difficile. C'est pourquoi il est souvent préférable d'utiliser des architectures relativement simples pour un système temps-réel strict, ou de simplifier des architectures hautes performances récentes. Notre optique est plutôt d'essayer d'adapter, par de légères modifications, une de ces architectures performantes mais peu prédictibles pour un respect de contraintes temps-réel strict et un calcul de WCET facilité. L'architecture que nous choisissons est l'architecture Multi-Flots Simultanés (Simultaneous Multihtreading, SMT), ou plusieurs programmes peuvent s'exécuter simultanément en partageant les ressources d'un seul cœur d'exécution.
Contribution à l'élaboration d'une métamodélisation de description d'architecture logicielle
Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des langages de modélisation d'architectures logicielles. L'architecture d'un système logiciel fournit un modèle du système qui masque le détail d'exécution, permettant à l'architecte de se concentrer sur les analyses et les décisions les plus cruciales afin de répondre au mieux aux exigences du système. Actuellement, deux principales approches se distinguent pour décrire l'architecture d'un système : la modélisation par objets sous la houlette d'UML (Unified Modeling Language) et la modélisation par composants (composants académiques et composants industriels). Chacune de ces deux approches présente des points forts et des points faibles. Notre contribution se décline en trois volets : une approche hybride composant-objet pour la description des éléments et des concepts architecturaux, une démarche pour l'aide à la construction d'architectures et enfin un méta-méta-modèle comme support de langage de description d'architecture. Le premier volet concerne la proposition d'une approche de description d'architecture baptisée COSA (Component-Object based Software Architecture) qui consiste à étendre le formalisme des ADLs (Architecture Description Languages) à certains concepts de l'approche objet et de les projeter sur des architectures objets exécutables. Le deuxième volet concerne à la définition d'une démarche de description des concepts de l'architecture logicielle sur laquelle se base COSA. Cette démarche décrit les concepts architecturaux selon un triptyque : composant, connecteur et architecture. Enfin, le dernier volet concerne la proposition d'un méta-méta modèle (ou méta-méta architecture) qui d'une part, unifie tous les concepts architecturaux tout en facilitant leur manipulation et leur réutilisation et d'autre part, permet la comparaison et la transformation entre différents langages de description d'architectures.