Proposition d'une approche haut niveau pour la conception, l'analyse et l'implantation des systèmes reconfigurables PDF Download
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Author: Florent Frizon de Lamotte Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 191
Book Description
La qualité de service attendue pour les systèmes de production et les systèmes électroniques, rend incontournable l'utilisation de la reconfiguration qui permet d'organiser le système au mieux pour répondre à l'objectif fixé. L'exploitation du caractère reconfigurable d'un tel système nécessite une prise en compte de cette capacité de la conception à l'implantation. La phase de conception repose sur une description du système reconfigurable selon deux axes. Le premier sépare l'architecture du système de ses configurations. Le second distingue la partie logique, décrivant les traitements à réaliser et la partie physique décrivant les ressources constituant le système. Une fois l'architecture et les configurations décrites, des analyses permettent au concepteur d'évaluer l'architecture ou les configurations en terme de performances, de tolérance aux pannes ou de coût. Ces analyses peuvent aussi intervenir pour guider la stratégie de reconfiguration au cours du fonctionnement du système. Elles font appel à des outils d'ingénierie dirigée par les modèles permettant d'obtenir automatiquement les modèles d'analyse à partir de la description du système. Un cadre d'implantation, utilisant également l'ingénierie dirigée par les modèles, est proposé pour la génération d'un code de contrôle/commande à partir de la description de haut niveau. Toute l'approche a été déployée sur une application réelle développée au cours des travaux de thèse et présentée dans ce document.
Author: Florent Frizon de Lamotte Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 191
Book Description
La qualité de service attendue pour les systèmes de production et les systèmes électroniques, rend incontournable l'utilisation de la reconfiguration qui permet d'organiser le système au mieux pour répondre à l'objectif fixé. L'exploitation du caractère reconfigurable d'un tel système nécessite une prise en compte de cette capacité de la conception à l'implantation. La phase de conception repose sur une description du système reconfigurable selon deux axes. Le premier sépare l'architecture du système de ses configurations. Le second distingue la partie logique, décrivant les traitements à réaliser et la partie physique décrivant les ressources constituant le système. Une fois l'architecture et les configurations décrites, des analyses permettent au concepteur d'évaluer l'architecture ou les configurations en terme de performances, de tolérance aux pannes ou de coût. Ces analyses peuvent aussi intervenir pour guider la stratégie de reconfiguration au cours du fonctionnement du système. Elles font appel à des outils d'ingénierie dirigée par les modèles permettant d'obtenir automatiquement les modèles d'analyse à partir de la description du système. Un cadre d'implantation, utilisant également l'ingénierie dirigée par les modèles, est proposé pour la génération d'un code de contrôle/commande à partir de la description de haut niveau. Toute l'approche a été déployée sur une application réelle développée au cours des travaux de thèse et présentée dans ce document.
Author: François Duhem (auteur d'une thèse intitulée Méthodologie de conception d'architectures reconfigurables dynamiquement pour des applications temps-réel) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 116
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La reconfiguration dynamique des FPGA, malgré des caractéristiques intéressantes, peine à s’installer dans l’industrie principalement pour deux raisons. Tout d’abord, les performances du contrôleur natif développé par Xilinx sont faibles et pourront résulter en un rapport entre le temps de reconfiguration et la période de la tâche trop importante pour une implémentation dynamique. Ensuite, le développement d’une application reconfigurable dynamiquement demande un effort plus conséquent, notamment concernant l’ordonnancement des tâches. Il est en effet impossible d’évaluer une architecture et/ou un algorithme d’ordonnancement pour vérifier si l’application respectera bien ses contraintes de temps avant la phase d’implémentation. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et propose des solutions aux problématiques énoncées précédemment. Dans un premier temps, nous présenterons FaRM, un contrôleur de reconfiguration dynamique capable d’atteindre les limites théoriques de la technologie grâce à un algorithme de compression efficient et une architecture optimisée. Ensuite, nous présenterons RecoSim, un simulateur d’architectures reconfigurables en SystemC modélisant à un haut niveau d’abstraction un tel système. Basé sur un modèle de coût du temps de reconfiguration avec FaRM, RecoSim permet notamment le développement et l’évaluation d’algorithmes d’ordonnancement, qui sont des éléments clés des architectures temps-réel. Finalement, nous montrerons comment ces premières contributions sont utilisées au sein de FoRTReSS, un flot d’exploration d’architectures intégré avec les outils de développement Xilinx. Ces travaux ont été effectués dans le cadre du projet ANR ARDMAHN.
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Les travaux présentés dans cette thèse concernent l’exploration de l’espace de conception des architectures reconfigurables pour des applications orientées traitement intensif à partir d'un haut niveau d’abstraction (niveau système). Longtemps les concepteurs de systèmes n’avaient que deux choix de réalisation ; l’utilisation de processeurs et/ou de circuits dédiées (ASIC). Depuis quelques années une troisième possibilité est apparue ; les circuits reconfigurables. Les circuits FPGA sont aujourd’hui les principaux circuits reconfigurables disponibles sur le marché. Si ils ont longtemps été utilisés uniquement pour le prototypage des ASIC, ils sont aujourd’hui en mesure de fournir une solution efficace à la réalisation matérielle d’applications dans de nombreux domaines. Néanmoins, ces circuits souffrent encore d’un certain nombre d’handicaps, entre autres leur granularité fine de traitement et leur réseau dense de routage. Aussi, de nombreux laboratoires académiques et industriels ont mis en place des travaux pour définir de nouveaux concepts d'architectures reconfigurables. Ces nouveaux concepts ont élargi la vision des FPGA, en augmentent la granularité des traitements, en modifiant les topologies et ressources de routages, en augmentant l’hétérogénéité des architectures ainsi que leur hiérarchie. De ce fait, les architectures reconfigurables constituent aujourd’hui une solution efficace pour répondre au challenge des systèmes sur puces. Cependant les architectures reconfigurables dans leur ensemble sont pénalisées par un manque d’outils de conception indispensables à tous les niveaux du flot de conception. Dans ce mémoire, nous proposons une méthode d’exploration de l’espace architecturale de conception afin de converger rapidement vers la définition d'une architecture efficace pour une application donnée. Cette méthode intervient très tôt dans le flot de conception, ainsi dès les premières phases de spécification de l’application, les concepteurs peuvent définir une architecture adaptée pour leurs applications. Notre méthode s’appuie principalement sur l’estimation de la répartition des communications dans l’architecture ainsi que sur le taux d’utilisation des ressources de l’architecture. Ces métriques permettent en effet d’orienter le processus d'exploration afin de minimiser la consommation de puissance de l’architecture puisque cette dernière est directement corélée au deux métriques précédentes. Ces travaux ont conduit au développement d'un outil qui s'inscrit dans un environnement logiciel plus large developpé au LESTER ; Design Trotter. Nous avons appliqué notre méthode d’exploration architecturale à des applications du traitement des images et de la cryptographie. Les résultats obtenus montre que notre méthode permet de converger rapidement vers une architecture efficace en ce qui concerne la consommation de puissance. De plus le concepteur obtient de nombreuses informations sur l’architecture reconfigurable en adéquation avec l’application développée. Enfin, nos travaux nous ont permis de mettre en évidence des styles d’architectures reconfigurables adaptés à des domaines d’applications, tel que le traitement des images ou la cryptographie.
Author: Sana Cherif Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie de co-conception des systèmes dynamiquement reconfigurables basés sur FPGA. Notre méthodologie s'appuie sur l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) dont la spécification des modèles est décrite avec le profil MARTE. Les travaux présentés visent à garantir la flexibilité, la réutilisabilité et l'automatisation afin de faciliter le travail du concepteur et d'améliorer sa productivité. La première contribution réside dans la modélisation à haut-niveau d'abstraction permettant de cacher un grand nombre de détails d'implémentation. Un flot de conception est défini pour la modélisation des FPGAs, basé sur l'IDM afin d'assurer l'automatisation de la génération de code. Suivant ce flot, plusieurs modèles sont créés moyennant principalement les concepts de MARTE. Cependant,la modélisation de certains concepts de la reconfiguration dynamique a nécessité des extensions dans MARTE que nous avons identifiées et intégrées dans un nouveau profil qui étend MARTE baptisé RecoMARTE. La seconde contribution est l'automatisation de la chaîne de transformations et la validation expérimentale. Afin d'assurer l'automatisation de notre flot de conception vers la génération du code, une chaîne de transformations a été utilisée. Nous passons ainsi d'un modèle MARTE/RecoMARTE vers une description intermédiaire selon le standard IP-XACT afin de générer des fichiers utilisés dans l'environnement XPS de Xilinx. Cette automatisation permet d'accélérer la phase de conception et éviter les erreurs dues à la manipulation directe des détails. Enfin, un exemple d'application de traitement d'image a été élaboré afin de démontrer et valider notre méthodologie.
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Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception des systèmes mécatroniques. Les travaux se positionnent dans les premières phases du cycle de conception, là où les principaux efforts méthodologiques sont à mener pour améliorer la qualité et la fonctionnalité des produits, et reposent sur le prototypage virtuel (modélisation et simulation). Une approche méthodologique envisageable est de reformuler le problème de conception sous une forme inverse, pour directement utiliser les spécifications du cahier des charges, usuellement exprimées sur les sorties, pour calculer les inconnues du problème. Dans ce contexte, le laboratoire Ampère développe une méthodologie de conception et dimensionnement, basée sur l'inversion de modèle, utilisant le formalisme bond graph, pour proposer une démarche reposant sur des critères dynamiques et énergétiques, et dont la principale originalité est sa phase d'analyse structurelle, permettant une hiérarchisation d'analyse suivant différents niveaux de la structure physique du modèle (topologie, phénoménologie, paramétrage). L'objectif est de contribuer au développement de cette méthodologie, en l'étendant aux modèles appartenant à la classe des systèmes singuliers, porté par la velléité de décliner la démarche à la conception fonctionnelle du châssis automobile et de ses sous-systèmes, comportant un certain nombre d'abstractions de modélisation et d'idéalisations. Cette déclinaison est proposée, d'une part, au niveau de la structure du modèle et, d'autre part, à un niveau considérant sa phénoménologie et ses lois de comportement. Elle requiert la mise en place préalable d'un référentiel algébrique, essentiellement issu de travaux sur la commande des systèmes, pour constituer une base de validation des extensions graphiques (digraphe et bond graph) proposées. En plus de la généralisation qu'ils constituent à la classe des modèles singuliers, les présents travaux proposent une uniformisation des précédentes approches de la méthodologie, originellement appliquées respectivement aux modèles directs et aux modèles inverses, de sorte qu'il n'est à présent plus nécessaire de les différencier.
Author: Robin Bonamy Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'utilisation des accélérateurs reconfigurables, pour la conception de system-on-chip hétérogènes, offre des possibilités intéressantes d'augmentation des performances et de réduction de la consommation d'énergie. En effet, ces accélérateurs sont couramment utilisés en complément d'un (ou de plusieurs) processeur(s) pour permettre de décharger celui-ci (ceux-ci) des calculs intensifs et des traitements de flots de données. Le concept de reconfiguration dynamique, supporté par certains constructeurs de FPGA, permet d'envisager des systèmes beaucoup plus flexibles en offrant notamment la possibilité de séquencer temporellement l'exécution de blocs de calcul sur la même surface de silicium, réduisant alors les besoins en ressources d'exécution. Cependant, la reconfiguration dynamique n'est pas sans impact sur les performances globales du système et il est difficile d'estimer la répercussion des décisions de configuration sur la consommation d'énergie. L'objectif principal de cette thèse consiste à proposer une méthodologie d'exploration permettant d'évaluer l'impact des choix d'implémentation des différentes tâches d'une application sur un system-on-chip contenant une ressource reconfigurable dynamiquement, en vue d'optimiser la consommation d'énergie ou le temps d'exécution. Pour cela, nous avons établi des modèles de consommation des composants reconfigurables, en particulier les FPGAs, qui permettent d'aider le concepteur dans son design. À l'aide d'une méthodologie de mesure sur Virtex-5, nous montrons dans un premier temps qu'il est possible de générer des accélérateurs matériels de tailles variées ayant des performances temporelles et énergétiques diverses. Puis, afin de quantifier les coûts d'implémentation de ces accélérateurs, nous construisons trois modèles de consommation de la reconfiguration dynamique partielle. Finalement, à partir des modèles définis et des accélérateurs produits, nous développons un algorithme d'exploration des solutions d'implémentation pour un système complet. En s'appuyant sur une plate-forme de modélisation à haut niveau, celui-ci analyse les coûts d'implémentation des tâches et leur exécution sur les différentes ressources disponibles (processeur ou région configurable). Les solutions offrant les meilleures performances en fonction des contraintes de conception sont retenues pour être exploitées.
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L'environnement manufacturier moderne est face à un bouleversement de paradigmes nécessitant plus de changeabilité au niveau physique et logique. Un système manufacturier Changeable est défini comme un système de production ayant les capacités de faciliter les changements adéquats, permettant d'ajuster ses structures et ses processus en réponse aux différents besoins. Dans ce contexte, les systèmes manufacturiers doivent se doter d'un très haut niveau de reconfigurabilité, qui est considérée comme l'un des facteurs majeurs du concept de changeabilité. En effet, dans la vision de l'Usine du Futur, la reconfigurabilité est essentielle pour s'adapter efficacement à la complexité croissante des environnements manufacturiers. Elle assure une adaptation rapide, efficace et facile de ces systèmes tout en étant réactif, robuste et économiquement compétitif. L'objectif est de répondre aux nouvelles contraintes internes et externes telles que la globalisation, la variété des produits, la personnalisation de masse ou le raccourcissement des délais. À travers cette thèse, nous étudions la problématique de conception des systèmes manufacturiers reconfigurables (Reconfigurable Manufacturing System - RMS). L'objectif consiste à concevoir des systèmes réactifs en se basant sur leurs capacités en matière de reconfigurabilité. Nous avons étudié ce problème sur trois niveaux : (i) le niveau des composantes, relatif aux modules des machines reconfigurables, (ii) le niveau des machines et leurs interactions, ainsi que l'impact de ces interactions sur le système et (iii) le niveau de l'atelier, composé de l'ensemble des machines reconfigurables. Nous avons développé pour chaque niveau, des indicateurs de performance afin d'assurer les meilleures performances du système conçu, tels que l'indicateur de modularité, l'indicateur de flexibilité, l'indicateur de robustesse et l'effort d'évolution d'un système reconfigurable. Pour l'ensemble des problèmes étudiés, nous avons développé des modèles d'optimisation multicritère, résolus à travers des heuristiques ou des métaheuristiques multicritères (comme le recuit simulé multicritère (AMOSA) et les algorithmes génétiques multicritère (NSGA-II)). De nombreuses expériences numériques et analyses ont été réalisées afin de démontrer l'applicabilité de nos approches.
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L'ETUDE PORTE SUR L'APPORT DU GENIE LOGICIEL ORIENTE OBJET DANS L'INTEGRATION DES SYSTEMES DE PRODUCTION. LES DEVELOPPEMENTS ONT ETE EFFECTUES DANS LE BUT DE DEFINIR UNE METHODE DE MODELISATION ADAPTEE AUX SYSTEMES INTEGRES DE PRODUCTION (SIP) PUIS DE MODELISER LE SYSTEME DE PILOTAGE D'UNE CELLULE FLEXIBLE EXPERIMENTALE. DE NOMBREUX PROBLEMES SE SONT POSES. ILS SONT LIES ESSENTIELLEMENT AU MANQUE DE RIGUEUR DE CERTAINS FORMALISMES UTILISES, AU RECOURS A LA JUXTAPOSITION DE DIFFERENTS PARADIGMES, AFIN DE COUVRIR TOUTES LES DIMENSIONS DU SYSTEME, SANS SE PREOCCUPER DE LEUR INTEGRATION, A LA NON COUVERTURE DE TOUT LE CYCLE DE VIE, JUSQU'A L'ABSENCE D'UN SUPPORT LOGICIEL. UNE APPROCHE ORIENTEE OBJET POUR LA CONCEPTION DES SIP EST PROPOSEES. LA DEMARCHE DE MODELISATION PRECONISEE PORTE D'ABORD SUR LA DEFINITION D'UNE ARCHITECTURE D'INTEGRATION POUR LE SYSTEME A MODELISER. L'ARCHITECTURE CONCERNE LE SYSTEME DE PILOTAGE AVEC PRISE EN COMPTE DES ASPECTS INFORMATION ET COMMUNICATION. ENSUITE L'ANALYSE ET LA MODELISATION DU SYSTEME SONT EFFECTUEES POUR ABOUTIR FINALEMENT A UN MODELE EXECUTABLE DU SYSTEME. NOTRE CONTRIBUTION SE SITUE AU NIVEAU METHODOLOGIQUE. UNE METHODE COUVRANT TOUT LE CYCLE DE DEVELOPPEMENT, ET BASEE SUR UNE DEMARCHE EN DEUX ETAPES, STRUCTUREE PUIS ORIENTEE OBJET, EST DEFINIE. ELLE SE FONDE DE LA METHODE DES CAS D'UTILISATION QUI PERMET UNE APPROCHE ORIENTEE UTILISATEUR. ELLE UTILISE UN FORMALISME MIXTE ORIENTE OBJET/ RESEAUX DE PETRI ORIGINAL ET QUI EST APPLIQUEE A TROIS NIVEAUX D'ABSTRACTION SUCCESSIFS: INTERFACE, OBJETS ET OPERATIONS. LES AVANTAGES SONT ALORS LA SUPERPOSABILITE DIRECTE ENTRE LE MODELE OBJET ET LE MODELE DYNAMIQUE, LA GARANTIE DE LA TRACABILITE DU MODELE ET AINSI, L'AUTOMATISATION POSSIBLE DU CONTROLE DE COHERENCE ET DE LA GENERATION DE CODE. UNE MISE EN UVRE DE LA METHODE A CONSISTE A DEVELOPPER LE SUPERVISEUR DE LA CELLULE FLEXIBLE DE L'AIPRAO
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L’évolution rapide du contexte des systèmes embarqués conduit à des dispositifs de plus en plus complexes, susceptibles de supporter plusieurs modes de fonctionnement et différents standards. Au sein de ces systèmes, la reconfiguration apparaît comme une solution pour faire face à une telle évolution, et ce tout en respectant les contraintes d’embarquabilité. Cette propriété désigne le fait qu’un système puisse modifier son comportement. Elle se répercute aussi bien au niveau de l'application supportee que de la solution technologique considérée. De nouvelles méthodes et outils sont nécessaires pour prendre en compte la propriété de reconfiguration. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de proposer des modèles de haut niveau d’abstraction en vue d’améliorer la conception conjointe des systèmes reconfigurables. La première partie de cette thèse s’est intéressée aux mécanismes de reconfiguration des systèmes de radiocommunication. Elle a conduit à la proposition de différentes modélisations visant à faciliter l’estimation de performances des systèmes de Radio Logicielle. La deuxième partie de cette thèse s’est focalisée sur les architectures des systèmes reconfigurables. Elle a permis d’aboutir à une modélisation capable de décrire l’impact du caractère reconfigurable des plates-formes multiprocesseurs hétérogènes sur le comportement et les performances des systèmes. L’intérêt des modélisations obtenues est illustré à travers une étude portant sur un cas concret de fonctionnement de systèmes de radiocommunication reconfigurables.
Author: Florent Frizon de Lamotte
Author: Florent Frizon de Lamotte
Author: François Duhem (auteur d'une thèse intitulée Méthodologie de conception d'architectures reconfigurables dynamiquement pour des applications temps-réel)
Author: Lilian Bossuet
Author: Sana Cherif
Author: Julien Lagnier
Author: Robin Bonamy
Author: Hichem Haddou Benderbal
Author: Houcine Dammak
Author: SOUMEYA.. GHROUD
Author: Laurent Dorie