Model-based implementation of real-time applications

Correct and efficient implementation of general real-time applications remains by far an open problem. A key issue is meeting timing constraints whose satisfaction depends on features of the execution platform, in particular its speed. Existing rigorous implementation techniques are applicable to specific classes of systems e.g. with periodic tasks, time deterministic systems. We present a general model-based implementation method for real-time systems based on the use of two models. &bull An abstract model representing the behavior of real-time software as a timed automaton. The latter describes user-defined platform-independent timing constraints. Its transitions are timeless and correspond to the execution of statements of the real-time software. &bull A physical model representing the behavior of the real-time software running on a given platform. It is obtained by assigning execution times to the transitions of the abstract model. A necessary condition for implementability is time-safety, that is, any (timed) execution sequence of the physical model is also an execution sequence of the abstract model. Time-safety simply means that the platform is fast enough to meet the timing requirements. As execution times of actions are not known exactly, time-safety is checked for worst-case execution times of actions by making an assumption of time-robustness: time-safety is preserved when speed of the execution platform increases. We show that as a rule, physical models are not time-robust and show that time-determinism is a sufficient condition for time-robustness. For given real-time software and execution platform corresponding to a time-robust model, we define an Execution Engine that coordinates the execution of the application software so as to meet its timing constraints. Furthermore, in case of non-robustness, the Execution Engine can detect violations of time-safety and stop execution

Placement, ordonnancement et mécanismes de migration de tâches temps-réel pour des architectures distribuées multicoeurs

Les systèmes temps-réel embarqués critiques intègrent un nombre croissant de fonctionnalités comme le montrent les domaines de l'automobile ou de l'aéronautique. Ces systèmes doivent offrir un niveau maximal de sûreté de fonctionnement en disposant des mécanismes pour traiter les défaillances éventuelles et doivent être également performants, avec le respect de contraintes temps-réel strictes. Ces systèmes sont en outre contraints par leur nature embarquée : les ressources sont limitées, tels que par exemple leur espace mémoire et leur capacité de calcul. Dans cette thèse, nous traitons deux problématiques principales de ce type de systèmes. La première porte sur la manière d'apporter une meilleure tolérance aux fautes dans les systèmes temps-réel distribués subissant des défaillances matérielles multiples et permanentes. Ces systèmes sont souvent conçus avec une allocation statique des tâches. Une approche plus exible effectuant des recon gurations est utile si elle permet d'optimiser l'allocation à chaque défaillance rencontrée, pour les ressources restantes. Nous proposons une telle approche hors-ligne assurant un dimensionnement adapté pour prendre en compte les ressources nécessaires à l'exécution de ces actions. Ces recon gurations peuvent demander une réallocation des tâches ou répliques si l'espace mémoire local est limité. Dans un contexte temps-réel strict, nous dé nissons notamment des mécanismes et des techniques de migration garantissant l'ordonnançabilité globale du système. La deuxième problématique se focalise sur l'optimisation de l'exécution des tâches au niveau local dans un contexte multicoeurs préemptif. Nous proposons une méthode d'ordonnancement optimal disposant d'une meilleure extensibilité que les approches existantes en minimisant les surcoûts : le nombre de changements de contexte préemptions et migrations locales) et la complexité de l'ordonnanceurCritical real-time embedded systems are integrating an increasing number of functionalities, as shown in automotive domain or aeronautics. These systems require high dependability including mechanisms to handle possible failures and have to be effective, meeting hard real-time constraints. These systems are also constrained by their embedded nature : resources are limited, such as their memory and their computing capacities. In this thesis, we focus on two main problems for this type of systems. The rst one is about a way to bring a better fault-tolerance in distributed real-time systems when multiple and permanent hardware failures can occur. In classical systems, the design is limited to a static task assignment. A more exible approach exploiting recon gurations is useful if it allows to optimize assignment at each failure for the remaining resources. We propose an off-line approach to obtain an adapted sizing taking into account necessary resources to execute these actions. These recon gurations may require to reallocate tasks or replicas if memory capacities are limited. In a hard real-time context, we de ne mechanisms and migration techniques to guarantee global schedulability of the system. The second problem focus on optimizing performance to run tasks at a local level in a multicore preemptive context. We propose an optimal scheduling method allowing a better scalability than existing approaches by minimizing overheads : the number of context switches (local preemptions and migrations) and the scheduler complexityTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Placement, ordonnancement et mécanismes de migration de tâches temps-réel pour des architectures distribuées multicoeurs

Les systèmes temps-réel embarqués critiques intègrent un nombre croissant de fonctionnalités comme le montrent les domaines de l'automobile ou de l'aéronautique. Ces systèmes doivent offrir un niveau maximal de sûreté de fonctionnement en disposant des mécanismes pour traiter les défaillances éventuelles et doivent être également performants, avec le respect de contraintes temps-réel strictes. Ces systèmes sont en outre contraints par leur nature embarquée : les ressources sont limitées, tels que par exemple leur espace mémoire et leur capacité de calcul. Dans cette thèse, nous traitons deux problématiques principales de ce type de systèmes. La première porte sur la manière d'apporter une meilleure tolérance aux fautes dans les systèmes temps-réel distribués subissant des défaillances matérielles multiples et permanentes. Ces systèmes sont souvent conçus avec une allocation statique des tâches. Une approche plus flexible effectuant des reconfigurations est utile si elle permet d'optimiser l'allocation à chaque défaillance rencontrée, pour les ressources restantes. Nous proposons une telle approche hors-ligne assurant un dimensionnement adapté pour prendre en compte les ressources nécessaires à l'exécution de ces actions. Ces reconfigurations peuvent demander une réallocation des tâches ou répliques si l'espace mémoire local est limité. Dans un contexte temps-réel strict, nous définissons notamment des mécanismes et des techniques de migration garantissant l'ordonnançabilité globale du système. La deuxième problématique se focalise sur l'optimisation de l'exécution des tâches au niveau local dans un contexte multicoeurs préemptif. Nous proposons une méthode d'ordonnancement optimal disposant d'une meilleure extensibilité que les approches existantes en minimisant les surcoûts : le nombre de changements de contexte préemptions et migrations locales) et la complexité de l'ordonnanceur. ABSTRACT : Critical real-time embedded systems are integrating an increasing number of functionalities, as shown in automotive domain or aeronautics. These systems require high dependability including mechanisms to handle possible failures and have to be effective, meeting hard real-time constraints. These systems are also constrained by their embedded nature : resources are limited, such as their memory and their computing capacities. In this thesis, we focus on two main problems for this type of systems. The first one is about a way to bring a better fault-tolerance in distributed real-time systems when multiple and permanent hardware failures can occur. In classical systems, the design is limited to a static task assignment. A more flexible approach exploiting reconfigurations is useful if it allows to optimize assignment at each failure for the remaining resources. We propose an off-line approach to obtain an adapted sizing taking into account necessary resources to execute these actions. These reconfigurations may require to reallocate tasks or replicas if memory capacities are limited. In a hard real-time context, we define mechanisms and migration techniques to guarantee global schedulability of the system. The second problem focus on optimizing performance to run tasks at a local level in a multicore preemptive context. We propose an optimal scheduling method allowing a better scalability than existing approaches by minimizing overheads : the number of context switches (local preemptions and migrations) and the scheduler complexity