Embedded System Design

A unique feature of this open access textbook is to provide a comprehensive introduction to the fundamental knowledge in embedded systems, with applications in cyber-physical systems and the Internet of things. It starts with an introduction to the field and a survey of specification models and languages for embedded and cyber-physical systems. It provides a brief overview of hardware devices used for such systems and presents the essentials of system software for embedded systems, including real-time operating systems. The author also discusses evaluation and validation techniques for embedded systems and provides an overview of techniques for mapping applications to execution platforms, including multi-core platforms. Embedded systems have to operate under tight constraints and, hence, the book also contains a selected set of optimization techniques, including software optimization techniques. The book closes with a brief survey on testing. This fourth edition has been updated and revised to reflect new trends and technologies, such as the importance of cyber-physical systems (CPS) and the Internet of things (IoT), the evolution of single-core processors to multi-core processors, and the increased importance of energy efficiency and thermal issues

Contribution à l’ordonnancement dynamique, tolérant aux fautes, de tâches pour les systèmes embarqués temps-réel multiprocesseurs

The thesis is concerned with online mapping and scheduling of tasks on multiprocessor embedded systems in order to improve the reliability subject to various constraints regarding e.g. time, or energy. To evaluate system performances, the number of rejected tasks, algorithm complexity and resilience assessed by injecting faults are analysed. The research was applied to: (i) the primary/backup approach technique, which is a fault tolerant one based on two task copies, and (ii) the scheduling algorithms for small satellites called CubeSats. The chief objective for the primary/backup approach is to analyse processor allocation strategies, devise novel enhancing scheduling methods and to choose one, which significantly reduces the algorithm run-time without worsening the system performances. Regarding CubeSats, the proposed idea is to gather all processors built into satellites on one board and design scheduling algorithms to make CubeSats more robust as to the faults. Two real CubeSat scenarios are analysed and it is found that it is useless to consider systems with more than six processors and that the presented algorithms perform well in a harsh environment and with energy constraints.La thèse se focalise sur le placement et l’ordonnancement dynamique des tâches sur les systèmes embarqués multiprocesseurs pour améliorer leur fiabilité tout en tenant compte des contraintes telles que le temps réel ou l’énergie. Afin d’évaluer les performances du système, le nombre de tâches rejetées, la complexité de l’algorithme et la résilience estimée en injectant des fautes sont principalement analysés. La recherche est appliquée (i) à l’approche de « primary/backup » qui est une technique de tolérance aux fautes basée sur deux copies d’une tâche et (ii) aux algorithmes de placement pour les petits satellites appelés CubeSats. Quant à l’approche de « primary/backup », l’objectif principal est d’étudier les stratégies d’allocation des processeurs, de proposer de nouvelles méthodes d’amélioration pour l’ordonnancement et d’en choisir une qui diminue considérablement la durée de l’exécution de l’algorithme sans dégrader les performances du système. En ce qui concerne les CubeSats, l’idée est de regrouper tous les processeurs à bord et de concevoir des algorithmes d’ordonnancement afin de rendre les CubeSats plus robustes. Les scénarios provenant de deux CubeSats réels sont étudiés et les résultats montrent qu’il est inutile de considérer les systèmes ayant plus de six processeurs et que les algorithmes proposés fonctionnent bien même avec des capacités énergétiques limitées et dans un environnement hostile

LIPIcs, Volume 244, ESA 2022, Complete Volume

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