Polychronous Interpretation of Synoptic, a Domain Specific Modeling Language for Embedded Flight-Software

The SPaCIFY project, which aims at bringing advances in MDE to the satellite flight software industry, advocates a top-down approach built on a domain-specific modeling language named Synoptic. In line with previous approaches to real-time modeling such as Statecharts and Simulink, Synoptic features hierarchical decomposition of application and control modules in synchronous block diagrams and state machines. Its semantics is described in the polychronous model of computation, which is that of the synchronous language Signal.Comment: Workshop on Formal Methods for Aerospace (FMA 2009

SPaCIFY: a Formal Model-Driven Engineering for Spacecraft On-Board Software

International audienceThe aim of this article is to present a model- driven approach proposed by the SPaCIFY project for spacecraft on-board software development. This ap- proach is based on a formal globally asynchronous lo- cally synchronous language called Synoptic, and on a set of transformations allowing code generation and model verification

OpenEmbeDD : La plate-forme et ses outils d'ingénierie de modèles

National audienceLa plate-forme du projet OpenEmbeDD a été con{\cc}ue en couches afin d'offrir une méthodologie générique pour les besoins du domaine particulier du temps réel. L'approche suivie repose sur l'utilisation de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) dans l'environnement Eclipse. Les outils dédiés au temps réel étant alors soit con{\cc}us g

Simulation of real-time systems with clock calculus

International audienceSafety–critical real-time systems need to be modeled and simulated early in the development of lifecycle. SIGNAL is a data-flow synchronous language with clocks widely used in modeling of such systems. Due to the synchronous features of SIGNAL, clock calculus is essential in compilation and simulation. This paper proposes a new methodology for clock calculus that takes data dependencies into consideration. In this way, simulation code can be directly generated by using a depth-first traversal algorithm. In addition, a clock insertion method based on clock-implication checking is presented to obtain an optimized control structure

High level design and control of adaptive multiprocessor system-on-chips

The design of modern embedded systems is getting more and more complex, as more func- tionality is integrated into these systems. At the same time, in order to meet the compu- tational requirements while keeping a low level power consumption, MPSoCs have emerged as the main solutions for such embedded systems. Furthermore, embedded systems are be- coming more and more adaptive, as the adaptivity can bring a number of benefits, such as software flexibility and energy efficiency. This thesis targets the safe design of such adaptive MPSoCs. First, each system configuration must be analyzed concerning its functional and non- functional properties. We present an abstract design and analysis framework, which allows for faster and cost-effective implementation decisions. This framework is intended as an intermediate reasoning support for system level software/hardware co-design environments. It can prune the design space at its largest, and identify candidate design solutions in a fast and efficient way. In the framework, we use an abstract clock-based encoding to model system behaviors. Different mapping and scheduling scenarios of applications on MPSoCs are analyzed via clock traces representing system simulations. Among properties of interest are functional behavioral correctness, temporal performance and energy consumption. Second, the reconfiguration management of adaptive MPSoCs must be addressed. We are specially interested in MPSoCs implemented on reconfigurable hardware architectures (i.e., FPGA fabrics), which provide a good flexibility and computational efficiency for adap- tive MPSoCs. We propose a general design framework based on the discrete controller syn- thesis (DCS) technique to address this issue. The main advantage of this technique is that it allows the automatic controller synthesis w.r.t. a given specification of control objectives. In the framework, the system reconfiguration behavior is modeled in terms of synchronous parallel automata. The reconfiguration management computation problem w.r.t. multiple objectives regarding e.g., resource usages, performance and power consumption is encoded as a DCS problem. The existing BZR programming language and Sigali tool are employed to perform DCS and generate a controller that satisfies the system requirements. Finally, we investigate two different ways of combining the two proposed design frame- works for adaptive MPSoCs. Firstly, they are combined to construct a complete design flow for adaptive MPSoCs. Secondly, they are combined to present how the designed run-time manager by the second framework can be integrated into the first framework so that high level simulations can be performed to assess the run-time manager.La conception de systèmes embarqués modernes est de plus en plus complexe, car plus de fonctionnalités sont intégrées dans ces systèmes. En même temps, afin de répondre aux exigences de calcul tout en conservant une consommation d'énergie de faible niveau, MPSoCs sont apparus comme les principales solutions pour tels systèmes embarqués. En outre, les systèmes embarqués sont de plus en plus adaptatifs, comme l’adaptabilité peut apporter un certain nombre d'avantages, tels que la flexibilité du logiciel et l'efficacité énergétique. Cette thèse vise la conception sécuritaire de ces MPSoCs adaptatifs. Tout d'abord, chaque configuration de système doit être analysée en ce qui concerne ses propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles. Nous présentons un cadre abstraite de conception et d’analyse qui permet des décisions d’implémentation plus rapide et plus rentable. Ce cadre est conçu comme un support de raisonnement intermédiaire pour les environnements de co-conception de logiciel / matériel au niveau de système. Il peut élaguer l'espace de conception à sa plus grande portée, et identifier les candidats de solutions de conception de manière rapide et efficace. Dans ce cadre, nous utilisons un codage basé sur l’horloge abstrait pour modéliser les comportements du système. Différents scénarios d'applications de mapping et de planification sur MPSoCs sont analysés via les traces d'horloge qui représentent les simulations du système. Les propriétés d'intérêt sont l’exactitude du comportement fonctionnel, la performance temporelle et la consommation d'énergie. Deuxièmement, la gestion de la reconfiguration de MPSoCs adaptatifs doit être abordée. Nous sommes particulièrement intéressés par les MPSoCs implémentés sur des architectures reconfigurables de hardware (ex. FPGA tissus) qui offrent une bonne flexibilité et une efficacité de calcul pour les MPSoCs adaptatifs. Nous proposons un cadre général de conception basésur la technique de la synthèse de contrôleurs discrets (SCD) pour résoudre ce problème. L’avantage principal de cette technique est qu'elle permet une synthèse d'un contrôleur automatique vis-à-vis d’une spécification donnée des objectifs de contrôle. Dans ce cadre, le comportement de reconfiguration du système est modélisé en termes d'automates synchrones en parallèle. Le problème de calcul de la gestion reconfiguration vis-à-vis de multiples objectifs concernant, par exemple, les usages des ressources, la performance et la consommation d’énergie est codé comme un problème de SCD . Le langage de programmation BZR existant et l’outil Sigali sont employés pour effectuer SCD et générer un contrôleur qui satisfait aux exigences du système. Finalement, nous étudions deux façons différentes de combiner les deux cadres de conception proposées pour MPSoCs adaptatifs. Tout d'abord, ils sont combinés pour construire un flot de conception complet pour MPSoCs adaptatifs. Deuxièmement, ils sont combinés pour présenter la façon dont le gestionnaire d'exécution conçu dans le second cadre peut être intégré dans le premier cadre de sorte que les simulations de haut niveau peuvent être effectuées pour évaluer le gestionnaire d'exécution

A metamodel for the design of polychronous systems

International audienceThis article presents the development of a metamodel and an open-source design environment for the synchronous language Signal in the Gme and Eclipse frameworks. This environment is intended to be used as a pivot modeling tool for a customized, aspect-orientedandapplication-driven,computer-aidedengineering ofembeddedsystems starting from multiple and heterogeneous initial specifications. The metamodel, called SignalMeta, is defined on top of the design workbench Polychrony, which is dedicated to Signal programming. Automated transformations are defined and implemented in order to produce, analyze, statically verify and model-check programs obtained from high-level models. The proposed approach promotes model-driven engineering within a framework that strongly favors formal validation. It aims at significantly decreasing design costs while improving the quality of systems.We demonstrate the agility of this approach by considering the design of both control-oriented and avionic systems. We start with an implementation of core polychronous1 data-flow concepts in Gme and show the ease of its modular extension with application-specific concepts such as mode automata or integrated modular avionics concepts. This work is the first attempt to generalize the formal model of computation and the design philosophy of Polychrony