Real-time image processing using dynamic reconfiguration paradigm : architecture and programming

The ARDOISE1 project’s aim is demonstrating the interest of the dynamic reconfiguration paradigm in systems associating strong real-time constraints and inconstancy of treatments. At this time, ARDOISE is the only dynamically reconfigurable architecture developed in France. A prototype of ARDOISE has been realized and tested in real situation which implements this concept. This article presents the final results of the ARDOISE project : the test architecture, generic metrics driving the development of applications, software suite for compilation and real-time management of the configurations. An example of an image processing application that uses our methodology is given.Le projet ARDOISE1 vise à démontrer l'intérêt des architectures matérielles à reconfiguration dynamique (RD) dans les systèmes associant contraintes temps réel fortes et versatilité des traitements. À l'heure actuelle, ARDOISE est la seule architecture développée en France, dont un prototype a effectivement été réalisé et testé en situation réelle, qui mette en oeuvre ce concept. Cet article présente les principaux résultats obtenus : définition d'une architecture de test, définition de métriques génériques guidant le paramétrage de mise en oeuvre de la RD, stratégies de partitionnement des algorithmes sur le matériel, outils de compilation et de gestion temps réel des configurations, test sur une gestion dynamique de traitements d'images temps réel

Architectures de diagnostic et de pronostic distribuées de systèmes techniques complexes de grande dimension

Dans ce mémoire, différentes architectures pour le contrôle et la surveillance des systèmes techniques complexes de grande dimension (STCGD) sont discutées. Les problématiques de maintenance conditionnelle et d'évaluation de l'état de santé sont définies. Les types de diagnostic et de pronostic sont présentés afin d'aboutir à une évaluation de l'état de santé des STCGD. Les études relatives au diagnostic décentralisé sont discutées puis les apports des NTIC et des technologies distribuées au diagnostic sont présentés. Par la suite, le diagnostic distribué et les travaux relatifs à ce mode de déploiement sont introduits. Les limites des approches centralisées et décentralisées du diagnostic sont présentées et confrontées à l'apport des approches distribuées. Les informations et/ou les connaissances supports aux diagnostic et au pronostic ainsi que leur modélisation afin de les exploiter sont décrites et formalisées. Une caractérisation des statuts que peut prendre un composant est proposée. Il est décrit les pré-requis nécessaires pour la couche de surveillance des STCGD et les principes du diagnostic et du pronostic sont ensuite présentés sous la forme de différents algorithmes. Enfin, une méthode d'évaluation de l'état de santé des STCGD est proposée. Plusieurs déploiements peuvent être envisagés pour l'évaluation de la santé des STCGD. Une plateforme de simulation a été développée pour évaluer les performances des déploiements centralisés et distribués. La plateforme a eu pour but de se comporter comme la couche de surveillance d'un STCGD. Un cas d'étude paramétrable est proposé pour chacun des deux déploiements et leurs performances sont comparées. ABSTRACT : In this dissertation, various architectures for the control and the monitoring of Large Scale Complex Technical Systems (LSCTS) are discussed. The problematic of condition-based maintenance and health status assessment is defined. A diagnostic and prognostic typology is presented leading to the assessment of the health status of LSCTSs. Decentralized diagnosis studies are discussed then the contributions of the ICT and of the distributed technologies for the diagnosis are presented. Thereafter, the distributed diagnosis and works relative to this kind of deployments are introduced. The limits of the centralized and decentralized diagnosis approaches are presented. Then the centralized approaches are compared to the distributed ones. Information and/or knowledge that support the diagnosis and the prognosis as well as their modeling in order to exploit them are described and formalized. A characterization is proposed for the different status of a component can be in. Requirements are described for the monitoring layer of the LSCTSs are described in order to implement the proposed diagnosis and prognosis principles that are then specified by the means of algorithms. Eventually, a health assessment method of the LSCTSs is also proposed. Several deployments can be considered to implement the health assessment of the LSCTSs. A simulation platform, which was developed to evaluate the performances of the centralized and the distributed deployments, is presented. Among the purposes of the platform, one is to behave as the monitoring layer of a LSCTS. A use case is proposed for two deployments and their performances are compared

Conception et implémentation de la librairie net pour la réalisation d'applications distribuées

Nos travaux ont pour objectif de concevoir et réaliser une librairie permettant aux utilisateurs de soulager leur machine des traitements exigeants en ressources matérielles, de réduire les investissements liés à l'achat de machines plus performantes, de ne pas se préoccuper des mises à jour du logiciel qui se feraient essentiellement au niveau du système de traitement se trouvant sur le serveur et éventuellement de faire des sauvegardes sur le serveur. La librairie permettrait également aux concepteurs de logiciels de contrôler efficacement l'utilisation des licences et de centraliser les mises à jour du logiciel. Ces travaux présentent tout d'abord l'étude fonctionnelle du système. Cette étude passe en revue quelques architectures client/serveur et présente les spécifications externes de la librairie. Ces travaux décrivent ensuite la conception, la réalisation et la validation de cette librairie. Ils montrent enfin comment un logiciel existant peut être modifié pour tirer profit de cette librairie."--Résumé abrégé par UMI

MARIE, une architecture d'intégration de composants logiciels hétérogènes pour le développement de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome

""Aujourd'hui, la création de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome requiert l'intégration de nombreuses capacités motrices, sensorielles et cognitives au sein de chacun des projets réalisés. Ces capacités sont généralement issues de différents domaines de recherche, comme par exemple la navigation autonome, la planification, les interactions humain-machine, la localisation, la vision artificielle et le contrôle d'actionneurs, pour ne nommer que ceux-ci. D'un point de vue logiciel, deux défis de taille sont issus de ce besoin d'intégration : 1) la complexification de l'analyse des requis pour choisir, construire et interconnecter les différents composants logiciels qui permettent la réalisation de ces capacités, et 2) l'interconnectivité limitée des composants logiciels disponibles dans la communauté robotique causée par le fait qu'ils sont typiquement hétérogènes, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas complètement compatibles ou interopérables. Cette thèse propose une solution principalement au défi d'interconnectivité limité en se basant sur la création d'une architecture d'intégration logicielle appelée MARIE, qui permet d'intégrer des composants logiciels hétérogènes utilisant une approche de prototypage rapide pour le développement de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome. Grâce à cette approche, la réalisation de systèmes décisionnels complets pourrait se faire plus tôt dans le cycle de développement, et ainsi favoriser l'analyse des requis nécessaires à l'intégration de chacun des composants logiciels du système. Les résultats montrent que grâce au développement de l'architecture d'intégration logicielle MARIE, plus de 15 composants logiciels provenant de sources indépendantes ont été intégrées au sein de plusieurs applications robotiques (réelles et simulées), afin de réaliser leurs systèmes décisionnels respectifs. L'adaptation des composants déjà existants dans la communauté robotique a permis notamment d'éviter la tâche souvent ardue de réécrire le code nécessaire pour chacun des composants dans un seul et même environnement de développement. Les résultats montrent également que grâce à une méthodologie d'évaluation logicielle appelée ARID, nous avons pu recueillir de l'information utile et pertinente à propos des risques associés à l'utilisation de MARIE pour réaliser une application choisie, sans devoir construire une application de test et sans avoir recours à de la documentation complète de l'architecture logicielle ni celle de l'application à créer. Cette méthode s'inscrit ainsi dans la liste des outils qui permettent de faciliter l'analyse des requis d'intégration reliés à la création de systèmes décisionnels en robotique mobile et autonome."

Vers un profil UML pour la conception de composants multivues

International audienceThis paper aims to present an UML profile based on multiviews components. A multiviews component allows to encapsulate and deliver information according to the user's point of view and offers mechanisms to manage the dynamic evolution of viewpoints and consistency among views. In this paper, we first present the notion of multiviews component and its integration into a UML profile, and thus detail an object-oriented multiviews modelling applied to a concrete example. The transition to the coding stage is described through a generic implementation pattern.L' objectif de cet article est de présenter un profil UML permettant la construction de composants logiciels multivues. Un composant multivues est une extension de la notion de composant UML permettant de stocker et restituer de l' information en fonction du profil de l' utilisateur (point de vue), et offrant la possibilité de changement dynamique de point de vue. Dans cet article, nous présentons tout d' abord la notion de classe multivues, puis le composant multivues et son intégration dans un profil UML. Nous illustrons à l' aide d' un exemple concret la mise en oeuvre d' une modélisation objet multivues. La transition vers la phase de codage est présentée à travers un patron d'implémentation générique

Capteurs Intelligents : Nouvelles Technologies et Nouvelles Problématiques pour la Sûreté de Fonctionnement

New technology allows intelligent sensors by integrating new functionalities: error measure correction, self-calibration, self-diagnosis of measures and sensor status, reconfiguration, digital communication. Industrialists take advantage of more accurate measurements, cost reductions and use facilities. For industrial safety, new dependability issues appear. Some functionalities as self-diagnosis and digital communication seem to be in favour of control systems availability. On the other hand, the high amount of electronics and programmable units implies new failure causes and modes. Availability assessments of intelligent sensors are quite low in literature. Moreover, “intelligent” functionalities are usually not taken into account. In this paper, a discussion about dependability issues and modelling is presented. An approach is proposed. Both functional and structural decompositions of the system are included which allow representing sensor functionalities and types of dependencies. Failures make up the third part of the model. First analyses show the consequences of these failures on sensor functions and the corresponding failure modes during time. An infrared gas sensor is used for example. Some tools for availability assessment of complex systems can take advantage of these results, especially when dysfunctional behaviour is not well known

Déploiement d'applications parallèles sur une architecture distribuée matériellement reconfigurable

Among the architectural targets that could be buid a system on chip (SoC), dynamically reconfigurable architectures (DRA) offer interesting potential for flexibility and dynamicity . However this potential is still difficult to use in massively parallel on chip applications. In our work we identified and analyzed the solutions currently proposed to use DRA and found their limitations including: the use of a particular technology or proprietary architecture, the lack of parallel applications consideration, the difficult scalability, the lack of a common language adopted by the community to use the flexibility of DRA ...In our work we propose a solution for deployment on an DRA of a parallel application using standard SoC design flows. This solution is called MATIP ( textit {MPI Application Platform Task Integreation}) and uses primitives of MPI standard Version 2 to make communications and to reconfigure the MP-RSoC architecture . MATIP is a Platform-Based Design (PBD) level solution.The MATIP platform is modeled in three layers: interconnection, communication and application. Each layer is designed to satisfies the requirements of heterogeneity and dynamicity of parallel applications. For this, MATIP uses a distributed memory architecture and utilizes the message passing parallel programming paradigm to enhance scalability of the platform.MATIP frees the designer of all the details related to interconnection, communication between tasks and management of dynamic reconfiguration of the hardware target. A demonstrator of MATIP was performed on Xilinx FPGA through the implementation of an application consisting of two static and two dynamic hardware tasks. MATIP offers a bandwidth of 2.4 Gb / s and latency of 3.43 microseconds for the transfer of a byte. Compared to other MPI platforms (TMD-MPI, SOC-MPI MPI HAL), MATIP is in the state of the art.Parmi les cibles architecturales susceptibles d'être utilisées pour réaliser un système de traitement sur puce (SoC), les architectures reconfigurables dynamiquement (ARD) offrent un potentiel de flexibilité et de dynamicité intéressant. Cependant ce potentiel est encore difficile à exploiter pour réaliser des applications massivement parallèles sur puce. Dans nos travaux nous avons recensé et analysé les solutions actuellement proposées pour utiliser les ARD et nous avons constaté leurs limites parmi lesquelles : l'utilisation d'une technologie particulière ou d'architecture propriétaire, l'absence de prise en compte des applications parallèles, le passage à l'échelle difficile, l'absence de langage adopté par la communauté pour l'utilisation de la flexibilité des ARD, ...Pour déployer une application sur une ARD il est nécessaire de considérer l'hétérogénéité et la dynamicité de l'architecture matérielle d'une part et la parallélisation des traitements d'autre part. L'hétérogénéité permet d'avoir une architecture de traitement adaptée aux besoins fonctionnels de l'application. La dynamicité permet de prendre en compte la dépendance des applications au contexte et de la nature des données. Finalement, une application est naturellement parallèle.Dans nos travaux nous proposons une solution pour le déploiement sur une ARD d'une application parallèle en utilisant les flots de conception standard des SoC. Cette solution est appelée MATIP (MPI Application Task Integreation Platform) et utilise des primitives du standard MPI version 2 pour effectuer les communications et reconfigurer l'architecture de traitement. MATIP est une solution de déploiement au niveau de la conception basée plate-forme (PBD).La plateforme MATIP est modélisée en trois couches : interconnexion, communication et application. Nous avons conçu chaque couche pour que l'ensemble satisfasse les besoins en hétérogénéité et dynamicité des applications parallèles . Pour cela MATIP utilise une architecture à mémoire distribuée et exploite le paradigme de programmation parallèle par passage de message qui favorise le passage à l'échelle de la plateforme.MATIP facilite le déploiement d'une application parallèle sur puce à travers un template en langage Vhdl d'intégration de tâches. L'utilisation des primitives de communication se fait en invoquant des procédures Vhdl.MATIP libère le concepteur de tous les détails liés à l'interconnexion, la communication entre les tâches et à la gestion de la reconfiguration dynamique de la cible matérielle. Un démonstrateur de MATIP a été réalisée sur des FPGA Xilinx à travers la mise en oe{}uvre d'une application constituée de deux tâches statiques et deux tâches dynamiques. MATIP offre une bande passante de 2,4 Gb/s et une la latence pour le transfert d'un octet de 3,43 µs ce qui comparée à d'autres plateformes MPI (TMD-MPI, SOC-MPI, MPI HAL) met MATIP à l'état de l'art

Méthodes et modèles de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine

L'importance accordée aux interactions homme-machine en général est actuellement énorme. L'orientation prise par les chercheurs et les industriels pour couvrir ce domaine est désormais résolument pluridisciplinaire. Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches en informatique se situe dans cette mouvance en étant consacré à l'étude de méthodes de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine (IHM) dans les systèmes complexes. Ce domaine de recherche se positionne au carrefour de l'ingénierie des IHM, du génie logiciel et de l'intelligence artificielle, tout en prenant en compte des concepts et modèles issus des sciences cognitives. Les aspects méthodologiques du développement d'interfaces homme-machine servent de canevas théorique tout au long du mémoire qui est organisé en trois chapitres. Le premier est consacré à un état de l'art sur le domaine de recherche. Après une étude critique des différents cycles de développement du génie logiciel, il recense autour d'un cadre théorique et méthodologique un ensemble de méthodes, modèles, techniques et outils contribuant au développement d'applications interactives dans les systèmes complexes. Le second chapitre est bâti autour d'un ensemble de contributions à l'ingénierie de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine. Ces contributions résultent d'un travail d'équipe depuis mon arrivée au laboratoire en septembre 1985. Après une présentation des systèmes réalisés dans le cadre de cette recherche, ce chapitre présente plusieurs méthodes de conception ou d'évaluation mises en place autour de ceux-ci. Enfin, le troisième chapitre tire les leçons des aspects méthodologiques étudiés dans les deux premiers en proposant un modèle, appelé ∇, de développement d'applications interactives. Au cours de ces prochaines années, l'approfondissement de ce modèle devrait servir de cadre de pensée pour nos recherches. Pour l'ensemble des axes de recherche envisagés, un travail considérable reste à accomplir, au vu de la place de plus en plus importante que tient l'ingénierie des interfaces homme-machine dans de nombreux domaines

Étude des architectures de sécurité orientées service

L'adoption massive de l'architecture orientée service expose les systèmes d'information à de nouvelles formes d'attaque informatique. Paradoxalement, les besoins en matière de sécurité ne cessent d'augmenter et de se raffiner, notamment dans les systèmes de la santé où l'accès aux données des patients doit être géré à travers une multitude d'acteurs. Dans ce contexte, l'équipe du GRIL de l'Université Sherbrooke, en partenariat avec l'Université de Paris-Est Créteil, s'est penchée sur les problèmes d'expression et de gestion de politiques d'accès et a lancé le projet de recherche EB[indice supérieur 3]SEC. Ce dernier, basé sur les spécifications formelles, vise à assurer la sécurité des processus d'affaires des entreprises.L'objectif de ce travail est de définir et d'évaluer une architecture de référence permettant d'intégrer le projet EB[indice supérieur 3]SEC à une infrastructure de sécurité moderne orientée service. À cette fin, nous avons montré qu'EB[indice supérieur 3]SEC pouvait être employé à l'intérieur d'un modèle d'autorisation purement centralisé en ayant recours aux transactions distribuées afin de synchroniser l'état d'EB[indice supérieur 3]SEC avec celui des données de l'entreprise. Nos tests préliminaires nous ont également permis de suggérer que l'impact d'EB[indice supérieur 3]SEC sur la performance d'une infrastructure de sécurité orientée service était négligeable par rapport à la lourdeur de cette dernière