Estimations et métriques au niveau système pour la conception conjointe logiciel/matériel

Cet article s'inscrit dans le thème de l'adéquation application-architecture. La méthodologie proposée couvre les étapes hautes du flot de conception conjointe, commençant au niveau de la spécification et s'arrêtant avant l'étape de partitionnement. Le but est de fournir au concepteur et à l'étape de partitionnement des informations utiles afin de construire une architecture "ad hoc" optimisée. Ainsi les estimations sont établies sans à priori sur l'architecture cible. Les potentiels d'optimisation existants entre les fonctions sont pris en compte pour obtenir un coût global et dynamique de l'application

Intégration d'un système d'exploitation dans le flot de développement logiciel/matériel

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Nouvelles approches pour la conception d'outils CAO pour le domaine des systèmes embarqués

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Exploration de l'espace de conception de processeurs via simulation accélérée

Nous nous focalisons sur l'échantillonnage comme une technique de simulation pour réduire le temps de simulation. L'échantillonnage est basé sur le fait que l'exécution d'un programme est composée des parties du code qui se répètent, les phases. D'où vient l'observation que l'on peut éviter la simulation entière d'un programme et simuler chaque phase juste une fois et à partir de leurs performances calculer la performance du programme entier. Deux questions importantes se lèvent: quelles parties du programme doit-on simuler? Et comment restaurer l'état du système avant chaque simulation? Pour répondre à la première question, il existe deux solutions: une qui analyse l'exécution du programme en termes de phases et choisit de simuler chaque phase une fois, l'échantillonnage représentatif, et une deuxième qui prône de choisir les échantillons aléatoirement, l'échantillonnage statistique. Pour répondre à la deuxième question de la restauration de l'état du système, des techniques ont été développées récemment qui restaurent l'état (chauffent) du système en fonction des besoins du bout du code simulé (adaptativement). Les techniques des choix des échantillons ignorent complètement les mécanismes de chauffage du système ou proposent des alternatives qui demandent beaucoup de modification du simulateur et les techniques adaptatives du chauffage ne sont pas compatibles avec la plupart des techniques d'échantillonnage. Au sein de cette thèse nous nous focalisons sur le fait de réconcilier les techniques d'échantillonnage avec celles du chauffage adaptatif pour développer un mécanisme qui soit à la fois facile à utiliser, précis dans ses résultats, et soit transparent à l'utilisateur. Nous avons prit l'échantillonnage représentatif et statistique et modifié les techniques adaptatives du chauffage pour les rendre compatibles avec ces premiers dans un seul mécanisme. Nous avons pu montrer que les techniques adaptatives du chauffage peuvent être employées dans l'échantillonnage. Nos résultats sont comparables avec l'état de l'art en terme de précision mais en débarrassant l'utilisateur des problèmes du chauffage et en lui cachant les détails de la simulation, nous rendons le processus plus facile. On a aussi constaté que l'échantillonnage statistique donne des résultats meilleurs que l'échantillonnage représentatifSimulation is a vital tool used by architects to develop new architectures. However, because of the complexity of modern architectures and the length of recent benchmarks, detailed simulation of programs can take extremely long times. This impedes the exploration of processor design space which the architects need to do to find the optimal configuration of processor parameters. Sampling is one technique which reduces the simulation time without adversely affecting the accuracy of the results. Yet, most sampling techniques either ignore the warm-up issue or require significant development effort on the part of the user.In this thesis we tackle the problem of reconciling state-of-the-art warm-up techniques and the latest sampling mechanisms with the triple objective of keeping the user effort minimum, achieving good accuracy and being agnostic to software and hardware changes. We show that both the representative and statistical sampling techniques can be adapted to use warm-up mechanisms which can accommodate the underlying architecture's warm-up requirements on-the-fly. We present the experimental results which show an accuracy and speed comparable to latest research. Also, we leverage statistical calculations to provide an estimate of the robustness of the final results.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Exploration de l'espace de conception de processeurs via simulation accélérée

Simulation is a vital tool used by architects to develop new architectures. However, because of the complexity of modern architectures and the length of recent benchmarks, detailed simulation of programs can take extremely long times. This impedes the exploration of processor design space which the architects need to do to find the optimal configuration of processor parameters. Sampling is one technique which reduces the simulation time without adversely affecting the accuracy of the results. Yet, most sampling techniques either ignore the warm-up issue or require significant development effort on the part of the user.In this thesis we tackle the problem of reconciling state-of-the-art warm-up techniques and the latest sampling mechanisms with the triple objective of keeping the user effort minimum, achieving good accuracy and being agnostic to software and hardware changes. We show that both the representative and statistical sampling techniques can be adapted to use warm-up mechanisms which can accommodate the underlying architecture's warm-up requirements on-the-fly. We present the experimental results which show an accuracy and speed comparable to latest research. Also, we leverage statistical calculations to provide an estimate of the robustness of the final results.Nous nous focalisons sur l'échantillonnage comme une technique de simulation pour réduire le temps de simulation. L'échantillonnage est basé sur le fait que l'exécution d'un programme est composée des parties du code qui se répètent, les phases. D'où vient l'observation que l'on peut éviter la simulation entière d'un programme et simuler chaque phase juste une fois et à partir de leurs performances calculer la performance du programme entier. Deux questions importantes se lèvent: quelles parties du programme doit-on simuler? Et comment restaurer l'état du système avant chaque simulation? Pour répondre à la première question, il existe deux solutions: une qui analyse l'exécution du programme en termes de phases et choisit de simuler chaque phase une fois, l'échantillonnage représentatif, et une deuxième qui prône de choisir les échantillons aléatoirement, l'échantillonnage statistique. Pour répondre à la deuxième question de la restauration de l'état du système, des techniques ont été développées récemment qui restaurent l'état (chauffent) du système en fonction des besoins du bout du code simulé (adaptativement). Les techniques des choix des échantillons ignorent complètement les mécanismes de chauffage du système ou proposent des alternatives qui demandent beaucoup de modification du simulateur et les techniques adaptatives du chauffage ne sont pas compatibles avec la plupart des techniques d'échantillonnage. Au sein de cette thèse nous nous focalisons sur le fait de réconcilier les techniques d'échantillonnage avec celles du chauffage adaptatif pour développer un mécanisme qui soit à la fois facile à utiliser, précis dans ses résultats, et soit transparent à l'utilisateur. Nous avons prit l'échantillonnage représentatif et statistique et modifié les techniques adaptatives du chauffage pour les rendre compatibles avec ces premiers dans un seul mécanisme. Nous avons pu montrer que les techniques adaptatives du chauffage peuvent être employées dans l'échantillonnage. Nos résultats sont comparables avec l'état de l'art en terme de précision mais en débarrassant l'utilisateur des problèmes du chauffage et en lui cachant les détails de la simulation, nous rendons le processus plus facile. On a aussi constaté que l'échantillonnage statistique donne des résultats meilleurs que l'échantillonnage représentati

Exploration de l'espace de conception d'un avion régional hybride par optimisation multidisciplinaire

Envisagée à partir des 15 à 30 années à venir dans l'industrie aéronautique, la propulsion hybrideélectrique permet d'intégrer de nouvelles briques technologiques offrant des degrés de libertésupplémentaires pour améliorer les performances des aéronefs, limiter l'utilisation de ressourcesfossiles et réduire l’impact environnemental des avions. Aujourd'hui, la technologie hybrideélectrique est principalement appliquée aux transports terrestres, aux voitures, aux bus et auxtrains, mais aussi aux navires. La faisabilité pour le transport aérien doit encore être établie etl'amélioration des performances des aéronefs reste à démontrer. Cette thèse vise à évaluer lesgains énergétiques apportés par l'hybridation électrique d'un avion régional de 70 places. Toutd'abord, les opportunités d'économie d'énergie sont identifiées à partir de l'analyse desrendements propulsifs et aérodynamiques d'un avion bi-turbopropulsé conventionnel. Les gainspotentiels provenant de la variation de la taille des moteurs principaux et de nouvelles gestions depuissance par l'utilisation de batteries sont étudiés. De plus, les possibles améliorationsaérodynamiques émanant de nouveaux positionnements des hélices sont considérées. Pourchaque sujet, des analyses simplifiées fournissent une estimation d'économie d'énergie. Cesrésultats sont ensuite utilisés pour sélectionner quatre systèmes propulsifs électrifiés qui sontétudiés plus en détail dans la thèse: un hybride parallèle, un turboélectrique avec propulsiondistribuée, un turboélectrique partiel à hélices hypersustentatrices, et un tout-électrique.L'évaluation des avions hybrides électriques sélectionnés est d'autant plus difficile que ledimensionnement des différentes composants, les stratégies de gestion d'énergie et les profils demission que l'on peut imaginer sont nombreux et variés. En outre, le processus global deconception de l'avion et les outils d'évaluation doivent être adaptés en conséquence. L'outilinterne de conception par optimisation multidisciplinaire d'Airbus nommé XMDO, qui inclut laplupart des modifications requises, est finalement sélectionné et développé au cours de la thèse.Par exemple, de nouveaux modèles paramétriques de composants (voilure soufflée, moteurélectrique, turbine à gaz, hélice, etc...) sont créés, une formulation générique pour résoudrel'équilibre du système de propulsion est mise en place, et les modèles de simulation de décollageet d'atterrissage sont améliorés. Afin d'évaluer l'efficacité énergétique des avions hybridesélectriques, un avion de référence équipé d'un système propulsif conventionnel est d'abordoptimisé avec XMDO. Différents algorithmes d'optimisation sont testés, et la consistance de lanouvelle méthode de conception est vérifiée. Par la suite, les configurations hybrides électriquessont toutes optimisées selon les mêmes exigences de conception que l'avion de référence. Pourles composants électriques, deux niveaux de technologie sont définis selon la date d'entrée enservice de l'aéronef. Les résultats d'optimisation pour le turbo-électrique et le turbo-électriquepartiel sont utilisés pour mieux appréhender les gains aérodynamiques potentiels identifiés enpremière partie de thèse. Les optimisations pour l'hybride parallèle, comprenant différentsscénarios de recharge batterie, mettent en évidence les meilleures stratégies de gestion d'énergielorsque des batteries sont utilisées comme sources d'énergie secondaire. Tous les résultats sontfinalement comparés à la référence en termes de consommations de carburant et d'énergie, pourles deux niveaux de technologie électrique. La dernière partie de la thèse se concentre sur l'aviontout électrique. Elle vise à identifier l'énergie spécifique minimale requise pour les batteries enfonction de la distance maximale à parcourir. Une étude de sensibilité est également réalisée enfonction de la date d'entrée en service pour les autres composants électriquesEnvisioned in the next 15 to 30 years in the aviation industry, hybrid-electric propulsion offers theopportunity to integrate new technology bricks providing additional degrees of freedom to improveoverall aircraft performance, limit the use of non-renewable fossil resources and reduce the aircraftenvironmental footprint. Today, hybrid-electric technology has mainly been applied to groundbased transports, cars, buses and trains, but also ships. The feasibility in the air industry has to beestablished and the improvement in aircraft performance has still to be demonstrated. This thesisaims to evaluate the energy savings enabled by electric power in the case of a 70-seat regionalaircraft. First, energy saving opportunities are identified from the analysis of the propulsion andaerodynamic efficiencies of a conventional twin turboprop aircraft. The potential benefits comingfrom the variation of the size of prime movers and the new power managements with the use ofbatteries are studied. Also, possible aerodynamic improvements enabled by new propellerintegrations are considered. For each topic, simplified analyses provide estimated potential ofenergy saving. These results are then used to select four electrified propulsion systems that arestudied in more detail in the thesis: a parallel-hybrid, a turboelectric with distributed propulsion, apartial-turboelectric with high-lift propellers and an all-electric. Evaluating the selected hybrid-electric aircraft is even more challenging that the sizing of the different components, the energymanagement strategies and the mission profiles one can imagine are many and varied. Inaddition, the overall aircraft design process and the evaluation tools need to be adaptedaccordingly. The Airbus in-house Multidisciplinary Design Optimisation platform named XMDO,which includes most of the required modifications, is eventually selected and further developedduring the thesis. For examples, new parametric component models (blown wing, electrical motor,gas turbine, propeller, etc…) are created, a generic formulation for solving the propulsion systemequilibrium is implemented, and simulation models for take-off and landing are improved. In orderto evaluate the energy efficiency of the hybrid-electric aircraft, a reference aircraft equipped with aconventional propulsion system is first optimised with XMDO. Different optimisation algorithms aretested, and the consistency of the new design method is checked. Then, all the hybrid-electricconfigurations are optimised under the same aircraft design requirements as the reference. Forthe electrical components, two levels of technology are defined regarding the service entry date ofthe aircraft. The optimisation results for the turboelectric and the partial-turboelectric are used tobetter understand the potential aerodynamic improvements identified in the first part of the thesis.Optimisations for the parallel-hybrid, including different battery recharge scenarios, highlight thebest energy management strategies when batteries are used as secondary energy sources. All theresults are finally compared to the reference in terms of fuel and energy efficiencies, for the twoelectrical technology levels. The last part of the thesis focuses on the all-electric aircraft, and aimsat identifying the minimum specific energy required for batteries as a function of the aircraft designrange. A trade study is also carried-out in accordance with the service entry date for the otherelectrical component

Exploration de l'espace de conception de SOC, de l'asservissement à la coopération

Le domaine de l'electronique embarquee est une dimension essentielle des technologies del'information et de la communication. Le terme systemes enfouis désigne son intégration sousforme de composants d'un système plus complexe issus des domaines de l'avionique, de l'automobile,des objets mobiles communiquants, du multimedia etc. Leur realisation sous la formede systemes sur silicium (SOC) souligne la complexite et l'heterogeneité qui les caractérisentdesormais. La maitrise de la conception des SOC représente un enjeu économique majeur a lahauteur de la place qu'ils occupent dans tous les secteurs d'activites (industriel, loisirs, domestique).Les outils et méthodes pour la conception de SOC constituent un domaine de recherchemulti-formes dont le but global est de concevoir rapidement des systemes qui soient fiables,performants et efficaces d'un point de vue energétique.Ce document est une synthese de mes recherches effectues dans le domaine général desoutils et methodes de conception de SOC. Plus précisément, les travaux detailles ici traitent desdifferents aspects d'un domaine unique a savoir l'exploration de l'espace de conception des SOCeventuellement reconfigurables. Ces travaux de recherche s'articulent principalement autour desix projets menes depuis la these de doctorat. Il s'agit de l'exploration de la hierarchie memoire,du projet Design Trotter pour l'exploration des solutions architecturales de la specificationalgorithmique jusqu'au niveau tache au sens temps réel. Dans le domaine de la gestion desentrees/sortie les projets presentes traitent d'un exemple d'interface reseau / flux multimédiaet d'un environnement μSpider de synthese et de dimensionnement de Network On Chip. Enfin,le document présente le projet en cours dans le domaine des architectures auto-reconfigurables

Modèle de connaissances et exploration de l'espace de conception des systèmes de réfrigération durables : Application à la conception intégrée des systèmes de réfrigération des supermarchés

The impact of climate change on the refrigeration sector has led to an increase in the need for cooling. The main objective of this thesis is to propose an integrated design approach and a design space exploration platform to help decision making in the upstream design phases and move towards more sustainable systems.First of all, a field diagnosis is carried out to represent and evaluate the development opportunities in the socio-technical system of refrigeration. The result is that the main shortcomings of the current socio-technical system of refrigeration are a lack of understanding of emerging technologies, poor exploration of the design space and a diversity of language and tools between stakeholders.Thus, it is proposed to move towards a more integrated approach to the design of a refrigeration system thanks to a knowledge model and a simulation and design space exploration platform, the latter allowing to quickly arrive at a dimensioned architecture satisfying all stakeholders.A verification of the platform's ability to correctly model the problem, to express the designers' preferences and to lead to the choice of a satisfactory dimensioned architecture is carried out through workshops involving actors in the design of refrigeration systems. A final validation of the models is carried out by evaluating eight criteria such as robustness and ease of use.L'impact du changement climatique sur le secteur de la réfrigération a entraîné une augmentation du besoin en froid. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une approche de conception intégrée et une plateforme d'exploration d'espace de conception pour aider la prise de décision dans les phases amont de conception et aller vers des systèmes de réfrigération durables.Tout d'abord, un diagnostic de terrain est réalisé pour représenter et évaluer les opportunités de développement au sein du système socio-technique de la réfrigération. Il en résulte que les principaux points d’amélioration du système socio-techniqueactuel de la réfrigération sont un manque de compréhension des technologies émergentes, une faible exploration de l'espace de conception et une diversité de langage et d'outils entre les parties prenantes.Ainsi, il est proposé d’aller vers une approche plus intégrée de la conception d’un système de réfrigération grâce à un modèle de connaissances et à une plateforme de simulation et d'exploration de l'espace de conception, cette dernière permettant d’aboutir rapidement à une architecture dimensionnée satisfaisant toutes les parties prenantes.Une vérification de l’aptitude de la plateforme à modéliser correctement le problème, à exprimer les préférences des concepteurs et à aboutir au choix d’une architecture dimensionnée satisfaisante est effectuée au travers d’ateliers impliquant des acteurs de la conception de systèmes de réfrigération. Une validation finale des modèles est réalisée en évaluant huit critères tels que la robustesse et la facilité d’utilisation

Modèle de connaissances et exploration de l'espace de conception des systèmes de réfrigération durables : Application à la conception intégrée des systèmes de réfrigération des supermarchés

L'impact du changement climatique sur le secteur de la réfrigération a entraîné une augmentation du besoin en froid. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une approche de conception intégrée et une plateforme d'exploration d'espace de conception pour aider la prise de décision dans les phases amont de conception et aller vers des systèmes de réfrigération durables.Tout d'abord, un diagnostic de terrain est réalisé pour représenter et évaluer les opportunités de développement au sein du système socio-technique de la réfrigération. Il en résulte que les principaux points d’amélioration du système socio-techniqueactuel de la réfrigération sont un manque de compréhension des technologies émergentes, une faible exploration de l'espace de conception et une diversité de langage et d'outils entre les parties prenantes.Ainsi, il est proposé d’aller vers une approche plus intégrée de la conception d’un système de réfrigération grâce à un modèle de connaissances et à une plateforme de simulation et d'exploration de l'espace de conception, cette dernière permettant d’aboutir rapidement à une architecture dimensionnée satisfaisant toutes les parties prenantes.Une vérification de l’aptitude de la plateforme à modéliser correctement le problème, à exprimer les préférences des concepteurs et à aboutir au choix d’une architecture dimensionnée satisfaisante est effectuée au travers d’ateliers impliquant des acteurs de la conception de systèmes de réfrigération. Une validation finale des modèles est réalisée en évaluant huit critères tels que la robustesse et la facilité d’utilisation.The impact of climate change on the refrigeration sector has led to an increase in the need for cooling. The main objective of this thesis is to propose an integrated design approach and a design space exploration platform to help decision making in the upstream design phases and move towards more sustainable systems.First of all, a field diagnosis is carried out to represent and evaluate the development opportunities in the socio-technical system of refrigeration. The result is that the main shortcomings of the current socio-technical system of refrigeration are a lack of understanding of emerging technologies, poor exploration of the design space and a diversity of language and tools between stakeholders.Thus, it is proposed to move towards a more integrated approach to the design of a refrigeration system thanks to a knowledge model and a simulation and design space exploration platform, the latter allowing to quickly arrive at a dimensioned architecture satisfying all stakeholders.A verification of the platform's ability to correctly model the problem, to express the designers' preferences and to lead to the choice of a satisfactory dimensioned architecture is carried out through workshops involving actors in the design of refrigeration systems. A final validation of the models is carried out by evaluating eight criteria such as robustness and ease of use