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

From SSA to Synchronous Concurrency and Back

We are interested in the programming and compilation of reactive, real-time systems. More specifically, we would like to understand the fundamental principles common to generalpurpose and synchronous languages—used to model reactive control systems—and from this to derive a compilation flow suitable for both high-performance and reactive aspects of a modern control application. To this end, we first identify the key operational mechanisms of synchronous languages that SSA does not cover: synchronization of computations with an external time base, cyclic I/O, and the semantic notion of absent value which allows the natural representation of variables whose initialization does not follow simple structural rules such as control flow dominance. Then, we show how the SSA form in its MLIR implementation can be seamlessly extended tocover these mechanisms, enabling the application of all SSA-based transformations and optimizations. We illustrate this on the representation and compilation of the Lustre dataflow synchronous language. Most notably, in the analysis and compilation of Lustre embedded into MLIR, theinitialization-related static analysis and code generation aspects can be fully separated from memory allocation and causality aspects, the latter being covered by the existing dominance-based algorithms of MLIR/SSA, resulting in a high degree of conceptual and code reuse. Our work allowsthe specification of both computational and control aspects of high-performance real-time applications. It paves the way for the definition of more efficient design and implementation flows where real-time ressource allocation drives parallelization and optimization.Nous traitons de la programmation et de la compilation de systèmes réactifs, temps-réel. En particulier, nous cherchons à comprendre les principes fondamentaux communs à la programmation généraliste et aux langages synchrones—utilisés pour modéliser les systèmes de contrôle—et de là nous dérivons une méthode de compilation adaptée aux aspects réactifs et haute performance d’une application moderne. À cette fin, nous commençons par identifier les mécanismes des langages synchrones que SSA n’implémente pas : la synchronisation des calculs avec une base de temps externe, les entrées-sorties cycliques, et la notion sémantique de valeur absente, qui permet la représentation naturelle de variables dont l’initialisation ne suit pas de simples règles structurelles. Ensuite, nous montrons de quelle manière la forme SSA, dans l’implémentation de MLIR, peut être étendue pour implémenter ces mécanismes et leur appliquer toutes les transformations et optimisations basées sur SSA. Nous illustrons ces mécanismes par la représentation et la compilation du langage synchrone, flot de données Lustre. Nous montrons que les problèmes d’analyse statique pour l’initialisation, de génération de code, peuvent être entièrement distingués des problèmes d’allocation mémoire et de causalité, ces derniers étant pris en charge par les algorithmes d’analyse de la dominance de MLIR/SSA, ce qui permet un haut niveau de réutilisation du code et des concepts. Notre travail permet la spécification d’applications temps-réel, du point de vue du contrôle comme du calcul. Il ouvre la voie à ladéfinition de processus de conception et d’implémentation plus efficaces, où la parallélisation et l’optimisation procèdent de l’allocation des ressources temps-réel

Vers des transformations d'applications à parallélisme de données en équations synchrones

Ce papier présente les premiers résultats d'une étude concernant la transformation d'applications à parallélisme de données en équations synchrones. Les applications considérées sont exprimées à l'aide du métamodèle GASPARD qui étend le langage ARRAY-OL, dédié aux applications de traitement de données intensives. Le principe général des transformations envisagées est exposé ainsi que les idées de mise en oeuvre. Les modèles synchrones résultants permettent d'aborder plusieurs questions liées à la validation formelle, par exemple, vérification de propriétés de synchronisabilité, de latence, etc, en utilisant les outils et techniques formels offerts par la technologie synchrone. Ils permettent ainsi l'accès à des fonctionnalités complémentaires avec celles de l'environnement associé à GASPARD, qui propose uneméthodologie de conception conjointe matériel/logiciel de systèmes intégrés sur puce. Les transformations suivront une approche d'Ingénierie dirigée par les modèles (IDM/MDE). Des perspectives sont mentionnées concernant l'introduction d'automates de contrôle au sein des modèles obtenus

Une architecture SMT pour le temps-réel strict

12 pagesLes processeurs multi-flot simultané (Simultaneous Multithreading ou SMT) peuvent être de bons candidats pour satisfaire les exigences en performances toujours croissantes des applications embarquées. Toutefois, les architectures SMT classiques ne présentent pas toujours la prévisibilité temporelle nécessaire pour permettre une analyse statique de temps d'exécution pire cas (Worst-Case Execution Times ou WCET). Dans cet article, nous analysons la prévisibilité de différentes politiques de contrôle des ressources partagées implémentées sur les coeurs SMT existants. Ensuite, nous proposons une architecture SMT conçue pour exécuter un thread temps-réel strict de façon à ce que son temps d'exécution pire cas soit analysable même si d'autres threads (non critiques) sont exécutés simultanément. Des résultats expérimentaux montrent que cette architecture reste performante, en moyenne et dans le pire cas

Programmation sûre de plates-formes embarquées de type multi/pluri-cœurs

The purpose of this document is to describe an overview of my work on the topic of "programming mutli/many-core COTS in the context of aeronautics" and to propose future research work.L’objectif de ce document est de décrire une synthèse des travaux que j’ai menés autour du thème de "la programmation sûre de plates-formes embarquées" et de proposer des perspectives de recherche pour les années à venir

Composition Adaptative et Vérification Formelle de Logiciel en Informatique Ubiquitaire

National audienceL’informatique ubiquitaire est un nouveau paradigme pour caractériser l’ensemble des objets intelligents et communicants. Il est utilisé aujourd’hui dans la plupart des domaines et systèmes critiques.Cette classe d’applications nécessite un contrôle et une vérification permanents de ses applications et composants pour éviter les conséquences dramatiques d’un disfonctionnement.Un composant critique doit toujours être en écoute des changements de son environnement, en particulier des fonctionnalités mise à disposition par les autres composants et doit vite s’y adapter.Le but de ce projet est donc de garantir une adaptation automatique et continue à ces changements. Le mécanisme d’adaptation doit à son tour permettre une vérification formelle et une validation

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

DCSLAM : un SLAM temps réel à contraintes dynamiques

International audienceLa localisation d'une caméra vidéo en temps réel dans un environnement inconnu ou partiellement connu est un problème abordé par les algorithmes de type CSLAM (Constrained Simultaneous Localization And Mapping). Ceux-ci utilisent des contraintes pour déterminer la pose de la caméra et la structure 3D de l'environnement. Toutefois, les difficultés d'implémentations restreignent ces approches à l'utilisation d'une ou deux contraintes. Afin de dépasser ces difficultés, nous proposons un nouvel algorithme temps réel de type CSLAM conçu pour adapter dynamiquement chaque optimisation au nombre variable de familles de paramètres ainsi qu'à la nature et le nombre de contraintes. Nous utilisons pour cela une méthode permettant de générer automatiquement, à partir d'une liste exhaustive de contraintes, un algorithme d'optimisation spécialisé au problème. C'est, à notre connaissance, la seule implémentation qui allie à la fois flexibilité et performance. Les expérimentations proposées montrent la pertinence de notre approche en terme de précision et de temps d'exécution par rapport à l'état de l'art sur plusieurs benchmarks publics de complexité différente. Une application de réalité augmentée en mixant des objets et des contraintes hétérogènes est également proposée.</p