Scheduling real-time systems with cyclic dependence using data criticality

The increase of interdependent components in avionic and automotive software rises new challenges for real-time system integration. For instance, most scheduling and mapping techniques proposed in the literature rely on the availability of the system’s DAG representation. However, at the initial stage of system design, a dataflow graph (DFG) is generally used to represent the dependence between software components. Due to limited software knowledge, legacy components might not have fully-specified dependencies, leading to cycles in the DFG and making it difficult to determine the overall scheduling of the system as well as restrict access to DAG-based techniques. In this paper, we propose an approach that breaks cycles based on the assignment of a degree of importance and that with no inherent knowledge of the functional or temporal behaviour of the components. We define a “criticality” metric that quantifies the effect of removing edges on the system by tracking the propagation of error in the graph. The approach was reported to produce systems (56±14)% less critical than other methods. It was also validated on two case studies; a data modem and an industrial full-mission simulator, while ensuring the correctness of the system is maintained

Handling Information and its Propagation to Engineer Complex Embedded Systems

Avec l’intérêt que la technologie d’aujourd’hui a sur les données, il est facile de supposer que l’information est au bout des doigts, prêt à être exploité. Les méthodologies et outils de recherche sont souvent construits sur cette hypothèse. Cependant, cette illusion d’abondance se brise souvent lorsqu’on tente de transférer des techniques existantes à des applications industrielles. Par exemple, la recherche a produit divers méthodologies permettant d’optimiser l’utilisation des ressources de grands systèmes complexes, tels que les avioniques de l’Airbus A380. Ces approches nécessitent la connaissance de certaines mesures telles que les temps d’exécution, la consommation de mémoire, critères de communication, etc. La conception de ces systèmes complexes a toutefois employé une combinaison de compétences de différents domaines (probablement avec des connaissances en génie logiciel) qui font que les données caractéristiques au système sont incomplètes ou manquantes. De plus, l’absence d’informations pertinentes rend difficile de décrire correctement le système, de prédire son comportement, et améliorer ses performances. Nous faisons recours au modèles probabilistes et des techniques d’apprentissage automatique pour remédier à ce manque d’informations pertinentes. La théorie des probabilités, en particulier, a un grand potentiel pour décrire les systèmes partiellement observables. Notre objectif est de fournir des approches et des solutions pour produire des informations pertinentes. Cela permet une description appropriée des systèmes complexes pour faciliter l’intégration, et permet l’utilisation des techniques d’optimisation existantes. Notre première étape consiste à résoudre l’une des difficultés rencontrées lors de l’intégration de système : assurer le bon comportement temporelle des composants critiques des systèmes. En raison de la mise à l’échelle de la technologie et de la dépendance croissante à l’égard des architectures à multi-coeurs, la surcharge de logiciels fonctionnant sur différents coeurs et le partage d’espace mémoire n’est plus négligeable. Pour tel, nous étendons la boîte à outils des système temps réel avec une analyse temporelle probabiliste statique qui estime avec précision l’exécution d’un logiciel avec des considerations pour les conflits de mémoire partagée. Le modèle est ensuite intégré dans un simulateur pour l’ordonnancement de systèmes temps réel multiprocesseurs. ----------ABSTRACT: In today’s data-driven technology, it is easy to assume that information is at the tip of our fingers, ready to be exploited. Research methodologies and tools are often built on top of this assumption. However, this illusion of abundance often breaks when attempting to transfer existing techniques to industrial applications. For instance, research produced various methodologies to optimize the resource usage of large complex systems, such as the avionics of the Airbus A380. These approaches require the knowledge of certain metrics such as the execution time, memory consumption, communication delays, etc. The design of these complex systems, however, employs a mix of expertise from different fields (likely with limited knowledge in software engineering) which might lead to incomplete or missing specifications. Moreover, the unavailability of relevant information makes it difficult to properly describe the system, predict its behavior, and improve its performance. We fall back on probabilistic models and machine learning techniques to address this lack of relevant information. Probability theory, especially, has great potential to describe partiallyobservable systems. Our objective is to provide approaches and solutions to produce relevant information. This enables a proper description of complex systems to ease integration, and allows the use of existing optimization techniques. Our first step is to tackle one of the difficulties encountered during system integration: ensuring the proper timing behavior of critical systems. Due to technology scaling, and with the growing reliance on multi-core architectures, the overhead of software running on different cores and sharing memory space is no longer negligible. For such, we extend the real-time system tool-kit with a static probabilistic timing analysis technique that accurately estimates the execution of software with an awareness of shared memory contention. The model is then incorporated into a simulator for scheduling multi-processor real-time systems

Optimization and Mining Methods for Effective Real-Time Embedded Systems

L’Internet des objets (IoT) est le réseau d’objets interdépendants, comme les voitures autonomes, les appareils électroménagers, les téléphones intelligents et d’autres systèmes embarqués. Ces systèmes embarqués combinent le matériel, le logiciel et la connection réseau permettant le traitement de données à l’aide des puissants centres de données de l’informatique nuagique. Cependant, la croissance exponentielle des applications de l’IoT a remodelé notre croyance sur l’informatique nuagique, et des certitudes durables sur ses capacités ont dû être mises à jour. De nos jours, l’informatique nuagique centralisé et classique rencontre plusieurs défis, tels que la latence du trafic, le temps de réponse et la confidentialité des données. Alors, la tendance dans le traitement des données générées par les dispositifs embarqués interconnectés consiste à faire plus de calcul au niveau du dispositif au bord du réseau. Cette possibilité de faire du traitement local aide à réduire la latence pour les applications temps réel présentant des fortes contraintes temporelles. Aussi, ça permet d’améliorer le traitement des quantités massives de données générées par ces périphériques. Réussir cette transition nécessite la conception de systèmes embarqués de haute performance en explorant efficacement les alternatives de conception (i.e. Exploration efficace de l’espace des solutions), en optimisant la topologie de déploiement des applications temps réel sur des architectures multi-processeurs (i.e. la façon dont le logiciel utilise le matériel) , et des algorithme d’exploration permettant un fonctionnement plus intelligent de ces dispositifs. Des efforts de recherche récents ont conduit à diverses approches automatisées facilitant la conception et l’amélioration du fonctionnement des système embarqués. Cependant, ces techniques existantes présentent plusieurs défis majeurs. Ces défis sont fortement présents sur les systèmes embarqués temps réel. Quatre des principaux défis sont : (1) Le manque de techniques d’exploration de données en ligne permettant l’amélioration des performances des systèmes embarqués. (2) L’utilisation inefficace des ressources informatiques des systèmes multiprocesseurs lors du déploiement de logiciels là dessus ; (3) L’exploration pseudo-aléatoire de l’espace des solutions (4) La sélection de la configuration appropriée à partir de la listes des solutions optimales obtenue.----------ABSTRACT: The Internet of things (IoT) is the network of interrelated devices or objects, such as selfdriving cars, home appliances, smart-phones and other embedded computing systems. It combines hardware, software, and network connectivity enabling data processing using powerful cloud data centers. However, the exponential rise of IoT applications reshaped our belief on the cloud computing, and long-lasting certainties about its capabilities had to be updated. The classical centralized cloud computing is encountering several challenges, such as traffic latency, response time, and data privacy. Thus, the trend in the processing of the generated data of IoT inter-connected embedded devices has shifted towards doing more computation closer to the device in the edge of the network. This possibility to do on-device processing helps to reduce latency for critical real-time applications and better processing of the massive amounts of data being generated by the these devices. Succeeding this transition towards the edge computing requires the design of high-performance embedded systems by efficiently exploring design alternatives (i.e. efficient Design Space Exploration), optimizing the deployment topology of multi-processor based real-time embedded systems (i.e. the way the software utilizes the hardware), and light mining techniques enabling smarter functioning of these devices. Recent research efforts on embedded systems have led to various automated approaches facilitating the design and the improvement of their functioning. However, existing methods and techniques present several major challenges. These challenges are more relevant when it comes to real-time embedded systems. Four of the main challenges are : (1) The lack of online data mining techniques that can enhance embedded computing systems functioning on the fly ; (2) The inefficient usage of computing resources of multi-processor systems when deploying software on ; (3) The pseudo-random exploration of the design space ; (4) The selection of the suitable implementation after performing the otimization process