Fault Confinement Mechanisms of the CAN Protocol : Analysis and Improvements

CAN (Controller Area Network) is a broadcast bus with priority based access to the medium which has become a de-facto standard for data transmissio- n in automotive applications. To prevent a defective node from perturbing the functioning of the whole system, for instance by repetitively sending error frames, the CAN protocol includes fault confinement mechanisms whose objectives are to detect permanent hardware dysfunctioning and to switch off defective nodes. In this study, we derive a Markovian analysis of these mechanisms and identify several shortages. New mechanisms that address theses problems are then proposed and we provide the algorithms for their implementation

Ordonnancement temps réel et minimisation de la consommation d'énergie

La consommation en énergie est devenue un problème crucial dans la conception des équipements électroniques dont l'alimentation est assurée par des batteries. Parmi tous les composants électroniques, le processeur est particulièrement utilisateurs d'énergie puisque des études ([POU 01, ZEN 02] cités dans [AYD 04]) ont montré qu'il pouvait à lui seul utiliser plus de 50 % de l'énergie lorsqu'il était sollicité intensivement. En jouant sur une réduction de la fréquence de fonctionnement du processeur, des stratégies d'ordonnancement adaptées permettent de réduire considérablement la consommation énergétique. Nous proposons dans ce chapitre un tour d'horizon, dans le cas mono-processeur, des techniques d'ordonnancement visant à minimiser la consommation d'énergie tout en garantissant le respect de contraintes d'échéances. Les contraintes de temps peuvent peser explicitement sur certaines activités du système ou peuvent provenir de contraintes de performances minimales si l'on sort du cadre classique des systèmes temps réel. Le problème d'ordonnancement à résoudre consiste non seulement à déterminer l'ordre dans lequel exécuter les activités du système mais également à fixer la fréquence de fonctionnement du processeur au cours du temps. Comme souligné dans [GRU 02], l'ordonnancement sous contrainte d'énergie acquiert une nouvelle dimension qui est la vitesse du processeur

Dynamic voltage scaling under EDF revisited

The original publication is available at www.springerlink.comInternational audienceBasic algorithms have been proposed in the field of low-power (Yao, F., et al. in Proceedings of lEEE annual foundations of computer science, pp. 374–382, 1995) which compute the minimum energy-schedule for a set of non-recurrent tasks (or jobs) scheduled under EDF on a dynamically variable voltage processor. In this study, we propose improvements upon existing algorithms with lower average and worst-case complexities. They are based on a new EDF feasibility test that helps to identify the “critical intervals”. The complexity of this feasibility test depends on structural characteristics of the set of jobs. More precisely, it depends on how tasks are included one in the other. The first step of the algorithm is to construct the Hasse diagram of the set of tasks where the partial order is defined by the inclusion relation on the tasks. Then, the algorithm constructs the shortest path in a geometrical representation at each level of the Hasse diagram. The optimal processor speed is chosen according to the maximal slope of each path

Maximizing the Robustness of TDMA Networks with Applications to TTP/C

In this study we show how one can use Fault-Tolerant Units (FTU) in an optimal way to make a TDMA network robust to bursty random perturbations. We consider two possible objectives. If one wants to minimize the probability of losing all replicas of a given message, then the optimal policy is to spread the replicas over time. This is proved using convexity properties of the loss probability. On the contrary if one wants to minimize the probability of losing at least one replica, then the optimal solution is to group all replicas together. This is proved by using majorization techniques. Finally we show how these ideas can be adapted for the TTP/C protocol

A New EDF Feasibility Test

We present a new algorithm for testing the feasibility of a set of non-recurrent tasks (or jobs) with real-time constraints scheduled under the EDF policy (Earliest Deadline First). The proposed feasibility test has a lower complexity than the previously known test. The first step of the algorithm is to construct the Hasse diagram of the set of tasks where the partial order is defined by the inclusion relation on the tasks. Then, the algorithm constructs the shortest path in a geometrical representation at each level of the Hasse diagram. Depending on the maximal slope of each path, the set of tasks is either feasible of not. The worst-case complexity of this feasibility test depends on structural characteristics of the set of jobs since it is the sum of the levels in the Hasse diagram. Whatever the set of jobs, this is better than the worst-case complexities of existing approaches. Furthermore, we provide a probabilistic analysis of the complexity when the tasks are random. For Poisson arrivals and exponentially distributed latencies, we show that the asymptotic complexity for assessing feasibility is O(N (N)). As an interesting by-product, the algorithm provides a new way to derive the best speeds of the processor so as to minimize the total energy consumption while meeting the deadline of each task. The exact complexity of this algorithm (sub-cubic in the number of tasks) is lower than the complexity of all the algorithms solving the same problem, known by the authors

A journey into time-triggered communication protocols with a focus on Ethernet TSN

This presentation provides an historical perspective on time-triggered (TT) protocols and highlights a few possible misconceptions about TT communication. The presentation is organized as follows: 1) landscape of real-time (wired) communication networks, 2) Time-triggered (TT) protocols evolution: TTP, FlexRay, TTEthernet, TSN/TAS (IEEE802.1Qbv) 3) Misconceptions about TT communication 4) Takeaways and what is ahead of us

Actes de l'Ecole d'Eté Temps Réel 2005 - ETR'2005

Pdf des actes disponible à l'URL http://etr05.loria.fr/Le programme de l'Ecole d'été Temps Réel 2005 est construit autour d'exposés de synthèse donnés par des spécialistes du monde industriel et universitaire qui permettront aux participants de l'ETR, et notamment aux doctorants, de se forger une culture scientifique dans le domaine. Cette quatrième édition est centrée autour des grands thèmes d'importance dans la conception des systèmes temps réel : Langages et techniques de description d'architectures, Validation, test et preuve par des approches déterministes et stochastiques, Ordonnancement et systèmes d'exploitation temps réel, Répartition, réseaux temps réel et qualité de service

Validation d'Applications Temps Réel distribuées autour du Réseau CAN

Colloque sur invitation. internationale.International audienceCe papier se propose de donner une synthèse des techniques de validation d'applications temps réel distribuées autour d'un réseau CAN, la validation étant la vérification du bon respect des contraintes de l'application qui seront pour nous essentiellement des contraintes de temps et de sûreté de fonctionnement. Il existe deux grandes techniques de validation, l'exécution de modèles, qu'ils s'agissent de modèles analytiques ou de modèles de simulation, et l'observation sur prototypes ou maquettes. Après avoir discuté des avantages et inconvénients de chacun, nous verrons concrètement quels résultats en attendre dans le cadre de CAN

Heterogeneous models and analyses in the design of real-time embedded systems - an avionic case-study

The development of embedded systems according to Model-Driven Development relies on two complementary activities: system mod- eling on the one hand and analysis of the non-functional properties, such as timing properties, on the other hand. Yet, the coupling be- tween models and analyses remains largely disregarded so far: e.g. how to apply an analysis on a model? How to manage the analysis process? This paper presents an application of our research on this topic. In particular, we show that our approach makes it possible to combine heterogeneous models and analyses in the design of an avionic system. We use two languages to model the system at di erent levels of abstraction: the industry standard AADL (Ar- chitecture Analysis and Design Language) and the more recent implementation-oriented CPAL language (Cyber-Physical Action Language). We then combine di erent real-time scheduling analy- ses so as to gradually de ne the task and network parameters and nally validate the schedulability of all activities of the system

The use of simulation in the design of critical embedded systems

Les plate-formes virtuelles permettant de prédire par simulation numérique les performances deviennent peu à peu une réalité dans la conception des systèmes de contrôle les plus complexes et les plus contraints (automobile, aéronautique, contrôle de réseaux power-grid, etc). Dès les phases amont du cycle de conception, ces outils guident les concepteurs dans leurs choix de conception. Le premier objectif de cet exposé est de dresser un rapide panorama des modèles et techniques de simulation de l'embarqué critique: simulation du comportement fonctionnel (lois de contrôle), simulation "timing-accurate" des plate-formes d'exécution, de leur complémentarité et limites actuelles. Contrairement à des techniques mathématiques, la simulation ne fournit a priori aucune garantie sur la couverture de vérification et les situations pire-cas ("corner cases") ne sont pas nécessairement identifiées. Néanmoins la simulation est de plus en plus incontournable car les modèles analytiques ne sont généralement pas en mesure de capturer toute la complexité des systèmes réels. Le second objectif de cet exposé est d'identifier des bonnes pratiques méthodologiques pour l'utilisation de la simulation dans les systèmes critiques (ex: choix des temps de simulation et nombre d'expérimentations en fonction de caractéristiques structurelles des processus simulés, métriques de performances pour les événements rares, etc)