National audienceDans le contexte de la modélisation de systèmes, SysML apparait comme un langage pivot de spécification et de documentation. Ses diagrammes permettent la définition de la structure et du comportement de systèmes. La flexibilité de SysML a pour incon-vénient qu'il n'existe pas de méthode standard pour définir leur sémantique. Ce problème est flagrant dans la conception de systèmes hétérogènes, où différentes sémantiques opéra-tionnelles peuvent être utilisées. Cet article présente une manière de donner une sémantique opérationnelle aux éléments de SysML sous la forme de transformations vers le langage SystemC-AMS, permettant ainsi la simulation de modèles SysML

Boulanger, Frédéric

Chaves Café, Daniel

Hardebolle, Cécile

Jacquet, Christophe

Vinci Dos Santos, Filipe

Vinci dos Santos, Filipe

HAL Descartes

Une sémantique multi-paradigme pour simuler des modèles SysML avec SystemC-AMS

HAL-CentraleSupelec

Une se´mantique multi-paradigme pour simuler desmode`les SysML avec SystemC-AMSDaniel Chaves Cafe´, Filipe Vinci dos Santos, Ce´cile Hardebolle, ChristopheJacquet, Fre´de´ric BoulangerTo cite this version:Daniel Chaves Cafe´, Filipe Vinci dos Santos, Ce´cile Hardebolle, Christophe Jacquet, Fre´de´ricBoulanger. Une se´mantique multi-paradigme pour simuler des mode`les SysML avec SystemC-AMS. CIEL 2014, Jun 2014, Paris, France. pp.11-20, Actes de la 3e`me Conference en IngenieriEdu Logiciel. <hal-01079973>HAL Id: hal-01079973https://hal-supelec.archives-ouvertes.fr/hal-01079973Submitted on 4 Nov 2014HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestine´e au de´poˆt et a` la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publie´s ou non,e´manant des e´tablissements d’enseignement et derecherche franc¸ais ou e´trangers, des laboratoirespublics ou prive´s.Une sémantique multi-paradigme pour simulerdes modèles SysML avec SystemC-AMSDaniel Chaves Café1,2, Filipe Vinci dos Santos2, Cécile Hardebolle1,Christophe Jacquet1 and Frédéric Boulanger11 Département Informatique, Supélec, Gif-sur-Yvette, France.2 Chaire Thales/Supélec en Conception analogique avancée, Supélec, Gif-sur-Yvette, France.{daniel.cafe, filipe.vinci, cecile.hardebolle, christophe.jacquet, frederic.boulanger}@supelec.frAbstractDans le contexte de la modélisation de systèmes, SysML apparait comme un langagepivot de spécification et de documentation. Ses diagrammes permettent la définition dela structure et du comportement de systèmes. La flexibilité de SysML a pour incon-vénient qu’il n’existe pas de méthode standard pour définir leur sémantique. Ce problèmeest flagrant dans la conception de systèmes hétérogènes, où diﬀérentes sémantiques opéra-tionnelles peuvent être utilisées. Cet article présente une manière de donner une sémantiqueopérationnelle aux éléments de SysML sous la forme de transformations vers le langageSystemC-AMS, permettant ainsi la simulation de modèles SysML.1 IntroductionUn système hétérogène est constitué de composants de diﬀérentes natures, qui sont modélisésselon des formalismes distincts. Par exemple, un accéléromètre MEMS a une partie mécanique,une partie analogique et une interface numérique. Dans le domaine numérique, le formalismeà événements discrets est eﬃcace pour la simulation grâce à l’abstraction des phénomènesanalogiques qui font qu’une bascule change d’état. Dans le domaine analogique, la modélisationpar réseaux de composants électriques permet de décrire la topologie du réseau pour en déduireles équations diﬀérentielles. La simulation des systèmes hétérogènes permet de garantir unefabrication correcte dès le premier essai. Le métier d’architecte de systèmes consiste à intégrerdiﬀérents paradigmes dans un même modèle, ce qui pose des problèmes d’adaptation et faitappel à des compétences pluridisciplinaires et à la maîtrise des outils de simulation.Les outils de modélisation hétérogène sont encore en phase d’expérimentation et de mat-uration. Ptolemy II [3] gère l’hétérogénéité par hiérarchie. Chaque composant est considérécomme une boite noire et la sémantique d’exécution et de communication est définie par une en-tité appelée director. Cette entité définit le modèle de calcul (MoC) de chaque composant. Pourarriver à cet objectif, Ptolemy II définit un moteur d’exécution générique [9] avec trois phasesdistinctes : l’initialisation, l’itération (pre-fire, fire et post-fire) et la finalisation (wrapup).Chaque director compose le comportement des blocs en redéfinissant ces phases d’exécution.Inspiré de Ptolemy II, ModHel’X [1, 7] a été créé pour modéliser explicitement l’adaptationsémantique en rajoutant au moteur d’exécution générique de Ptolemy des phases d’adaptationsémantique. Cela donne un moyen eﬃcace de définir la sémantique des interactions entre dif-férents modèles de calcul. Dans cet article, nous présentons une méthode pour définir la séman-tique opérationnelle (les MoCs) ainsi que l’adaptation sémantique pour des modèles hétérogènesSysML par traduction en SystemC-AMS.SysML est un langage graphique de spécification de systèmes dont les diagrammes facili-tent la communication entre diﬀérentes équipes d’un projet pluridisciplinaire. La sémantique???????????????????????????????????????Semantique Multi-Paradigme pour SysML D.C. Café et al.opérationnelle de ces diagrammes n’est toutefois pas précisément définie, ce qui est un obsta-cle à l’exécution de modèles SysML. L’implémentation de cette sémantique peut être réaliséedans un langage capable de simuler des modèles hétérogènes. Comme une première preuvede concept, nous avons choisi d’utiliser SystemC-AMS [6] (Analog and Mixed-Signal) qui estune bibliothèque C++ contenant un noyau de simulation à événements discrets ainsi qu’unensemble de blocs de base pour la modélisation des systèmes mixtes. Ce langage supporte lesmodèles de calcul Dicrete Event (DE), Timed DataFlow (TDF) et Continuous Time (CT).Notre approche consiste à générer du code SystemC-AMS à partir d’un modèle SysMLannoté avec des éléments qui donnent la sémantique d’exécution de chaque bloc SysML et lasémantique d’adaptation entre blocs. Nous utilisons des techniques de l’ingénierie dirigée pardes modèles (IDM) pour réaliser les transformations de modèles et la génération de code.2 L’approcheNotre approche consiste à réaliser deux transformations de modèles. En partant d’un modèleSysML, nous appliquons une transformation “model-to-model” (M2M) écrite en ATL (AtlasTransformation Language)[8] pour générer une représentation intermédiaire du système dans lelangage SystemC-AMS. La génération de code se fait juste après, en appliquant une deuxièmetransformation de type “model-to-text” (M2T) écrite en ACCELEO[10].Nous utilisons des contraintes SysML pour indiquer le modèle de calcul utilisé par un blocdonné. Les mots clés “CT Block”, “DE Block” et “FSM Block” sont utilisés pour spécifierl’utilisation des MoCs Continuous Time, Discrete Event et Finite State Machine, respective-ment. La sémantique de ces MoCs est décrite dans [9].Nous appliquons ces MoCs au sous-ensemble des diagrammes SysML qui nous semblent leurcorrespondre. Un automate par exemple, est modélisé par un diagramme d’états-transitions,un modèle à temps continu peut être representé par un diagramme d’interconnections de blocsoù chaque bloc répresente une fonction. D’autres solutions peuvent être imaginées, commel’utilisation des diagrammes paramétriques pour la définition des équations diﬀérentielles.Nous considerons dans ce travail l’adaptation sémantique entre les diﬀérents domaines, parexemple l’échantillonnage entre un sous-système à temps continu et un sous-système à tempsdiscret, que nous exprimons dans des commentaires liés aux ports des modules.3 Cas d’étudePour illustrer l’approche, prenons l’exemple d’un véhicule à vitesse contrôlée, présenté en détaildans [2] et résumé ici. Les diagrammes de la figure 1 montrent comment appliquer une séman-tique à un bloc SysML en lui ajoutant des annotations textuelles. Nous nous intéressons à unemodélisation haut niveau de la dynamique du système en utilisant des équations de la physiqueclassique. Nous déduisons l’accélération de F = m × a, puis la vitesse et le déplacement enintégrant l’accélération. La dynamique du système est modélisée par le formalisme CT. Nousdéfinissons une équation diﬀérentielle dans un diagramme IBD en assemblant des fonctions debase, comme l’intégrateur et le gain (voir figure 1 à gauche). Le contrôle est modélisé parun diagramme états-transitions où la rétroaction de la force dépend de l’état du contrôleur(Accelerate, Hold et Brake). Ces deux formalismes sont non seulement exprimés de manièresdiﬀérentes mais ont aussi des sémantiques opérationnelles diﬀérentes.L’adaptation entre diﬀérents domaines est décrite par des commentaires liés aux ports dubloc i_dynamics dans le diagramme de droite. Une fois l’interface annotée par le mot clé???????????????????????????????????????Semantique Multi-Paradigme pour SysML D.C. Café et al.Figure 1: Exemple du véhicule à vitesse contrôlée : modèles SysML annotésisAdaptor, nous lui appliquons une sémantique d’adaptation spécifique. Dans le cas d’un adap-tateur de2ct le dernier événement capturé par le port est enregistré et sa valeur répétée à unpas d’échantillonnage fixe, donné par la directive set_timestep. En sortie, l’adaptation ct2degénère un événement à chaque changement de la valeur produite en sortie.Cet approche est cependant très dépendante du choix du langage cible (ici SystemC-AMS),de même que les modèles de calcul utilisables. Nous ne pouvons implémenter que les MoCs queSystemC-AMS est capable d’exécuter. Cette limitation n’est pas contraignante car SystemCpossède un moteur d’exécution à événements discrets qui supporte une large gamme de modèlesde calcul discrets, et la partie AMS supporte les modèles continus. Il est important de soulignerque la sémantique des MoCs est prise en compte de deux manières : soit par utilisation directede la bibliothèque de base de SystemC, soit par implémentation dans la transformation. Dansl’exemple, la sémantique block dynamics s’appuie sur l’assemblage de blocs de la bibliothèqueLSF (Linear Signal Flow) de SystemC-AMS. Dans le contrôleur, la sémantique de la machineà états est codée par la transformation M2M car SystemC n’a pas de MoC FSM. Cela a uneinfluence sur les performances de simulation comme discuté dans [11].La même reflexion s’applique aux mécanismes d’adaptation. L’échantillonnage des donnéeset la production d’événements discrets sont réalisés par des adaptateurs spécifiques de la bib-liothèque de SystemC-AMS. L’adaptation qui est faite à l’entrée du bloc dynamics est traduiteen un module SystemC capable de transformer un événement discret de la machine à état enéchantillons au pas fixe défini par la commande set_timestep(1ms). L’adaptateur de sortie dé-tecte les changements de valeur pour produire des événements. Une autre adaptation pourraitne générer que les événements qui correspondent à une transition de l’automate. Cela perme-ttrait une simulation plus performante mais rendrait l’adaptateur dépendant des modules quilui sont connectés. Les adaptateurs possibles sont également limités par le langage cible. Dansnotre exemple, nous n’avons utilisé que les adaptateurs de la bibliothèque SystemC-AMS. Laconception d’adaptateurs spécialisées peut être réalisée sous forme de modules dédiés, commediscuté dans [4] avec le concept de thick adapter.Finalement, la simulation de ce système est obtenue par transformation du modèle SysMLen code SystemC-AMS qui est ensuite compilé et exécuté. Les résultats de simulation de cetexemple ont été présentés dans [2].???????????????????????????????????????Semantique Multi-Paradigme pour SysML D.C. Café et al.4 DiscussionsCet article définit une première approche pour la modélisation multi-paradigme en SysMLciblant la simulation mixte, que nous avons illustrée sur un modèle à trois formalismes (CT,DE et FSM). Nous avons spécifié la sémantique de chaque bloc SysML avec des annotationstextuelles et la sémantique d’adaptation dans les commentaires liés aux ports. Le code exé-cutable est généré par transformation de modèles en utilisant ATL et ACCELEO.Cette technique est un premier pas vers un framework générique de génération de code pourd’autres langages, par exemple VHDL-AMS. Notre approche en deux étapes (M2M et M2T)permet d’envisager l’extensibilité à d’autres MoCs par ajout de règles de transformation M2Mcorrespondant au MoC désiré, sans devoir changer le générateur de code (partie M2T). Notreobjectif est de découpler au maximum l’aspect sémantique des MoCs et l’aspect génération decode afin de supporter plus facilement de nouveaux MoCs et de nouveaux langages cibles. Ence qui concerne la définition des MoCs et l’adaptation sémantique, nous suivons les travaux encours sur ce sujet au sein de l’initiative GeMoC [5].4.1 Réflexions sur l’approcheDepuis la publication de ce travail exploratoire, nous avons amélioré l’intégration de notre ap-proche aux techniques de l’IDM. Nous utilisons désormais des steréotypes pour définir les MoCsau lieu des mots-clés dans les contraintes SysML. Ces contraintes sont désormais réservées àla spécification des équations diﬀérentielles dans le formalisme CT. Les annotations des adap-tateurs ont aussi évolué vers un langage dédié à la modélisation de leur comportement, ce quiévite de polluer le modèle avec du code spécifique au langage cible.References[1] F. Boulanger and C. Hardebolle. Simulation of Multi-Formalism Models with ModHel’X. In Int.Conference on Software Testing, Verification, and Validation, pages 318–327. IEEE, 2008.[2] D. Cafe, F. V. dos Santos, C. Hardebolle, C. Jacquet, and F. Boulanger. Multi-paradigm semanticsfor simulating SysML models using SystemC-AMS. In Specification and Design Languages, 2013,Forum on, pages 82–89. IEEE, 2013.[3] J. Eker, J. W. Janneck, E. A. Lee, J. Liu, X. Liu, J. Ludvig, S. Neuendorﬀer, S. Sachs, andY. Xiong. Taming heterogeneity-the ptolemy approach. Proc. of the IEEE, 91(1):127–144, 2003.[4] A. Ferrari, L. Mangeruca, O. Ferrante, and A. Mignogna. Desyreml: a sysml profile for heteroge-neous embedded systems. Embedded Real Time Software and Systems, ERTS, 2012.[5] GeMoC. On the globalization of Modeling Languages, May 2011. http://gemoc.org.[6] C. Grimm, M. Barnasconi, A. Vachoux, and K. Einwich. An introduction to modeling embeddedanalog/mixed-signal systems using SystemC AMS extensions. In DAC, 2008.[7] C. Hardebolle and F. Boulanger. ModHel’X: A component-oriented approach to multi-formalismmodeling. In Models in Software Engineering, pages 247–258. Springer, 2008.[8] F. Jouault and I. Kurtev. Transforming models with ATL. Satellite Events at the MoDELS 2005Conference, pages 128–138, 2006.[9] E. A. Lee. Disciplined heterogeneous modeling. In Model Driven Engineering Languages andSystems, pages 273–287. Springer, 2010.[10] J. Musset, E. Juliot, S. Lacrampe, W. Piers, C. Brun, L. Goubet, Y. Lussaud, and F. Allilaire.Acceleo User Guide, 2006.[11] H. D. Patel and S. K. Shukla. Systemc kernel extensions for heterogeneous system modeling. TheNetherlands: Kluwer Academic Publishers, pages 9–71, 2004.???????????????????????????????????????

https://hal-supelec.archives-ouvertes.fr/hal-01079973

Une sémantique multi-paradigme pour simuler des modèles SysML avec SystemC-AMS

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

HAL Descartes

HAL-CentraleSupelec