Traduction de programmes Lustre V6 en Scade

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1 Université Joseph Fourier Département Licence Sciences & Technologie RAPPORT DE STAGE Traduction de programmes Lustre V6 en Scade Mamadou NDIAYE Juillet 2015 Laboratoire d accueil : Verimag Directeur du laboratoire : Nicolas HALBWACHS Responsable du stage : Erwan JAHIER Licence Sciences et Technologies 2 ème année - Mathématiques et Informatique Année Universitaire : /10

2 Remerciements Je remercie tout d abord l administration de l université Joseph Fourier de m avoir donné l opportunité de faire ce stage et plus particulièrement madame Patricia CAJOT qui n a ménagé aucun effort pour nous aider à faire toutes les démarches nécessaires. Je remercie aussi le Directeur ainsi que tout le personnel du laboratoire Verimag qui nous ont mis dans de bonnes conditions pour effectuer ce stage particulièrement à mon tuteur Erwan JAHIER qui était à mes cotés tout au long du stage en cas de besoin pour m aider à avancer, sans oublier Fabienne CARRIER mais aussi Catherine PARENT- VIGOUROUX qui m a aidé à obtenir ce stage. 2/10

3 Table des matières 1 Introduction 4 2 Présentation du laboratoire 4 3 Le langage Lustre V6 4 4 Le langage Scade 5 5 Les outils de compilation utilisés lus2lic x2s s2c Traduction Lustre/Scade Méthode utilisée Transformations Tests 8 8 Conclusion 9 3/10

4 1 Introduction Le dispositif stage d excellence de l université Joseph Fourier m a permis d obtenir mon premier stage dans un laboratoire de recherche. Ce stage d une durée d un mois et demi (du 26 Mai 2015 au 10 Juillet 2015) portant sur le thème Traduction de programmes Lustre V6 en Scade était une première expérience pour moi dans le monde professionnel. Le langage Scade utilisé dans beaucoup de domaine de l industrie comme l avionique, l espace et l automobile montre que les découvertes informatique deviennent plus intéressantes quand on l applique dans les secteurs industriels. C est pourquoi je trouve que ce thème qui m a été proposé était non seulement une occasion pour moi d apprendre de nouveaux concepts et un nouveau langage mais aussi un thème qui pourrait servir dans d autres projets. 2 Présentation du laboratoire VERIMAG est un laboratoire de recherche dans le domaine Systèmes embarqués, conception de langages, compilation, calcul du temps d exécution pire cas, analyse statique de programmes. Les travaux de VERIMAG visent à produire des outils théoriques et techniques pour permettre le développement de systèmes embarqués de qualité maitrisée. VERIMAG joue un rôle important dans l enseignement à l Université Joseph Fourier et à Grenoble-INP et dans la formation de doctorants. 3 Le langage Lustre V6 Lustre est un langage de programmation synchrone, déclaratif, et de données flots. Il possède une définition formelle, et est utilisé pour la programmation des systèmes réactifs. En lustre, chaque variable est considérée comme une séquence infinie de valeurs de même type ; chaque séquence d entrées produit une nouvelle séquence de sorties. C est une séquence de réactions d entrées et de sorties. Contrairement à beaucoup de langages de programmation, un programme LUSTRE consiste en un ensemble d équations définissant les relations entre entrées et sorties. Un programme lustre fonctionne selon le modèle du parallélisme car il exécute plusieurs automatismes en même temps, il est déterministe et s exécute en temps réel. L extension d un fichier lustre est.lus. Exemple de noeud en Lustre V6 : node ex_node(x: bool) returns (y: bool); let y = true -> pre x; tel 4/10

5 Ce programme prend en entrée un booléen x (= x1 x2... xn) et renvoie un booléen y (= y1 y2... yn). Y est vrai au premier instant ; aux instants suivants, il vaut la valeur de l entrée X à l instant d avant. 4 Le langage Scade Scade(Safety Critical Application Development Environment), la version industrielle de Lustre est basée sur les mêmes principes que ce dernier avec cependant quelques différences syntaxiques. Le langage Scade propose une version graphique des concepts Lustre. Avec le logiciel Scade Suite on peut voir à quoi ressemble graphiquement un programme Scade. Voici un exemple pour le calcul de la moyenne. Version textuelle : node Average(X:int;Y:int) returns (A:int) var _v_1:int; let A = _v_1 / 2; _v_1 = X + Y; tel Version graphique : On voit dans cette version graphique les opérations + et / qui sont utilisés dans les deux équations du programme. Il fait d abord la somme entre les entrées puis divise le résultat par 2 pour ensuite renvoyer la sortie A qui est la moyenne entre X et Y(ce qui correspond exactement à ce que fait le programme au dessus). 5/10

6 5 Les outils de compilation utilisés 5.1 lus2lic lus2lic est un compilateur de programme lustre V6. C est dans lus2lic où se trouve plusieurs options permettant de générer des fichiers à partir de Lustre V6. On l utilise de la manière suivante :lus2lic option nom-fich.lus -n nom-node Quelques options utilisées avec lus2lic kcg : il permet de générer du code lustre qui est compatible avec le lustre de Scade. Pour voir le fichier généré avec l option kcg, on tape la ligne de commande suivante : lus2lic -kcg nom-fich.lus -n nom-node. lv4 : permet de générer du Lustre V4 (autre version de Lustre) à partir de Lustre V6. 2c : permet de générer du code C. exec : permet d interpréter le programme en utilisant les conventions RIF pour I/O. 5.2 x2s Cette commande prend un fichier.xscade qui contient un programme Scade graphique et le transforme en un fichier.lus en syntaxe textuelle. Cette syntaxe proche de celle de Lustre V6. Exemple d utilisation : x2s Pilot.xscade > Pilot-scade.lus 5.3 s2c Il permet de générer du code C à partir d un programme Lustre produit par le compilateur x2s. On l utilise de la manière suivante : s2c nom-fich.lus -node nom-noeud. Avec le fichier produit par x2s dans l exemple précédent on peut générer du C : s2c Pilot-scade.lus -node Pilot 6 Traduction Lustre/Scade L objectif est de réaliser un traducteur de Lustre V6 vers la version textuelle de Scade et de comparer le code C produit par les compilateurs lus2lic et s2c. Il existe déjà un traducteur de Lustre V6 vers Lustre V4 ; il suffit donc de le compléter en tenant compte des spécificités de la version textuelle de Scade(Scade-text). La traduction de Lustre V6 vers Lustre V4 se fait avec l option -lv4 et dans ce stage, nous avons l option -kcg pour passer de Lustre v6 vers Scade-text. Pour cela, nous allons modifier le générateur de code Lustre V4(lus2lic -lv4). Pour chaque différence syntaxique entre lustre V4 et Scade-text nous utiliserons le schéma suivant. Schéma général de modification : if global_opt.kcg then {modfications:syntaxe scade} else {laisser pareil} 6/10

7 6.1 Méthode utilisée J avais à ma disposition deux manuels celui de Lustre V6 et celui de Scade. Cela m a permis de travailler parallèlement sur les deux langages afin d identifier les principales différences et les particularités entre Lustre V6 et la version textuelle de Scade. Je suis aussi amener à utiliser plusieurs fois la commande x2s pour voir à quoi ressemblait textuellement un programme Scade. 6.2 Transformations Lustre V6 et la version textuelle de Scade ont des différences syntaxiques sur plusieurs points. Voici une liste de transformations que j ai pu effectué lors de ce stage : Type Struct : La définition est pareille en Lustre V6 qu en Scade sauf qu il n y pas le mot struct dans la déclaration en Scade. Types et fonctions externes : Pour déclarer un type externe t en Lustre V6 on utilise la syntaxe suivante : type t ; par contre en Scade on écrit : type imported t ;. Pour les fonctions externes, la syntaxe est la suivante : Lustre : extern function (entrées) returns (sorties) ; Scade : function imported (entrées) returns (sorties) ; Déclaration de constantes : pour les constantes, il faut préciser le type en Scade. Par exemple pour déclarer une constante CST on écrit const CST :int =1 alors qu en Lustre V6 on écrit juste const CST=1. fby :C est un opérateur qui permet d initialiser une variable. Il peut se voir comme la combinaison du -> et du pre mais il est plus général car il prend une expression alors que le pre prend une valeur. Sa syntaxe en Scade est la suivante : fby(b,n,a) avec b et a deux séquences de valeurs et n le nombre d initialisation. En Lustre V6, il se note a fby b qui est équivalent à fby(b,1,a) en Scade. Les moins triviales Current C était le cas du current qui existait déjà en Lustre V6 et qu il fallait transformer en merge en Scade selon le modèle suivant car ce dernier ne reconnaissait pas le mot clé current : Lustre V6 : Y when C X = currrent Y Scade : X = merge C (true -> Y) (false -> pre X ) Assert Il y avait aussi le problème du assert dont la définition était plus précise en Scade qu en Lustre V6. Il était défini soit par le mot assume soit par guarantee en Scade, donc il fallait choisir la définition qui était compatible avec le assert de Lustre V6. Ces deux mots clés ont été défini en Scade comme suit :.Assume : Correspond aux attentes sur le programme de Scade. Il peut impliquer des entrées courant et des sorties passées. 7/10

8 syntaxe :assume ID : expr.guarantee : Assure les propriétés du programme. Les sorties courant peuvent être utilisé dans ce cas. syntaxe :guarantee ID : expr D après ces deux définitions on voit que le assert de Lustre V6 correspond à assume en Scade. NB : Dans le cas des fichiers qui comportaient plusieurs asserts, il fallait utiliser un fichier nommé FreshName pour donner des noms différents aux différentes asserts (c est à dire changer le nom des identificateurs pour chaque assume ). Gestion des mots clefs Scade Le fait d avoir des noms de fonctions en Lustre V6 qui correspondait à des mots clefs de Scade provoquait des erreurs lors de la compilation. C était le cas des mots comme state, initial ou clock. Donc il fallait prendre en compte ces cas là. Pour résoudre ce problème, on a mis une liste de mots clefs Scade et d afficher un message d erreur à chaque fois que le compilateur rencontre un de ces mots comme nom de fonction lors de la traduction. map et boolred Pour le boolred (prédéfini en Lustre V6), il fallait l expanser sous forme d équations en Scade car ce dernier ne le connaissait pas. Pour le map, il fallait changer de syntaxe car elle n est pas la même entre les deux langages. En Lustre V6, la syntaxe est la suivante : (Y1,...,Yk ) = map«n ; n»(x1,...,xn) alors qu en Scade elle est : Y1,...,Yk = (map N «n»)(x1,...,xn) 7 Tests J avais à ma disposition un script afin de tester les modifications que j ai fait sur un ensemble de fichiers Lustre. Ce script vérifie d abord si la transformation avec kcg s est bien passé, puis si c est le cas, il vérifie si on peut générer du C avec le fichier obtenue à l aide de s2c. Bilan Finalement, sur un ensemble de 475 fichiers testés, il y a 103 qui ne passent pas avec la majorité d entre eux des erreurs au niveau du current (que je n ai pas eu le temps de traité) mais aussi au niveau des iterator (exemple : map, red...) qui demandent un peu plus de temps pour pouvoir les effectuer. Il y a aussi des notions de Lustre V6 que j arrive pas à traduire en Scade comme l opération d implication ( => ) qui n existe pas en Scade mais aussi le problème des appels récursifs. 8/10

9 8 Conclusion Résumé des différentes étapes du stage : Au début je me suis familiariser avec le langage Lustre en écrivant de petits programmes Lustre et utiliser certains outils de simulation et de vérification. Ensuite j ai commencé à regarder le thème du stage en essayant de comprendre les principaux points de Scade afin d identifier les premières différences. Enfin j ai commencé à faire les modifications pour générer du code Lustre compatible avec la version textuelle de Scade. Ce stage m a permis d avoir beaucoup plus d autonomie dans le travail mais aussi de pouvoir travailler à distance avec d autres personnes. Enfin je vois que ces stages d excellence proposé par l université Joseph Fourier constituent une véritable opportunité pour les étudiants de découvrir le monde de la recherche. 9/10

10 [1] [2] Références [1] N. Halbwachs, P. Caspi, P. Raymond, and D. Pilaud. The synchronous dataflow programming language Lustre. Proceedings of the IEEE, 79(9) : , [2] E. Jahier and P. Raymond. The scade language reference manual. 8 10/10