SYSTÈMES TEMPS RÉEL EMBARQUÉS. Ordonnancement optimal de tâches pour la consommation énergétique du processeur

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1 Unvesté Pas XII Val de Mane Faculté des Scences et Technologes Année : 004 THÈSE pou obten le gade de Docteu de l Unvesté Pas XII Val de Mane Dscplne : Infomatque SYSTÈMES TEMPS RÉEL EMBARQUÉS Odonnancement optmal de tâches pou la consommaton énegétque du pocesseu Pésentée et soutenue publquement pa Dana - Mhaela ROHÁRIK VÎLU le 9/0/004 Membes du juy : M. Roge REYNAUD, Pésdent IEF, Unvesté Pas Sud, Osay M. Mchel AUGUIN, Rappoteu I3S UNSA NRS, Sopha-Antpols M. Zoub MAMMERI, Rappoteu IRIT, Unvesté Paul Sabate, Toulouse M. Yvon TRINQUET, Rappoteu IRyN, Ecole entale de Nantes M. Yacne AMIRAT, Examnateu LIIA, Unvesté Pas XII Val de Mane M. Glles MERIER, Decteu de thèse LIIA, Unvesté Pas XII Val de Mane

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3 A ostn

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5 REMERIEMENTS Le déoulement d une thèse suppose des tâches à accompl, des échéances à especte, des éneges à dépense A la fn, mes pensées vont ves ceux qu y ont contbué. Je sus honoée que Monseu Roge REYNAUD at accepté la pésdence du juy. Messeus Mchel AUGUIN, Zoub MAMMERI et Yvon TRINQUET m ont fat l honneu d accepte de appote su cette thèse. Je leu sus edevable pou l ntéêt manfesté, pou le temps accodé à la lectue d une veson pélmnae, pou toutes leus suggestons qu ont pems une améloaton de ce taval. Un emecement tout patcule va ves Monseu Yvon TRINQUET pou la jounée de dscussons autou du sujet abodé dans ma thèse et ves Monseu Zoub MAMMERI pou les emaques et coectons su le manusct. Mes emecements vont auss ves Monseu Yacne AMIRAT en tant que membe du juy et decteu adjont du LIIA, Laboatoe d Infomatque Industelle et d Automatque. Je sus econnassante à Monseu Glles MERIER, mon decteu de thèse, pou sa dsponblté, sa pesévéance et sa confance en mo au fl de ces années, malgé les échéances que je n a pas toujous pu especte. Sa bonne humeu et son amté m ont pems de dépasse cetans moments dffcles et d accompl cette thèse. Je emece tous mes collègues de laboatoe et d unvesté. Monseu Jean PONTNAU, le decteu du LIIA, m a accuelle et a faclté les tâches admnstatves nhéentes. Monseu Jacques LEMOINE a touvé le temps de pacou une veson pélmnae et de me conselle su cetanes améloatons. Monseu Lauent GEORGE m a offet la possblté de commence cette thèse dans le domane du temps éel. Le egad ctque su mon taval de Sebasten, Yan et Kam m a adé à avance. La pésence de Mae-Fance a fat les jounées plus seenes. Messeus Dave BROOKE (ARM Ltd) et Paolo MONTEGAZZA (Unvesté Polytechnque de Mlan) ont amablement épondu à mes questons et je leu adesse c mes vfs emecements. Une pensée chaleueuse va ves Madame Lumnţa STATE, ma dectce d étude à l Unvesté de Bucaest. Je lu emece pou avo su me fome et pépae pou une thèse, pou l avo eue à mes cotés, malgé la dstance, dans des moments tès dffcles. Je emece Madame Jacquelne KELLER dont l amté et l ntéêt pou mon taval m ont donné des foces. Tavalle à coté d elle a été une vae joe. Je emece tous mes ams, top nombeux pou les mentonne ndvduellement, pou leus encouagements au fl de ces années. J a lassé à la fn les pensés que j adesse à toute ma famlle ; je ne touve pas les mots justes pou leu expme ma econnassance. A mes paents, pou leu confance en mo. A Ionela et Mha pou avo su ête à coté de mo et pêts à m ade ; sans leu généosté cette thèse n auat pas pu commence, sans leu lectue du manusct elle seat lon de sa fome actuelle. A Maan Alexandu, mon sage pett gaçon. A mon ma ostn, a qu je déde cette thèse. v

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7 TABLE DES MATIERES Remecements. Table des matèes... Lste des fgues Lste des tableaux. v v x xv I INTRODUTION. II ETAT DE L ART.. II.. Intoducton... II.. Su la concepton des systèmes embaqués.. 3 II... oncepts. 3 II... oncepton.. 4 II..3. Les aspects de la consommaton d énege et le cycle de ve d un système temps éel embaqué 5 II.3. Théoe de l odonnancement... 7 II.3.. oncepts de base.. 8 II.3.. Algothmes d odonnancement... II.3... Rate-monotonc (RM). II.3... Invese Deadlne (ID) ou Deadlne Monotonc (DM)... II Least Laxty Fst (LLF). 3 II Ealest Deadlne Fst (EDF) 3 II.3.3. Odonnancement monopocesseu. 4 II Popétés concenant l odonnancement des tâches ndépendantes. 4 II Restctons mposées aux tâches pa l mplantaton et conséquences... 7 II.3.4. Odonnancement multpocesseu.. 9 II Popétés concenant l odonnancement des tâches ndépendantes. 30 v

8 Table des matèes II Restctons mposées aux tâches pa l mplantaton et conséquences II Poblème des «sacs à dos» (bn pacng) - une aute appoche pou l odonnancement multpocesseu.. 35 II.3.5. onclusons. 35 II.4. Systèmes d explotaton et temps éel 36 II.4.. Notons généales.. 37 II.4.. Implantaton des applcatons temps éel et fonctonnement du noyau. 39 II.4.3. Les noyaux temps éel Lnux... 4 II Le noyau Lnux 4 II Implantaton de noyau temps éel Lnux. 44 II.5. onclusons III ONTRIBUTION À LA DEFINITION DE LA ONFIGURATION D UN SYSTEME TEMPS REEL EMBARQUE POUR L OPTIMISATION DE LA ONSOMMATION ENERGETIQUE.. III.. Intoducton... 5 III.. Etat de l'at. 53 III... onsdéatons su la consommaton énegétque du pocesseu. 53 III... L odonnancement des tâches et la consommaton d énege : concepts et dées 57 III..3. onsommaton optmale de l énege. Modèle de tâches péodques ndépendantes 59 III.3. III..3.. Notatons, défntons, concepts. 59 III..3.. Soluton statque optmale. 59 III Soluton dynamque optmale. 6 ontbuton : analyse ctque de la soluton actuelle pou le cas monopocesseu et compléments. 64 III.3.. Analyse ctque, coectons et compléments des tavaux pésentés dans III III.3.. Résultats généaux concenant l optmalté... 7 III.3.3. Fomule généale pou la soluton statque optmale v

9 Table des matèes III.4. ontbuton : le poblème d optmsaton pou plate-fome multpocesseu. 79 III.4.. Plate-fome multpocesseu dans l optmsaton de l énege. 79 III.4.. oût de l odonnancement. Implcatons su la consommaton d énege 8 III.4.3. Mse à jou des notons pou pocesseus à vtesse vaable. 8 III.4.4. Pemes ésultats su la fasablté d odonnancement des tâches ndépendantes 84 III.4.5. Pemes ésultats su la consommaton d énege III.5. ontbuton : étude su la confguaton d un système temps éel embaqué afn de mnmse la consommaton énegétque - modèle de tâches péodques ndépendantes.. 9 III.5.. Défnton du poblème.. 9 III.5.. Soluton statque. 9 III.5.3. Soluton dynamque III.6. ontbuton : étude su la confguaton d un système temps éel embaqué afn de mnmse la consommaton énegétque - modèle de tâches péodques ndépendantes, avec la même foncton de pussance dsspée 95 III.6.. Une condton d optmalté. 95 III.6.. Estmatons su le gan énegétque au passage de m à m pocesseus. 98 III.7. ontbuton : étude su la confguaton d un système temps éel embaqué afn de mnmse la consommaton énegétque - modèle de tâches dentques ndépendantes, ayant le même moment d actvaton et la même échéance 03 III.7.. Notatons, défntons, concepts III.7.. onsommaton optmale d énege su une machne multpocesseu.. 03 III.7.3. as patcule : le passage de un à deux pocesseus III.7.4. Méthodologe de calcul du nombe optmal de pocesseus pou une mnmsaton de la consommaton d énege. Evaluatons III.8. onclusons et pespectves... x

10 Table des matèes IV UNE APPROHE DE L IMPLANTATION D UNE APPLIATION TEMPS REEL POUR L OPTIMISATION DE LA ONSOMMATION ENERGETIQUE DU PROESSEUR... 5 IV.. Intoducton... 6 IV.. La consommaton énegétque et les aspects du noyau et de l mplantaton d une applcaton temps éel.. 7 IV... Les plates-fomes multpocesseu homogènes à mémoe commune. 7 IV... Les pncpes de fonctonnement des odonnanceus poposés pa RTAI... 8 IV... Les odonnanceus poposés pa RTAI, les plus appopés pou les ésultats su la consommaton optmale d énege... 0 IV... L nfluence de l odonnanceu et des poltques d odonnancement su la consommaton d énege... IV... Le coût de l odonnanceu et la consommaton énegétque des tâches IV... Les poltques d odonnancement et la consommaton énegétque des tâches. 3 IV..3. L mplantaton de l applcaton et la consommaton énegétque. 5 IV..3.. L espace noyau, l espace utlsateu, l applcaton temps éel et la consommaton énegétque 5 IV..3.. Le modèle éel des tâches... 6 IV.3. Ves des valdatons physques. 9 IV.4.. Soluton Tansmeta usoe.. 9 IV.3.. Soluton Altea Nos 3 IV.3.3. Soluton ARM.. 35 IV.4. onclusons 37 V ONLUSIONS ET PERSPETIVES A ANNEXE. Etude de cas.. 43 A.. Motvaton A.. Intoducton 43 x

11 Table des matèes A.3. Pncpes de l applcaton 44 A.3.. Achtectue globale de l applcaton 44 A.3.. Fltage pa ondelette. 44 A.3.3. Tansmsson sans fl. 45 A.3.4. Pncpe et applcaton de MA. 46 A.4. Résultats de la smulaton A.5. Pncpes d mplantaton et consommaton énegétque. 48 A.6. onclusons 50 A ANNEXE. aactéstques concenant la geston de pussance pou les modèles usoe SE TM 55E/TM58E.. 49 Bblogaphe.. 5 x

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13 LISTE DES FIGURES Fgue I.. Fgue II.. Domanes concenés pa la consommaton énegétque optmale au nveau du/des pocesseu(s). 3 Enege consommée pa les dfféentes composantes d un WebPad typque.. 6 Fgue II.. Modèle canonque de tâche.. 8 Fgue II.3. Rate-monotonc Fgue II.4. Invese Deadlne... Fgue II.5. Least Laxty Fst. 3 Fgue II.6. Ealest Deadlne Fst.. 4 Fgue II.6. EDF et LLF dans l odonnancement multpocesseu. 3 Fgue II.8. Fgue II.9. Anomale de Rchad causée pa la dmnuton du temps d exécuton d une tâche Anomale de Rchad causée pa l augmentaton du nombe de pocesseus 34 Fgue II.0. Stuctue d un mconoyau Fgue II.. Bloc de contôle du thead 40 Fgue II.. Le pocessus matéel Fgue II.3. Pate du flux de contôle des tâches 43 Fgue II.4. Noyau hybde Temps Réel Lnux 45 Fgue II.5. FIFO temps éel 46 Fgue II.6. Achtectue RTAI 47 Fgue III.. Modélsaton de la consommaton dynamque des potes MOS 53 Fgue III.. Fgue III.3. UP - vtesses optmales dfféentes pou des téatons dfféentes de la tâche T. 69 MP - vtesses optmales dfféentes pou des téatons dfféentes de la même tâche x

14 Lste des fgues Fgue III.4. Pocédue de éducton d un odonnancement monopocesseu à EDF... 7 Fgue III.5. Exemple d odonnancement optmal à des vtesses dfféentes Fgue III.6. Illustaton des notatons Fgue III.7. T j j et T pates des deux tâches dfféentes, synchones, avec =, exécutées pa deux pocesseus dfféents 87 Fgue III.8. Duant d autes tâches asynchones pa appot à T Fgue III.9. j j s exécutent su le peme pocesseu... Les tâches ne peuvent pas ête assgnées chacune à un pocesseu, sauf cetans cas 88 Fgue III.0. Le passage de m à m pocesseus, pou économse l énege. 90 Fgue III.. Une négalté pou les fonctons cossantes et convexes. 95 Fgue III.. Fgue III.3. Les estmatons du Théoème III.8 ne sont pas valables sans l hypothèse π, =,. 0 La consommaton optmale d énege et la vtesse coespondante pou les m pocesseus elatves à la soluton optmale monopocesseu 06 Fgue III.4. Le passage de à pocesseus pou n= tâches dentques. 06 Fgue III.5. Le passage de à pocesseus pou n= tâches dentques 07 Fgue IV.. La héache logcelle du pocesseu usoe SE 3 Fgue IV.. Les ponts de geston de la pussance pa LongRun, pou le pocesseu usoe à 933 MHz.. 3 Fgue IV.3. Blocs dagammes du pocesseu Nos à 3 bts.. 34 Fgue IV.4. Intégaton multpocesseu de Nos su un seul chp.. 35 Fgue IV.5. ARM Integato/AP AHB ASI.. 36 Fgue A.. Synoptque 44 Fgue A.. La tansfomaton pa ondelette dscète de nveau.. 45 Fgue A.3. Achtectue MA pédctve pou les vaatons des coeffcents de l ondelette xv

15 LISTE DES TABLEAUX Tableau III.. oûts d exécuton et coeffcents des fonctons de dsspaton de pussance Tableau III.. Gan d énege au passage de à pocesseus 0 Tableau III.3. La dstbuton de n tâches dentques su m pocesseus, et leus vtesses d exécuton.. 04 Tableau III.4. Gan d énege au passage de à m pocesseus.. 0 Tableau IV.. Tableau IV.. Plates-fomes RTAI poposées pou la valdaton des ésultats obtenus au hapte III. Plates-fomes physques et outls de développement poposées pou la valdaton des ésultats obtenus au hapte III 30 Tableau A. Estmatons pou les vtesses des tâches et l énege consommée 50 Tableau A. aactéstques des modèles usoe SE TM 55E/TM58E.. 5 xv

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17 HAPITRE I Intoducton

18 hapte I Intoducton S nous obsevons l envonnement de note socété, nous pouvons constate qu une multtude de systèmes embaqués nous entoue, à pat des téléphones potables et jusqu aux systèmes de contôle des votues ou des avons. es systèmes exstent dans la ve quotdenne, mas on les touve également tès épandus dans l nduste. Dans cette thèse nous nos ntéessons aux systèmes temps éel embaqués. Tout au long de ce taval nous consdéons comme système temps éel embaqué un système nfomatque qu est : dédé à une applcaton logcelle ayant des contantes stctes en teme d échéance pou ses tâches spécfques, et autonome elatvement à une souce extene d énege. Dès le début, nous pécsons que les concepts pésentés sont tatés pou le cas d un système centalsé vu comme un système où «les décsons, la geston des essouces, l algothmque et la cohéence de données sont détemnées pa l exstence d nfomatons dans une mémoe commune accessble à toutes les tâches du système» [OT 00] et ls sont applqués à des achtectues monopocesseu et, espectvement, multpocesseu à mémoe commune. e qu nous ntéesse ce sont les aspects concenant à la fos la fasablté et l autonome des systèmes temps éel embaqués. Il faut tout d abod note que les deux notons, temps éel et embaqué, appotent des concepts dfféents qu dovent ête ps en compte smultanément dans cette étude. Pou ce qu concene la fasablté d un système temps éel embaqué, l faut analyse comment la théoe classque de l odonnancement des tâches peut s applque dans le cas pécs d une applcaton et d un système d explotaton donnés. L applcaton dot ête ntepétée du pont de vue du système d explotaton afn de détemne toutes les tâches agssant dans le système duant l exécuton de cette applcaton, ans que leus caactéstques coûts d exécuton, modèle spécfque, scénaos possbles afn de pemette l applcaton des ésultats de la théoe de l odonnancement. Malheueusement, à l heue actuelle les deux domanes (théoe de l odonnancement et systèmes d explotaton) sont assez dstncts et les epèes qu pouaent ade à la tansposton de la théoe d odonnancement au nveau d un système d explotaton sont généalement lassés à la découvete, l étude et la compétence du développeu d un système temps éel. Et pace que nous évoquons plus spécfquement les systèmes embaqués, deux stuatons appaassent : la fasablté en condtons nomales de fonctonnement, et en condtons lmtes de déchage de la battee. Dans cette thèse nous tatons le peme cas. Quant à l autonome, elle est dectement lée à la consommaton d énege duant le fonctonnement du système. Le thème de l économe d énege pou les systèmes temps éel embaqués se stue à la confluence de pluseus domanes assez lontans les uns des autes : la concepton des systèmes embaqués, y comps les connassances technologques à jou su les pefomances des dveses composantes à utlse, la théoe algothmque et mathématque de l odonnancement mono et multpocesseu, la théoe des systèmes d explotaton temps éel et la connassance de ceux actuellement exstants. est la ason pou laquelle cette thèse pésente des notons dveses venant de ces domanes et ayant comme pont commun l nfluence su la consommaton énegétque. Evdement, popose de éalse un exposé détallé su tous ces domanes seat une tâche extêmement dffcle à accompl, voe même éalsable dans le cade d une seule thèse. Nous plaçons note étude au nveau de la consommaton énegétque du (des) pocesseu(s), engendée pa l exécuton des tâches, donc à la confluence de ces domanes. Nous essayons auss d expme des

19 hapte I Intoducton nfluences et des contantes mposées pa ces ésultats aux domanes énuméés c dessus, ce qu fat que les chaptes qu suvent touchent patculèement aux ntesectons des dagammes llustées dans la Fgue I. pou désgne les domanes mplqués. Fgue I.. Domanes concenés pa la consommaton énegétque optmale au nveau du/des pocesseu(s). Selon note concepton, l ntéêt d assue la plus gande autonome possble d un tel système consste à touve la confguaton optmale pocesseu(s)-vtesse(s) du pont de vue de la consommaton d énege, tout en gaantssant la fasablté de l applcaton. Les tavaux dans ce domane sont encoe peu nombeux ; cependant, les pemes ésultats théoques publés ndquent, tenant compte du gan mpotant su l énege consommée, que cette appoche pouat s avée tès utle dans l aven pou les développeus des systèmes temps éel embaqués. Afn de touve les solutons aux questons posées pa cette nouvelle poblématque les ésultats de la théoe d odonnancement ont une mpotance patculèe. Auss la démache qu consste à appoche celle-c de la théoe des systèmes d explotaton s avee pmodale pou les estmatons a po su la consommaton énegétque du/des pocesseu(s), de même que su la confguaton la plus appopé de la plate-fome à utlse pou un modèle éel de tâches. Pou la sute, chaque fos que l expesson «consommaton d énege» sea employée, elle fea éféence à la consommaton d énege au nveau du/des pocesseu(s) duant l exécuton d une applcaton. Pou pende en consdéaton tous ces aspects, la stuctue de cette thèse est la suvante. Le hapte II, Etat de l at, ntodut une pésentaton su les dfféents aspects lés aux poblématques de la fasablté des applcatons temps éel tels qu ls sont abodés actuellement, su les notons fondamentales su la concepton des systèmes embaqués, et passe en evue des systèmes d explotaton temps éel Lnux. 3

20 hapte I Intoducton Le hapte III, Optmsaton de la consommaton d énege. ontbuton à la défnton de la confguaton d un système temps éel embaqué, est le cœu de note étude. Il tate de la consommaton d énege au nveau du pocesseu (ou des pocesseus), engendée pa l exécuton des tâches et leu odonnancement, le but étant de touve, pou dfféents modèles de tâches, le nombe de pocesseus et les vtesses d exécuton des tâches qu assuent l exstence d un algothme à la fos fasable pou le fonctonnement de l applcaton et optmal pou la consommaton énegétque. e chapte donne des ésultats fondamentaux su le modèle des tâches ndépendantes. Le ésumé qu sut cette coute pésentaton de la thèse ndque plus en détal les pncpales dées développées, ans que les pncpaux ésultats. Le hapte IV, Une appoche de l mplantaton d une applcaton temps éel pou l optmsaton de la consommaton énegétque du pocesseu, pésente d une pat l nfluence que les ésultats obtenus au chapte pécédent ont su le système d explotaton envsagé afn de pemette leu valdaton, ans que la démache à fae pou pemette cette connexon ente les ésultats théoques et leus équvalents obtenus en patque. L exstence d une platefome pouant assue cette valdaton étant ndspensable, ce chapte popose, dans une deuxème étape, des plates-fomes exstantes qu épondent aux assetons énoncées au péambule des ésultats du chapte pécédent. e chapte consttue une pemèe appoche ves la mse en patque des ésultats mentonnés et une ouvetue pou des pojets de valdaton pa des applcatons, ultéeus à cette étude. Le hapte V met en évdence les conclusons et les pespectves de note étude, autant au nveau echeche théoque que patque. Nous pésentons pa la sute un ésumé plus détallé du contenu de chaque chapte. Le hapte II est un Etat de l at su les pncpaux aspects concenant les domanes mplqués dans cette étude : la concepton des systèmes embaqués, la théoe d odonnancement, les systèmes d explotaton temps éel et l mplantaton des applcatons temps éel. Etant un domane nouveau, une pésentaton des concepts actuellement employés et concenant la consommaton d énege du/des pocesseu(s) est lassée pou le chapte suvant. Pou ce qu concene «l embaqué», ce qu nous ntéesse c est l autonome du système. ette autonome vent d un chox judceux des composantes, selon les caactéstques désées de l applcaton, mas également des technques d mplantaton utlsées. Pou faclte la dscusson des chaptes suvants, la secton II. évoque les concepts généaux ( II..) lés aux systèmes embaqués et, en gandes lgnes, les phases de la concepton d un tel système. A la fn ( II..3), quelques epèes su les mplcatons su le pocessus de développement d un système temps éel embaqué, ssues de la nécessté de mnmse la consommaton d énege, sont évoqués. Pace que le cœu de note taval concene la connexon ente l odonnancement des tâches et la consommaton d énege du/des pocesseu(s) due à l exécuton de tâches, ce chapte pête une attenton patculèe à l odonnancement. Apès une énuméaton des concepts utlsés dans la théoe d odonnancement ( II.3.), les algothmes les plus utlsés sont pésentés ( II.3.) ans que les pncpaux ésultats su l odonnancement monopocesseu ( II.3.3) et multpocesseu ( II.3.4) des tâches péodques ndépendantes. La pésentaton est lmtée à ce modèle de tâches ca c est celu-c qu sea taté pa la sute pou étude l autonome des systèmes temps éel embaqués. 4

21 hapte I Intoducton Pou éponde à la poblématque de la fasablté d une applcaton temps éel, l étude su la théoe d odonnancement dot ête appochée de l étude des systèmes d explotaton. La secton II.4 pote su les systèmes d explotaton temps éel. Les notons généales ( II.4.), l mplantaton des applcatons temps éel et le fonctonnement du noyau ( II.4.) sont d abod exposées, pou pésente à la fn les pncpales caactéstques des noyaux temps éel Lnux ( II.4.3), ca un de ces noyaux (RTAI) sea utlsé dans le hapte IV afn d lluste les notons pésentées au chapte pécédent. Nous concluons ( II.5) en epenant les dées fondamentales, ce qu nous pemet de mette en évdence les concepts su lesquels nous ntevenons dans les chaptes qu suvent. Le hapte III, Optmsaton de la consommaton d énege. ontbuton à la défnton de la confguaton d un système temps éel embaqué, est le cœu de cette étude. L'autonome est un élément essentel dans la concepton d'un système embaqué. De multples mécansmes de pésevaton de l'énege sont ms en place dans la plupat de ces systèmes. L optmsaton de la consommaton d énege d un système embaqué peut se fae à pluseus nveaux, mentonnés au début de ce chapte. Note appoche concene la consommaton énegétque du pocesseu, due à l exécuton des tâches. Le poblème abodé concene les plates-fomes multpocesseu homogènes, avec des pocesseus à vtesse ajustable en lgne. Le but est de défn, pou une applcaton donnée, la confguaton de la plate-fome en temes de nombe de pocesseus, de vtesses d exécuton des tâches à chaque actvaton et d odonnancement, pou une consommaton mnmale d énege. Peu de tavaux su ce sujet ont été éalsés à ce jou et ceux exstants sont tès écents et encoe ncomplets. Apès l ntoducton au chapte ( III.), nous les pésentons au III., l état de l at su le sujet. es tavaux sont essentellement théoques et les ésultats offets sont ssus de smulatons. Les dfféentes appoches ont pou base l dée de touve la vtesse optmale d exécuton de chaque tâche, et cela sot en foncton du modèle de tâches et de la machne, connues a po, sot en ntodusant dfféentes heustques. A note connassance, seul le cas monopocesseu a été ps en compte jusqu à pésent. Il est supposé que la vtesse du pocesseu sot modfable, et cela jusqu à popose des algothmes d odonnancement en lgne qu modfent la vtesse du pocesseu en foncton de l état éel de déoulement de l applcaton. L élément essentel dans le calcul de la pussance consommée est la foncton de pussance dsspée (g) caactéstque à chaque tâche. Elle dépend de la tâche pa l ntemède de son mplantaton et de la machne qu l exécute. etans auteus la consdèent comme ayant la fome donnée pa : g p ( S ) = S p, p R,, et d autes, pa une foncton polynomale de degé mnmum : g j ( S ) a S,,, a R, j =, K = j= où S epésente la vtesse du pocesseu. N, j j, Le pont de dépat de note appoche est consttué pa les tavaux de Aydn et al., pésentés ces denèes années dans une sée d atcles [AYD 0a,b,c]. Le pncpe de ces tavaux peut ête déct comme sut : étant donné un ensemble de tâches et une machne monopocesseu, l faut touve l odonnancement optmal y comps les vtesses espectves des tâches pou mnmse la consommaton du pocesseu, en consdéant des 5

22 hapte I Intoducton estmatons des fonctons de pussance dsspée des tâches. Deux assetons ont été consdéées comme hypothèses : pemèement, le changement de la vtesse du pocesseu ne peut se podue que pendant la commutaton du contexte et, deuxèmement, chaque tâche T gade, duant la péode qu coespond à son nstance j, une vtesse constante S j. La soluton qu popose a po cetanes vtesses pou l exécuton de chaque tâche et, éventuellement, un odonnancement est nommée soluton statque. L dée pncpale pou la touve est de chage au maxmum le pocesseu. La soluton dynamque pat de la soluton statque et suppose l ajustement en lgne de la vtesse du pocesseu comme sut : s une tâche fnt son exécuton plus vte que pévu pa la soluton statque, la tâche suvante commence son exécuton et cela se pousut avec une vtesse qu lu pemet d utlse la duée pévue a po pou son exécuton plus la duée estante non utlsée pa la tâche pécédente. Les pncpaux ésultats pésentés dans ces atcles, qu concenent les tâches ndépendantes et qu nous ntéessent sont :. la soluton statque pou les tâches péodques ndépendantes : l y a une soluton optmale qu suppose une vtesse constante pou toutes les évolutons de la tâche T, et cela pou chaque tâche ;. la soluton statque pou les tâches péodques ndépendantes ayant la même dsspaton de pussance : l y a une soluton optmale qu suppose une vtesse constante d exécuton de chaque tâche à tout moment, et la fomule qu ndque sa valeu est donnée ; 3. la soluton dynamque pou les tâches péodques ndépendantes, dont l dée a été pésentée c-dessus. Note taval et note contbuton se sont développés en tos dectons. Le modèle de tâches taté a été celu de tâches péodques ndépendantes. D une pat, nous avons complété le fondement théoque et les ésultats connus pou le poblème monopocesseu. La sous-secton III.3.. content une analyse ctque de la soluton actuelle pou le cas monopocesseu [AYD 0a,b,c], ce qu nous a pems d y ajoute quelques compléments. De nombeux exemples llustent nos obsevatons. III.3. tanspose, dans le nouveau contexte de pocesseu à vtesse vaable, deux ésultats classques de la théoe d odonnancement : l optmalté algothmque et énegétque du EDF (Théoème III.3) et la condton nécessae et suffsante d odonnancement su une machne monopocesseu (Théoème III.4). Nous avons obtenu ensute ( III.3.3) une fomule pou les vtesses des dfféentes pates des tâches dans la soluton statque optmale, dans le cas généal où les tâches ont les fonctons g de pussance dsspée données pa g ( S) = as (Théoème III.5). e théoème élagt le deuxème ésultat mentonné de Aydn et al. (vo c-dessus et Poposton III. ) et complète le peme ésultat mentonné (voe c-dessus et Théoème III. ). D aute pat, nous avons consdéé le poblème d optmsaton énegétque des platesfomes multpocesseu. Nous avons développé les notons théoques nécessaes, ans que des ésultats de base et essentels su la fasablté et l optmalté ( III.4). Des exemples en max sont le Théoème III.6, qu donne la condton nécessae et suffsante ( ) MAX =, K, n pou la fasablté d un ensemble de tâches ndépendantes et synchones, ans que la décossance d énege avec le nombe de pocesseus, obtenue dans la Poposton III.3 et le Théoème III.8. D S 6

23 hapte I Intoducton Pou une machne donnée, l odonnancement optmal d un ensemble de tâches donné est l odonnancement pou lequel la consommaton d énege assocée est mnmale pa appot à tous les odonnancements du même ensemble de tâches en utlsant la même machne. Nous défnssons l odonnancement global optmal comme l odonnancement pou lequel la consommaton d énege assocée est mnmale pa appot à tous les odonnancements optmaux du même ensemble de tâches (et donc pa appot à toutes les plates-fomes). e concept s appue su une nouvelle appoche dans la théoe d odonnancement multpocesseus, et celle-c consttue la deuxème decton de note étude. Nous avons edéfn le poblème comme sut : Pou une confguaton optmale d un système temps éel embaqué, l faut détemne : le nombe m de pocesseus, les vtesses d exécuton des tâches à tout moment de leu exécuton (apès chaque péempton), tout en assuant la fasablté d odonnancement pou une mnmsaton de la consommaton d énege su l exécuton de l ensemble des tâches. Dans la théoe de l odonnancement, l appoche qu consste à pende comme vaable à détemne le nombe de pocesseus nécessae pou la fasablté d un ensemble de tâches est peu abodée (vo le poblème du «sac à dos» dans II.3.4.3) et ncomplètement valosée à ce jou ; néanmons, cette appoche s avèe patculèement utle pou l optmalté de l odonnancement, comme le montent les ésultats de ce chapte. Nous emaquons c que, tel qu l a été fomulé pou la fasablté d odonnancement d un ensemble de tâches, le poblème du «sac à dos» est dfféent de celu pou l optmalté de l odonnancement, ca l suppose détemne le nombe mnmal de pocesseus afn d assue l exécuton d un ensemble de tâches (vo II.). Pa conte, afn de mnmse la consommaton du pocesseu, note appoche monte que le nombe de pocesseus dot ête maxmal. Basé su le concept d odonnancement global optmal nous avons pu foun ( III.5) la soluton statque (Théoème III.9) et dynamque ( III.5.3) pou le cas généal des tâches péodques ndépendantes avec des fonctons de dsspaton de pussance dfféentes. Il se peut que, selon les caactéstques des tâches, la soluton théoque globale optmale sot dffcle à obten du pont de vue technologque, pa exemple à cause d un nombe top élevé de pocesseus à utlse ou de vtesses des tâches top basses. Pou cela nous avons abodé une tosème decton d étude ( III.6.), en détemnant une condton nécessae d optmalté pou un odonnancement su une plate-fome ayant un nombe donné de pocesseus (au mons deux), condton que nous avons nommée le pncpe d unfomté (Théoème III.0). omme applcaton de cette condton, nous avons obtenu ( III.6.) des évaluatons concètes de gan énegétque pou le passage de un à deux pocesseus, pou le modèle de tâches ayant la même foncton de pussance dsspée (Théoèmes III. et III.). es estmatons théoques ndquent une dmnuton consdéable : E 0, 556E. Le modèle des tâches dentques est taté en détal dans la secton III.7. Nous avons donné les odonnancements optmaux, en compaant la consommaton énegétque optmale d une plate-fome à m pocesseus avec celle d une machne à m pocesseus (Théoèmes III.3, III.4 et III.5). Nous concluons dans la secton III.8 en pésentant des pespectves que la 7

24 hapte I Intoducton poblématque de l odonnancement optmal et cette nouvelle appoche ouvent. Le hapte IV, Une appoche de l mplantaton d une applcaton temps éel pou l optmsaton de la consommaton énegétque du pocesseu, est conçu en deux pates, afn d appoche les concepts et les ésultats théoques de leu mse en patque. La pemèe pate tate de l nfluence de la tansposton des ésultats du chapte pécédent au nveau du système d explotaton ; une deuxème pate mentonne des plates-fomes qu peuvent ête utlsés pou la valdaton des ésultats du hapte III. Ans élaboé, ce chapte suggèe des ponts de dépat pou un cetan nombe de pojets d ngénee, consécutfs à note étude théoque du tosème chapte. Pale de la fasablté d exécuton d une applcaton temps éel à échéances stctes mplque les fats suvants. Duant la concepton d une applcaton temps éel à échéances stctes, on connaît a po les tâches qu composent l applcaton et le fonctonnement désé de celle-c. ela pemet d expme un scénao théoque de tâches et d estme pou l ensemble des tâches données la gaante théoque de leus échéances. ependant, c est le compotement éel de l applcaton qu est mpotant. Afn d y paven, cette étude péalable est basée su des estmatons pe-cas du temps d exécuton des tâches. Est-ce que cela sufft, et quelle est la dfféence ente l applcaton théoque et son exécuton effectve? Nous pensons c non seulement à la dfféence ente le temps d exécuton éel des tâches et le temps pe-cas, mas également aux autes tâches que le système d explotaton pouat ajoute, à pat les tâches effectves de l applcaton, pou pemette leu exécuton. Pou y éponde, une compaason ente le scénao théoque et le scénao effectf des tâches s mpose. Apès son ntoducton ( IV.), dans un peme temps, le hapte IV pésente ces aspects et pend comme exemple le noyau RTAI-Lnux (IV.). Le chox de ce noyau n a pas été nécessaement lé aux ctèes de pefomances pa appot aux autes noyaux. Les ctèes qu nous ont ntéessés sont les suvants : la dsponblté des souces, l exstence d une veson embaquée, l exstence des mplantatons pou des plates-fomes dfféentes, y comps multpocesseu, l exstence des dfféentes fonctonnaltés spécfques aux noyaux temps éel, une documentaton suffsamment che et une lste de dscussons actve. elles-c nous pemettent d ente dans les détals de l mplantaton du noyau lés à la consommaton d énege pa le(s) pocesseu(s). e qu nous ntéesse dans cette sous-secton c est de pésente comment les ésultats du chapte pécédent peuvent ête utlsés dans l analyse a po de l mplantaton d une applcaton temps éel, et où dans le pocessus de développement de l applcaton ces aspects ntevennent. ette étude étant sutout généale, l est évdemment possble qu au passage effectf à l mplantaton d une applcaton patculèe, d autes aspects pussent nteven, sutout pam ceux spécfques à la platefome utlsée. Nous lmtons note pésentaton aux aspects généaux et aux pncpes communs à toutes les plates-fomes. Des modfcatons dans la concepton d un noyau temps éel pemettant de mnmse la consommaton d énege peuvent ête envsagées. Nous nous contenteons de les mentonne. Dans ce contexte, la secton IV.., tate de La consommaton énegétque et les aspects du noyau et de l mplantaton d une applcaton temps éel. Tout d abod, l est véfé que les odonnanceus poposés pa RTAI coespondent aux assetons fates concenant les plates-fomes pou lesquelles les ésultats mentonnés ont été obtenus. Apès une bève descpton des pncpes de fonctonnement des odonnanceus (de RTAI), nous constatons que ceux-c sont conçus d une manèe coespondant à quelques-unes de nos 8

25 hapte I Intoducton assetons et pemettent les modfcatons appopées pou qu elles pussent coesponde auss aux autes. Elles peuvent ête utlsées telles quelles pou les cas des applcatons sans changement de la vtesse du pocesseu duant l exécuton, auss ben pou les cas mono que multpocesseu. Pou les cas avec changement de vtesse, cette stuaton dot ête pse en compte pa une nouvelle mplantaton de RTAI. Dans une deuxème étape ( IV..), nous nous ntéessons à l nfluence de l odonnanceu et des poltques d odonnancement su la consommaton d énege. Le coût de l odonnanceu est le coût dû à l exécuton des lgnes de code du noyau spécfques à la poltque d odonnancement, mas ces lgnes de code ne consttuent pas une tâche supplémentae du système. La théoe d odonnancement ne dt pas où ce coût dot ête ps en compte et, pou une analyse détallée l faut connaîte les stuatons où l odonnanceu s actve. Pou RTAI-Lnux, l exécuton de l odonnanceu dot ête pse en compte dans l estmaton du temps d exécuton de la tâche qu a été nteompue pou l exécuton de l odonnanceu. Nous ndquons les facteus qu nfluencent le coût de l odonnanceu et nous palons des poltques d odonnancement mono coup et péodque, ans que du chox à fae ente les deux du même pont de vue de la mnmsaton de la consommaton d énege. Il est possble que, pou son fonctonnement, l applcaton se seve de cetans sevces offets pa le système, mas auss que cetanes fonctonnaltés du système ne soent pas pses en compte pa l applcaton. Pou le système d explotaton tous ces sevces consttuent des tâches. Afn de pemette une analyse a po su la fasablté et la consommaton énegétque due à l exécuton de l applcaton, toutes les tâches exstant dans le système duant cette péode dovent ête pses en compte ; autement dt, les tâches ndutes pa le système d explotaton dovent fae pate du modèle éel des tâches de l applcaton. La secton IV..3 tate de cet aspect pou le cas du RTAI. L dée pncpale est que l exécuton de l applcaton dot se déoule entèement dans l espace noyau : les tâches popement dtes, auss ben que toute tâche (sevce) système. D aute pat, nous constatons que pou l évaluaton péalable du coût énegétque, un même pocessus dot ête suv comme pou l estmaton de la fasablté du système du pont de vue de l odonnancement des tâches. Dans sa deuxème pate ( IV.3), le hapte IV popose un apeçu des plates-fomes physques actuellement dsponbles ans que su des outls logcels, qu pouaent pemette une valdaton des ésultats su les estmatons de la consommaton énegétque pésentés au hapte III. ette secton consttue une démache qu vent de compléte la secton IV., afn de pemette le début d un pojet de valdaton éel. Les solutons poposées vont ves les pocesseus Tansmeta usoe [TRA 03] (vo auss l Annexe ), les achtectues ARM v6 [ARM 03] et Altea Nos [ALT 03], avec des outls de développement conçus pa les constucteus espectfs ou avec des outls dsponbles pou Lnux, afn de fae mge le noyau RTAI-Lnux ves ces plates-fomes. Dans leus vesons actuelles les plates-fomes poposées véfent les assetons qu ont consttué les hypothèses pou cetans ésultats concenant la soluton statque. Pou les autes des modfcatons s mposent, mas pa leu phlosophe de concepton ces plates-fomes semblent ben se pête à ces modfcatons. L mplantaton effectve ou la modfcaton d un noyau pouvant gée les changements de vtesse du/des pocesseu(s), les modfcatons au nveau de la plate-fome de développement et la mse en œuve de toutes les conséquences patques dans l mplantaton d une applcaton lées à la consommaton d énege ben qu ntéessantes et utles pou attende le plus d aspects possbles ssus de l optmsaton de la consommaton d énege dépassent le cade de cette thèse. Ic nous avons voulu pemèement appofond la théoe su la consommaton énegétque et deuxèmement passe aux mplcatons dans les domanes 9

26 hapte I Intoducton patques. Sans mnmse l mpotance de l mplantaton, des pojets d ngénee devont ête menés consécutvement à note étude pou la valdaton expémentale de note appoche. Au hapte V nous concluons les tavaux développés/pésentés dans les chaptes pécédents et pésentons leus pespectves. L dée peut ête ésumée en dsant que les deux axes développés convegent ves une même soluton : affne l étape de développement de l applcaton pou supepose le meux possble les notons théoques et l mplantaton éelle et ans touve la confguaton la plus appopée du système en temes de : nombe de pocesseus à utlse, algothmes d odonnancement, technques d mplantaton des tâches. Nous ndquons auss ce qu este à fae dans la pousute de ces tavaux : des pojets pou passe de l état théoque de la nouvelle appoche à sa mse en patque, pa une mplantaton du noyau RTAI su une achtectue physque multpocesseu, ensute compléte la théoe des deux domanes ndqués au début de ce ésumé. Tous ces tavaux consttuent autant de pespectves de développement pou note étude, ce qu nous semble, une conséquence nomale de la nouveauté du domane abodé. Le but de l Annexe, Etude de cas, est de monte bèvement que des modèles mathématques assez smples vo même smplstes peuvent coesponde aux applcatons sophstquées ; c est le cas du modèle de tâches dentques ndépendantes, consdéé dans les chaptes antécédents, obtenu dans une applcaton embaquée temps éel de tansmsson des mages médcales dans un éseau local sans fl. Nous y pésenteons un ésumé des tavaux publés la concenant, éalsés duant la pépaaton de cette thèse. 0

27 HAPITRE II Etat de l at

28 hapte II Etat de l at II. Intoducton Le thème de l économe d énege pou les systèmes temps éel embaqués se stue à la confluence de pluseus domanes assez élognés les uns des autes : la concepton des systèmes embaqués, y comps les connassances technologques à jou su les pefomances des dveses composantes à utlse, la théoe algothmque et mathématque de l odonnancement mono et multpocesseu, la théoe des systèmes d explotaton temps éel et la connassance de ceux actuellement exstants. Pou cela cette thèse touche à des domanes dves, afn d établ les nfluences ssues de l optmsaton de la consommaton énegétque. Evdemment, popose de éalse un exposé détallé su tous ces domanes seat une tâche dffcle à accompl, voe même éalste dans le cade d une thèse. Pa conséquent, le cœu de cette thèse s appue su nos contbutons à la théoe de l odonnancement avec mnmsaton de la consommaton énegétque des pocesseus. Nous essayons auss d expme des nfluences et des contantes mposées pa ces ésultats su ces domanes. Nous pésentons donc quelques aspects concenant le détemnsme et l autonome des systèmes temps éel embaqués. Il faut tout d abod note que les deux notons, «temps éel» et «embaqué», appotent des concepts dfféents qu dovent ête ps en compte smultanément dans l étude du détemnsme et de l autonome. Dès le début, nous pécsons que les concepts pésentés sont tatés dans le cas d un système centalsé - vu comme système où «les décsons, la geston des essouces, l algothmque et la cohéence des données sont détemnées pa l exstence d nfomatons dans une mémoe commune accessble à toutes les tâches du système» ([OT 00]) et ls sont applqués aux achtectues monopocesseu et, espectvement, multpocesseu à mémoe commune. Quand nous palons de «détemnsme» dans ce contexte, nous pensons aux fats suvants. Duant la concepton d une applcaton temps éel à échéances stctes, nous connassons a po les tâches qu composent l applcaton et le fonctonnement désé de l applcaton. ela nous pemet d expme un scénao théoque des tâches et d estme pou l ensemble de tâches données la gaante théoque de leus échéances. ependant, ce qu est mpotant c est le compotement éel de l applcaton. Afn d y paven, cette étude péalable est basée su des estmatons pe-cas du temps d exécuton des tâches. ela sufft-l, et quelle est la dfféence ente l applcaton théoque et son exécuton effectve? Nous pensons c non seulement aux dfféences ente les temps d exécuton éels des tâches et les temps pecas, mas également aux autes tâches que le système d explotaton pouat ajoute, autes que les tâches effectves de l applcaton, afn de pemette leu exécuton. Autement dt, pou un ensemble de tâches donné, quel est, selon l mplantaton, l effet su le système éel? Pou y éponde, une compaason ente le scénao théoque et le scénao effectf des tâches s mpose. Dans cet espt, chaque concepteu d un système temps éel dot ête famlasé avec les ésultats les plus mpotants de la théoe d odonnancement et de leus mplcatons. Nous passons en evue ces ésultats, ans que les dfféents aspects lés à la poblématque du détemnsme de l exécuton des applcatons temps éel, de la manèe dont ls sont actuellement tatés. Apès une énuméaton des concepts utlsés dans la théoe d odonnancement ( II.3.), les dfféents algothmes sont pésentés ( II.3.) ans que les pncpaux ésultats su l odonnancement monopocesseu ( II.3.3) et multpocesseu ( II.3.4) des tâches péodques ndépendantes. La pésentaton est lmtée à ce modèle de tâches ca celu-c sea taté pa la sute pou étude le deuxème aspect annoncé su les

29 hapte II Etat de l at systèmes temps éel embaqués, l autonome. Pou éponde à la poblématque du détemnsme, l étude su la théoe d odonnancement dot ête appochée de l étude des systèmes d explotaton. La secton II.4 pote su les systèmes d explotaton temps éel : su les notons généales ( II.4.), su l mplantaton des applcatons temps éel et le fonctonnement du noyau ( II.4.), pou temne pa les caactéstques pncpales des noyaux temps éel Lnux ( II.4.3), ca un tel noyau sea utlsé dans le hapte IV afn d lluste les notons pésentées. oncenant le second concept, «embaqué», ce qu nous ntéesse c est l autonome du système. L autonome d un tel système dépend du chox judceux des composantes, selon les caactéstques désées de l applcaton, mas également des technques d mplantaton utlsées. Dans le chapte suvant on s ntéesse au deuxème aspect, et notamment à l odonnancement des tâches et la consommaton d énege au nveau du/des pocesseu(s). En tatant le cas des tâches péodques ndépendantes, le développement des dées sea fotement lé aux notons d odonnancement pésentées dans la secton II.3. Mas l seat également ntéessant et utle de compende les mplcatons de ces ésultats théoques su la concepton d un système embaqué. Pou faclte cette dscusson, la secton II. évoque les concepts généaux ( II..) lés aux systèmes embaqués et, en gandes lgnes, les phases de la concepton d un tel système, pou maque à la fn ( II..3) quelques epèes su les mplcatons ssues de la nécessté de mnmse la consommaton d énege dans le pocessus de développement d un système temps éel embaqué. Nous concluons ( II.5) en epenant les dées fondamentales, ce qu nous pemet d ntodue les concepts su lesquels nous ntevenons dans les chaptes qu suvent. II.. Su la concepton des systèmes embaqués II... oncepts En epenant la défnton poposée pa Wayne Wolf [WOL 00], on consdéea comme système embaqué tout dspostf pogammable qu n est pas un odnateu dans le sens popement dt du teme et qu, compte tenu des caactéstques de l applcaton, a une concepton appopée à celles-c. Une classfcaton des systèmes embaqués pouat ête éalsée en appot à la souce d énege utlsée : les systèmes embaqués connectés à une souce extene d énege (ex. l mpmante, le télévseu, la machne à lave, etc.) et les autes, qu dépendent d une souce d énege autonome ayant une duée de ve fne et souvent fasant pate du même système (ex. le PDA, le téléphone potable, les dfféents composants des automobles modenes, etc.). Nous nous ntéessons à ces denes systèmes, autonomes du pont de vue énegétque. Pou la plupat des cas, les systèmes embaqués dovent accompl leus tâches sous cetanes contantes de temps. Nous nous ntéessons dans le cade de cette thèse à ceux qu coespondent à des applcatons à contantes stctes. Pou le pocessus de développement d un système embaqué, afn de mnmse le coût de développement mas également celu du podut fnal même, une méthodologe de développement dot ête utlsée. Une telle méthodologe consste en un cade sémantque et 3

30 hapte II Etat de l at son schéma notatonnel les deux consttuant un langage de modélsaton (ex. UML, SML), un ensemble de séquences d actvtés et un ensemble d atéfacts de taval. Le pocessus de développement déct les actvtés qu gouvenent l utlsaton des éléments du langage et l ensemble des atéfacts du desgn ; l epésente l applcaton de ceux-c dans une séquence d actvtés défnes. II... oncepton Douglas [DOU 99] dentfe les phases de développement d un système embaqué, d une manèe généale pou ce qu concene sa pate logcelle. Elles estent néanmons les mêmes pou le développement ente d un système embaqué, s on ne pend pas en consdéaton la nécessté de développe un matéel spécfque à l applcaton, ou ce qu on appelle un co-desgn (constucton smultanée de la pate matéelle et logcelle du système). es phases sont les suvantes : La phase d analyse elle consste à dentfe les caactéstques essentelles de toutes les solutons possbles pou engende le système désé. La phase de concepton c est la phase qu ajoute des éléments à l analyse afn de défn une soluton patculèe qu optmse cetans ctèes. La phase de mplantaton ou la phase qu, automatquement ou manuellement, fount le code souce de la pate logcelle du système, pou about à l exécutable ; pa extenson du teme, elle peut epésente auss la phase qu fount les composantes matéelles spécfques, défnes dans la phase de desgn. La phase de test une phase pendant laquelle l est véfé que l mplantaton est équvalente à la concepton, et qu valde que l mplantaton especte tous les ctèes de coecton dentfés dans la phase d analyse. Le modèle d un système est un ensemble ogansé et cohéent d abstactons qu collaboent afn d attende la descpton du système à un cetan nveau de détal et de matuté. Avec cette défnton et compte tenu des dfféentes phases de développement, on peut pale d un modèle de l analyse, de la concepton, de l mplantaton et du test, des modèles qu ne sont que des vues dfféentes du même modèle du système. Regadant plus pofondément dans la phase d analyse, on constate qu elle-même consste en pluseus sous phases, plus ou mons détallées, en foncton de la complexté du système. Il s agt de : L analyse des condtons equses ou l dentfcaton des condtons equses pa l utlsateu et leu stuctuaton dans une fome compéhensble. L analyse du système ou la constucton d un modèle plus goueux basée su les condtons equses, une constucton qu fat une patton du compotement du système en composantes mécanques, électonques et logcelles. es deux phases d analyse founssent les éléments de la décomposton fonctonnelle et compotementale du système, utlsés dans le modèle du système. e modèle et les condtons equses foment les spécfcatons du système. L analyse objet epésente une phase d analyse généalement appochée de la phase de développement de la pate logcelle ; elle consste en une analyse stuctuelle d objet (dentfe les untés stuctuelles de la décomposton d un 4

31 hapte II Etat de l at objet, comme les classes et les objets popement dts, leus untés ogansatonnelles et les elatons ente ces éléments) et en une analyse compotementale d objet (défnt les modèles essentels de compotement dynamque pou les classes dentfées). Note : On compend pa objet une pate de la décomposton d un système. Les objets collaboent en clustes pou accompl un cetan but. Pou ce qu concene la phase de concepton, on pale d une concepton : Achtectuelle qu donne une vue ogansatonnelle ou déployée des composantes de l analyse objet, une vue de développement (les atéfacts non exécutables sont dvsés en dfféentes pates afn d ête dstbués aux dfféentes équpes, et les nteactons ente les atéfacts sont défnes) et une vue concuentelle, pou dentfe le contexte de concuence exstant ente les dfféents objets du système. Mécanstque le pocessus de mette ensemble les dfféents mécansmes dentfés, pou faclte la collaboaton des objets du système. Détallée qu met ensemble toutes les nfomatons données pa le desgn achtectuel et mécanstque, et qu défnt les tanslatons qu dovent ête effectuées en temes de stuctues à ête codées, la vsblté et le type de données, la éalsaton des assocatons, agégatons et compostons dans le langage de pogammaton chos. es concepts pemettent de pense au pocessus de développement d un système embaqué comme un cycle de ve. e cycle de ve, selon la fome dont les dfféentes phases s enchaînent, peut ête de type : cascade (angl. «watefall»), téatve ou pa céaton de pototypes («thow-away» ou jeté : ex. les GUI) et/ou en suvant un développement ncémental, de type «pense à l hozontale, éalse à la vetcale». W. Wolf [WOL 00] évoque pluseus nveaux d abstacton d un système embaqué : les condtons equses, la spécfcaton, l achtectue, le desgn des composantes, l ntégaton du système. Les mêmes abstactons se etouvent, sous dfféents noms de modèles du système, dans la concepton plus détallée d un système embaqué poposée pa Douglas [DOU 99]. En ce qu concene le pocessus de développement même, [WOL 00] pésente deux technques : «top-down» à pat d une descpton tès abstate, tavalle jusqu aux plus petts détals, et «bottom-up» constue le système en commençant pa les plus pettes composantes. D habtude, la concepton éelle est basée su l utlsaton des deux technques smultanément, ben que les phases de affnement condusent plutôt à une appoche de type cascade. Evdement, les étapes généales poposées pou la éalsaton d un système embaqué devennent plus concètes pou une applcaton temps éel pécse. II..3. Les aspects de la consommaton d énege et le cycle de ve d un système temps éel embaqué Il est nécessae que toute pesonne tavallant dans la concepton des systèmes (temps éel) embaqués sot famlèe avec cetans ésultats classques concenant chaque phase de développement d un tel système, c'est-à-de des ésultats de la théoe d odonnancement y comps la théoe de la complexté et celle d optmsaton et auss de la théoe des 5