Mdificatin des UVs de la filière STRIE et créatin de SY32. Vérnique Cherfaui 25 juin 2014 1. Intrductin La filière STRIE (Système Temps réel et Infrmatique embarquée) est une filière chisie par peu d étudiant alrs que le dmaine de l embarqué est un dmaine en pleine évlutin qui recrute beaucup et qui suffre du manque d ingénieurs en France (Surces : Syntec numérique, Assises de l embarqué 2012 et 2013, Rapprt OPIEEC 2008, Rapprt Pttier 2013). De nmbreux EC du GI interviennent dans cette filière du fait de leur frmatin, de leur intérêt et leur implicatin dans des prjets de recherche en lien avec le lgiciel embarqué (drnes, véhicules intelligents, bjets cmmunicants, autmatique). C est dnc une filière imprtante pur le GI et l UTC et qui mériterait de se dévelpper. Le cntenu de certaines UVs tel qu il est décrit dans le catalgue des UVs n est pas actualisé et l intitulé des UVs n est pas très lisible. Nus prpsns dnc de mettre à jur les cntenus et de mdifier les sigles et intitulés de 2 UVs NF33 et MI03. I En tant que respnsable de filière, je tiens à suligner que 4 UVs de la filière u en lien avec la filière (MI03, NF33, SY27 et SY31) nt des TPs et prjets sur des plate- frmes matérielles qui snt gérées par les EC eux- mêmes sans supprt spécifique d ingénieurs u d assistant ingénieurs. La mindre panne sur du matériel engendre des prblèmes et du retard dans le fnctinnement des UVs. «Les deux parties de l Iceberg»Illustratin du rapprt de D. Pttier «Lgiciel Embarqué, Rapprt de missin 2013 Cntexte, enjeux et recmmandatins» 1
Pur mémire la filière est structurée de la façn suivante : STRIE& aujurd hui& PCB& PSF& UVs&0& & SY31& Capter&des& infrma8ns&sur& l envirnnement& SY23& Méthdlgie,& &SdF& SY15& Cmmander&un& système& MI03&&:& cntraintes& temprelles,& embarqué& SY27&:&& Machines&& Intelligentes& NF33&:& Cncep8n& architecture&& Cmmuniquer&avec& d autres&systèmes& SR04,&SR05& SY26& LO12& GE40,&L023& MI01,&SY08& SY14& Mdéliser,&& Visualiser& En A2014 la filière aurait la structure suivante : Capter&des&infrmaMns&sur& l envirnnement,& visualiser& RV01& STRIE&&2014& Cmmuniquer&et& interagir&avec& d autres&systèmes& SR04,&SR05& PCB& PSF& UVs&0& & SY31,& SY32& MI11&&:& cntraintes& temprelles,& cibles&spécifiques& SY15& Cmmander&un& système& MI12&:& Ingénierie&de& l embarqué&& SY26& IA04& Méthdlgie,& &SdF& GE40,&L023& SY27&:&& Machines&& Intelligentes& MI01,&SY08& SY14& Exemples de parcurs d un(e) STRIEUR(SE) Parcurs Infrmatique Embarquée: NF33, MI03, SY27, SY15 Parcurs Rbtique MI03, SY15, SY27, IA04, RV01, Parcurs Objets Cmmunicants MI03, NF33, SY27, SR04, SR05, Ce dcument présente d une part les prpsitins d évlutin et mises à jur des UVs MI11 et MI12 (ex NF33 et MI03) et d autre part la créatin d une UV «Analyse et synthèse d image» SY32 pur remplacer SY23 et LO12. 2
2. Mise à jur des cntenus des UVs de filière (UVs PSF : NF33, MI03) et changement de sigle Les principales mdificatins cncernent les cntenus de MI03 et NF33 en fnctin des évlutins technlgiques dans le dmaine des systèmes embarqués et systèmes temps- réels et un renmage des UVs pur plus de visibilité. MI11 - Lgiciels embarqués et cntraintes Temps Réel, ex- MI03 (Systèmes temps- réel) Demande MI03 : - Mdificatin de l'intitulé de l'uv et du sigle - Validatin du cntenu. - Mdificatin du nmbre d heures : - 1 séance de TP de 4 heures par semaine (dnc au mins 11 séances, vire 12) sit 44 (vire 48) heures de TP pur un grupe. Pas plus de 14 persnnes par grupe. - pas de TD Mts clés : Systèmes d'explitatin embarqués, systèmes multitâches temps réel, rdnnancement temps réel, systèmes répartis, cmmunicatins temps réel, synchrnisatin, dévelppement barebnes. Curs La maîtrise du temps est à la fis un défi et une nécessité pur les systèmes infrmatiques de traitement de l'infrmatin en lien avec le mde physique. La mise en œuvre de tels systèmes est aujurd'hui un savir faire recherché dans l'industrie. L'bjectif, à travers les différentes parties de l'uv (curs, TP) est de sensibiliser les étudiants aux aspects thériques de la prise en cmpte des cntraintes temprelles cmme l'rdnnancement de prcessus péridiques et apéridiques, ainsi qu'aux subtilités de la mise en œuvre d'un exécutif embarqué et temps réel. Dans le curs, après une intrductin présentant les ntins fndamentales en liaisn avec un exécutif temps réel, n présente un exemple de système d'explitatin embarquable (Linux) puvant être asscié à un nyau temps réel (Xenmai) et les spécificités de mise en œuvre sur une cible déprtée. On détaille ensuite les ntins permettant la cnstructin d'un exécutif embarqué sur une cible déprtée, base de la mise en œuvre d'un OS temps réel. On abrde ensuite les aspects cnceptuels cnduisant au chix d'une architecture mnlithique u répartie. La ntin de temps glbale sur un système réparti est explicitée. On présente aux étudiants 3
les cncepts imprtants pur la spécificatin d'applicatin temps réel, en prenant en cmpte la pssibilité que ces applicatins fnctinnent sur un système réparti. Les abstractins utiles à la rédactin d'exigences snt détaillées, en particulier la différence entre éléments de cntrôle lgiques et éléments de cntrôle temprel. On explre aussi la relatin entre cnstructin d'une applicatin, temps d'exécutin et rétablissement de fnctinnalité après erreur. Si un système est réparti, une partie de l'architecture est un réseau. Les caractéristiques des prtcles puvant permettre le respect de critères temprels snt analysés. On explicite à la fin les ntins de précisin temprelle qui cnduisent à savir si une image RT peut être utilisée telle quelle u s'il faut mettre en œuvre des mécanismes d'bservatin/estimatin. Pur une applicatin temps réel, un résultat juste mais hrs délai est un résultat faux. Dans ce cntexte, des mécanismes qui permettent la prise en cmpte des cntraintes temprelles snt dévelppés et intégrés dans les systèmes d'explitatin capables de supprter des applicatins temps réel. Une large place dans le curs est faite aux techniques d'rdnnancement qui rendent pssible la maîtrise du temps. Des méthdes de spécificatin et de validatin snt intrduites. Travaux Pratiques Une large place est laissée aux TP dans l'uv afin de cnfrnter les étudiants aux aspects d'implémentatin d'un système d'explitatin embarqué, de la chaine de cmpilatin crisée à la cnstructin d'un système adapté à la platefrme. On leur prpse ensuite de mettre en applicatin les ntins de dévelppement Bare bnes sur cible à prcesseur ARM. cette phase de quatre séances sert de base à la mise en œuvre d'un nyau temps réel simple dnt le cde dit être cmplété pur arriver à un système fnctinnel. Une séance est dédiée à la cnstructin d'une applicatin basée sur un OS temps réel. Enfin, un dernier TP cnfrnte les étudiants à des utils de validatin de respect d'exigences temprelles. Smmaire des curs Intrductin aux systèmes temps réel Un exemple de système embarqué Dévelppement embarqué Bare bnes Quelle architecture pur les systèmes critiques Temps glbal Les structures pssibles d'un système temps réel Ntins de mniteur et de primitives Les fnctins d'un exécutif temps réel Ntin de prcessus et de tâche LINUX embarqué une extensin temps réel de LINUX : XENOMAI Dévelppement embarqué Une chaîne de bas niveau Intéractin hôte/cible Débgage matériel Fnctins et frmes Prpriétés imprtantes Temps et rdre Mesure du temps Synchrnisatin d'hrlges 4
Mdélisatin de systèmes temps réel Cmmunicatins temps réel Relatins temprelles Algrithmes d'rdnnancement Méthdes d'rdnnancement Cnceptin et validatin d'une applicatin temps réel Abstractin apprpriée Eléments structuraux Cntrôles temprel et lgique Pire cas d'exécutin Etat d'histrique Exigences Cntrôle de flux OSI pur temps réel? Cnflits dans le design de prtcles Prtcles d'accès média Entités, images et bjets RT Précisin temprelle Permanence et idemptence Déterminisme Critères de qualité d'un algrithme d'rdnnancement Prtée d'un algrithme d'rdnnancement Classificatin Stratégies d'rdnnancement de tâches indépendantes Stratégies d'rdnnancement de prcessus apéridiques Tâches apéridiques à cntraintes relatives Tâches apéridiques à cntraintes strictes Ordnnancement et relatins entre tâches Phases de la cnceptin Méthdes de spécificatin et de cnceptin Un exemple : AADL Equipe pédaggique Respnsable de l UV : J. De Miras. Autres intervenants : Bris Vidlv, (EC) Stéphane Bnnet (IR), Gérald Dherbmez (IR). Bibligraphie 1. Cmmande en temps réel : cnceptin et mise en œuvre d'un exécutif multitâche, D. Tschirhart, Dund 2. MicrC/OS- II, Secnd Editin, Jean J. Labrsse, CMPBks 3. Real- Time systems: design principles fr distributed embedded applicatins ; Hermann Kpets ; Kluwer Academic Publishers 4. Site web du fabriquant des platines de TP : www.armadeus.rg/ Remarque : Les TP snt mis en place et maintenus par les intervenants de l UVs. 5
MI12 Ingénierie des systèmes embarqués, ex- NF33 (Cnceptin des systèmes numériques) Demande NF33 : - Mdificatin de l'intitulé et du sigle de l'uv - Validatin du cntenu. 1 Intrductin L Unité de Valeur NF33 est l une des 4 UVs de la filière Systèmes Temps Réel et Infrmatique Embarquée (STRIE), du département Génie Infrmatique. Elle a été créée à l ccasin du lancement de la filière STRIE en 2003. Elle est prgrammée au printemps, avec un effectif maximum de 18 étudiants. Au fur et à mesure des semestres d enseignement, le cntenu de cette UV a évlué afin de suivre le prgrès technlgique et l avancement des utils de dévelppement crrespndants, et afin de prendre en cmpte les prpsitins des intervenants industriels externes qui présentent des curs (3 à 4 par semestre), dnt certains snt membres du bureau de département du Génie Infrmatique. Le cycle de cnceptin de système infrmatique embarqué s'est vu prgressivement enrichi par les nuvelles apprches basées "mdèle" (Mdel Based Engineering). La preuve de remplir les exigences requises est ainsi plus facile à démntrer (Mdel Checking). De nmbreux utils se snt psitinnés sur ce créneau, afin d assister l ingénieur- cncepteur d un système embarqué dans les chix technlgiques qu il dit faire. Nus présentns dans cette UV le cycle de cnceptin d un système embarqué, d après la nrme de l état de l art actuel : standard «INCOSE fr embedded systems». Cette UV abrde dnc la méthde de cnceptin d un système embarqué qui cmmence par définir et éliciter les exigences. Celles- ci snt ensuite évaluées afin de les pririser et d y détecter tut illgisme. Ensuite les phases successives de dévelppement snt présentées : la mise en place des fnctins nécessaires, la mdélisatin de ces fnctins. Le chix de la platefrme de traitement est ensuite présenté. Cmment évaluer les perfrmances nécessaires et cmment truver l architecture infrmatique qui satisfait ces exigences. L explratin de l espace de slutins est ensuite étudiée, mettant en œuvre une ptimisatin multicritères, afin de définir l ensemble des slutins (fnctin/architecture) à retenir. Des exemples des dmaines avinique et autmbile snt présentés tut le lng des thèmes des curs. 2 Travaux Dirigés 2.1 Séances cmmunes Au curs de 3 séances cmmunes, les prjets snt présentés aux étudiants. Chaque binôme chisit un sujet de mini- prjet. Les exigences de chaque prjet snt analysées en utilisant l util Eclipse. 2.2 Séances de mini- prjets 6
Les sujets de mini- prjets actuellement répndent à plusieurs exigences : - Le sujet dit être attractif pur les étudiants - Le temps nécessaire au dévelppement ne dit pas dépasser les séances de TD - Le dévelppement dit être réalisé sur une platefrme embarquée Afin de garder le cût des platefrmes infrmatiques de l UV à des niveaux abrdables, plusieurs sujets utilisent un Smartphne, équipé d un prcesseur de la série ARM7 u ARM9 u équivalent, et du système d explitatin Andrid. Le principe est dnc d interagir avec les capteurs d un Smartphne afin de réaliser une fnctin précise. Vici ci- dessus des exemples de sujets, sachant que les sujets prpsés évluent à chaque semestre d enseignement : - Lcalisatin par GPS sur Smartphne (capteur GPS et bussle magnétique) - Cmpteur de pas (accélérmètres x, y et z et bussle magnétique) - Obtenir un cmprtement déterministe au niveau du temps de réactin à partir d une platefrme d un système d explitatin Andrid (nn- déterministe) - Estimatin de la cnsmmatin d énergie de plusieurs implémentatins d un algrithme - Estimatin des pires temps d exécutin de diverses implémentatins d algrithmes - Interface avec un capteur de Kinect. Evaluatin des temps d exécutin 3 Equipe pédaggique Respnsable de l UV : M. Shawky Curs : M. Shawky et 3 à 4 invités de l industrie (exemples : Anix, MBDA, Renault Trucks, PSA, etc.) TD : Vacataire pur les séances sur les exigences et certaines séances mini- prjet - M. Shawky pur les premières séances mini- prjets 4 Plan des curs. 1 Ingénierie des systèmes embarqués, intrductin. 2 Challenge systèmes embarqués. 3 Exemples exigences aérnautique et autmbile. 4 Mdélisatin 1 : principes. 5 Mdélisatin 2 : chix du mdèle et utils de mdélisatin. 6 Cntraintes temprelles et perfrmances. 7 Evaluatin du Wrst Case Executin Time. 8 Examen Médian. 9 Mdélisatin temps/architecture, LUSTRE, SCADE. 10 Mdèles d architecture. 11 Explratin de l espace de cnceptin d architecture. 12 Langages de mdélisatin d architecture AADL. 13 Structure d un algrithme d une fnctin réactive. 14 Architectures multi- cœurs. 15 Intégratin de l architecture, exemples avinique et autmbile 7
3. Créatin de SY32 : Analyse et synthèse d images. Pur mémire : SY23 est fermée depuis 3 ans, LO12 en effectif faible depuis 3 ans et mieux adaptée à un début de branche. SY21 est lâchée en 2012 par Patrice Simard. SY31 est créée à l autmne 2012 : Capteurs pur les systèmes intelligents. L bjectif est de dnner un aperçu aux étudiants de la technlgie des capteurs largement utilisés dans les bjets qui nus enturent et de décrire les traitements nécessaires sur les dnnées brutes. Si les étudiants veulent aller plus lin, il peuvent suivre la filière STRIE et/u les UV SY 23, SY26, SY16, mais il y a trp peu de d inscrits en SY23 pur qu elle puisse uvrir. Demande SY32 : Créatin de l UV pur P2015 Validatin du cntenu. Remplace SY23 et LO12 (n perd une UV) En prérequis de RV01 On bserve depuis quelques années une baisse des effectifs des UVs en lien avec STRIE : SY23 «Image et visin» et de LO12 «Bases de la synthèse d image» qui cnduit parfis à une fermeture d UV. Il est cependant nécessaire de garder un enseignement autur de l image numérique à l UTC car celle- ci est mniprésente dans de très nmbreux dmaines. Nus prpsns dnc de faire une nuvelle UV présentant les bases du traitement et de l analyse d image (image prcessing) et de l infrmatique graphique (cmputer graphics). Cette UV peut être suivie par des GI02 u GI04 puisqu elle n abrde que les fndements de ces dmaines et demande peu de pré- requis. Cette UV permettra aux étudiants de répndre plus facilement aux ffres de stages TN09 et TN10 abrdant la 3D (pengl) u le traitement d image (pencv). Elle purrait d ailleurs être un pré- requis pur l UV RV01 (Réalité Virtuelle) qui utilise ces techniques de l image et cela laisserait un peu plus de temps à I. Thuvenin pur dévelpper d autres chapitres. Descriptin brève Le but de cette UV est d acquérir les techniques et méthdes liées au traitement, à l analyse et à la synthèse d image numérique. Ce curs dnne aux étudiants une bnne cnnaissance du traitement numérique des images et présente les fndements de l'infrmatique graphique 3D. Mtivatin L image numérique est aujurd hui mniprésente dans de très nmbreux dmaines tant en recherche que dans l industrie. On peut citer par exemple la rbtique, l aide au diagnstique médical, l imagerie aérienne et satellitaire, la surveillance, le cinéma, les médias, le dévelppement 3D, les interfaces graphiques, la réalité virtuelle, etc. Cette UV permet d'acquérir des bases du traitement, de l'analyse et de la synthèse d'images. Elle abrde les techniques mathématiques de l'image, le dmaine de la visin par rdinateur et l'infrmatique graphique. 8
Objectif Dnner un aperçu aux étudiants des techniques liées à l image numérique : du traitement de l analyse, de la synthèse vire un peu de visin. Equipe pédaggique : Vérnique Cherfaui, Vincent Frémnt et Franck Davine Structure : CM 32H, TD 32H, TP 16H Evaluatin : Examen final, médian et Cntrôle de TP Cnditins d'attributin : (Nte final)*0,5+(médian)*0,3+(nte TP)*0,2. Niveau cnseillé : GI02, GI04 (semestre Printemps) Prérequis : des ntins de prgrammatin (langage C) Prgramme 1) La représentatin d images (culeur, représentatins multi- échelles, descripteurs) Le traitement d images (filtrage, restauratin, cmpressin) L analyse d images (détectin, recnnaissance et suivi d bjets, segmentatin) La visin par rdinateur (mdèles de caméra, calibratin, gémétrie multi- vue, stérévisin, Structure- Frm- Mtin, Flt ptique, gémétrie discrète) 2) Mdèles 3D pur le calcul d images numériques Graphes de scène, transfrmatins, Gestin des parties cachées, vlumes de visualisatin, Mdèles d éclairage lcal et glbal Textures Les TPs sernt réalisés sur des statins de travail de l UTC et éventuellement avec les kinects de la platefrme rbtique. Exemples de TN10 (extraits des prjets validés A et P 2014 ): en ruge, des cnnaissances en synthèse u traitement d images snt requises. ATOS INTEGRATION Ats ARIZONA CHEMICAL SAS ADVEEZ ADVEEZ AUTOMATISME REGULATION Dévelppement d'util de cnceptin et de vérificatin de prpriétés frmelles pur des prcédures embarquées Dévelppement d'un atelier de cnceptin de prcédures embarquées Stagiaire Ingénieur Prductin Dévelppement d?un plugin de lcalisatin de persnnes pur la suite lgicielle d?adveez Dévelppement de drivers (USB, Ethernet?) pur interfacer un réseau de systèmes de cntrôles d?accès «mains libres» Ingénierie en supervisin de rbts de gestin intelligente des bâtiments 9
INDUSTRIELLE ET AGRICOLE RENAULT ST - Implémenter un démnstrateur AUTOSAR du diagnstic d'un lgiciel de cntrle mteur NEW IMAGING TECHNOLOGIES Stage Infrmatique Traitement d'images RENAULT Thales Training & Simulatin BULL VOLTALIS TELMA CWD Technlgy - Sellerie de Nntrn Inside Secure PRAXEDO INERGY AUTOMOTIVE SYSTEMS FRANCE Institut de Recherche Technlgique B- COM Dashlane Inc. Dashlane Inc. MASA grup ST - Implémenter un démnstrateur AUTOSAR du diagnstic d'un lgiciel de cntrle mteur Dévelppement d?un mdule Hardware/sftware embarqué pur la supervisin de systèmes de simulatin (ref : GNG_2014_002 ) Prtage d'applicatins pensurces sur platefrmes PwerPC, AIX u Linux H/F Ingénieur stagiaire applicatifs temps réel Offre de stage : Ingénieur infrmatique industrielle Récupératin et analyse de dnnées de lcmtin du cheval à l'effrt. Démnstrateur pur l'anticntrafaçn à base de circuits sécurisés Objets cnnectés en entreprise (Ggle Glass, Samsung Gear..) Créatin d'une salle de réalité virtuelle Cmmande vcale, applicatin à la chirurgie assistée par rdinateur Intern andrid develper Intern ios develper Améliratin d?un util de mdélisatin de terrain numérique Ac6 : AvenA Slutins 3D Intégratin et dépliement d?un util de CAO 3D, Simulatin u PLM au sein d?une entreprise industrielle : Enjeux, difficultés et Méthdlgie. Dévelppement lgiciel d'une statin de navigatin endvasculaire 3D M 2 INTERACTIVE THALES OPTRONIQUE THALES COMMUNICATIONS & SECURITY CALOR FILLON TECHNOLOGIES COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES JC DECAUX CONTINENTAL AUTOMOTIVE FRANCE THALES COMMUNICATIONS & SECURITY ELECTRICITE DE FRANCE ASTRIUM SAS Dassault Systèmes - STAGE - Ingénieur Dévelppement lgiciel (H/F) - Vélizy ETUDE DE METHODES DE RECONNAISSANCE DES FORMES EN IMAGERIE INFRA- ROUGE Analyse et dévelppement d'un util de surveillance de plusieurs équipements système Stage Interface Hmme Machine DEVELOPPEUR INFORMATIQUE EMBARQUEE Dévelppement d'un plugin d'authring pur le mteur de simulatin physique XDE STAGIAIRE : Ingénieur dévelppement de nuveaux services NFC H/F Outil d'evaluatin de la sureté fnctinnelle d'une architecture électrnique autmbile Participatin à l'industrialisatin d'un framewrk de génératin de cde pur applicatins temps- réel distribuées DEVELOPPEMENT DE l'interface HOMME MACHINE DE DEPLACEMENT DU ROBOT DU PROJET INNOVATION PETALE Simulatin de plate- frme aérprtuaire. 10
APPLE COMPUTER INC CEDRAT RECHERCHE VALEO VISION SAFRAN Thales Training & Simulatin Ac6 UTC - Directin Innvatin et Partenariats ORANGE LAB TOKYO Clud Services Lcalizatin Engineer intern Cntrôle avancé d'actinneurs innvants DEVELOPPEMENT D'UNE APPLICATION DE SUIVI DE VEHICULE A BASSE VITESSE Dévelppement du Système de Sécurisatin d'applet Develppez des mdules Sftware pur le lgiciel GOLD( General On- Line Diagnstic ) System Wrkbench fr MCUs Stage créatin d'entreprise ' Head munted display (HMD) ' VIRTUAL TECHNOLOGIES SERVICES Dévelppeur applicatif AND CONSULTING 11