A MARTE-Based Reactive Model for Data-Parallel Intensive Processing: Transformation Toward the Synchronous Model
Un Modèle Réactif Basé sur MARTE Dédié au Calcul Intensif à Parallélisme de Données : Transformation vers le Modèle Synchrone
Résumé
The work presented in this dissertation is carried out in the context of System-on-Chip (SoC) and embedded system design, particularly dedicated to data-parallel intensive processing applications (DIPs). Examples of such applications are found in multimedia processing and signal processing. On the one hand, safe design of DIPs is considered to be important due to the need of Quality of Service, safety criticality, etc., in these applications. However, the complexity of current embedded systems makes it difficult to meet this requirement. On the other hand, high-level safe and verifiable control, is highly demanded in order to ensure the correctness and strengthen the flexibility and adaptivity of DIPs.
As an answer to this issue, we propose to take advantage of synchronous languages to assist safe DIPs design. First, a synchronous modeling bridges the gap between the Gaspard framework, which is dedicated to SoC design for DIPs, and synchronous languages that act as a model of computation enabling formal validation. The latter, together with their tools, enable high-level validation of Gaspard specifications.
Secondly, a reactive extension and improvement to a previous control proposition in Gaspard, is also addressed. This extension is based on mode automata and contributes to conferring safe and verifiable features onto the previous proposition. As a result, model checking and discrete controller synthesis can be applied for the purpose of correctness verification.
Finally, a Model-Driven Engineering (MDE) approach is adopted in order to implement and validate our proposition, as well as benefit from the advantages of MDE to address system complexity and productivity issues. Synchronous modeling, MARTE-based (the UML profile for Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded system) control modeling, and model transformations, including code generation, are dealt with in the implementation.
Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la validation formelle et le contrôle réactif de calculs à haute performance sur systèmes-sur-puce (SoC).
Dans ce contexte, la première contribution est la modélisation synchrone accompagnée d'une transformation d'applications en équations synchrones. Les modéles synchrones permettent de résoudre plusieurs questions liées à la validation formelle via l'usage des outils et techniques formels offerts par la technologie synchrone. Les transformations sont développées selon l'approche d'Ingénierie Dirigé par les Modèles (IDM).
La deuxième contribution est une extension et amélioration des mécanismes de contrôle pour les calculs à haute performance, sous forme de constructeurs de langage de haut-niveau et de leur sémantique. Ils ont été défini afin de permettre la vérification, synthèse et génération de code. Il s'agit de déterminer un niveau d'abstraction de représentation des systèmes où soit extraite la partie contrôle, et de la modéliser sous forme d'automates à états finis. Ceci permet de spécifier et implémenter des changements de modes de calculs, qui se distinguent par exemple par les ressources utilisées, la qualité de service fournie, ou le choix d'algorithme remplissant une fonctionnalité.
Ces contributions permettent l'utilisation d'outils d'analyse et vérification, tels que la vérification de propriétés d'assignement unique et dépendance acyclique, model checking. L'utilisation de techniques de synthèse de contrôleurs discrets est également traitée. Elles peuvent assurer la correction de faˆ on constructive: à partir d'une spécification partielle du contrôle, la partie manquante pour que les propriétés soient satisfaites est calculée. Grâce à ces techniques, lors du développement de la partie contrôle, la spécification est simplifiée, et le résultat est assuré d'être correct par construction.
Les modélisations synchrone et de contrôle reposes sur MARTE et UML. Les travaux de cette thèse sont été partiellement implémentés dans le cadre de Gaspard, dédié aux applications de traitement de données intensives. Une étude de cas est présentée, dans laquelle nous nous intéressont à une application de système embarqué pour téléphone portable multimédia.