Contribution à l'amélioration des plateformes virtuelles SystemC/TLM : configuration, communication et parallélisme

Abstract

Le marché de l’Internet des Objets (IdO) est en pleine progression. Il va continuer à croître et à se développer à un rythme soutenu dans les prochaines années. Les objets connectés sont constitués de composants électroniques dédiés, de processeurs et de codes logiciels. La conception de tels systèmes constitue aujourd’hui un challenge au niveau industriel. Ce challenge est renforcé par la concurrence du marché et le délai de commercialisation qui impactent directement sur le développement d’un système. Le processus de conception actuel consiste en l’élaboration d’un cahier des charges. Dans un premier temps, l’équipe en charge du développement matériel commence à développer le produit. Ensuite, la partie applicative peut être mise au point par les développeurs logiciels. Une fois le premier prototype matériel disponible, l’équipe logicielle peut alors intégrer sa partie et tenter de la valider fonctionnellement. Cette étape peut mettre en lumière des défauts dans le logiciel mais aussi lors de la conception matérielle. Malheureusement,la découverte ce type d’erreurs intervient beaucoup trop tard dans le processus de conception retardant la commercialisation du système. Afin de sécuriser au plus tôt les développements matériel et logiciel, des méthodologies basées sur le standard SystemC/Transaction Level Modeling (TLM) ont été proposées. Elles permettent de modéliser et de simuler du matériel. Durant les phases amont de conception d’un système, elles permettent de mettre en commun une version virtuelle du (futur) système entre les équipes logicielle et matérielle. Cette version virtuelle est plus couramment appelée plateforme virtuelle. Elle permet de tester et de valider le plus tôt possible lors du cycle de conception, de réduire le coût matériel en limitant la fabrication de prototypes, mais aussi de gagner du temps et donc de l’argent en diminuant les risques. Or, les objets intègrent de plus en plus de fonctionnalités aux niveaux matériel et logiciel. Les besoins ayant évolué, le standard de simulation SystemC/TLM ne répond plus à l’heure actuelle à toutes les attentes. Ces attentes concernent plus particulièrement les aspects liés à la simulation de systèmes composés de nombreuses fonctionnalités, de protocoles de communication disparates mais aussi de modèles complexes et consommateur de temps pendant la simulation. Des activités de recherche ont déjà été menées sur ces sujets. Cependant, elles ont pour la plupart abouti à des solutions qui ne sont pas interopérables. Les solutions existantes ne permettent donc pas de bénéficier de la réutilisation des modèles de la littérature. Afin de répondre à ces problèmes,une solution permettant la configuration de modèles SystemC/TLM a été recherchée. Cette dernière fait désormais partie du standard Configuration, Control and Inspection (CCI). Dans un second temps, la modélisation de protocoles de communication à un haut niveau d’abstraction(TLM Loosely Timed (LT) et Approximately Timed (AT)) a été étudiée, et plus précisément des protocoles de type non bus. Une évolution du standard actuel permettant d’améliorer le support,l’interopérabilité, la réutilisation a été proposée dans le cadre de la thèse. Ensuite, une évolution du standard SystemC et plus précisément du comportement du noyau de simulation a été étudiée pour supporter l’attente d’événements asynchrones. Ce type d’événement ouvre la voie à la parallélisation et la distribution de modèles sur différents threads / machines. Enfin, une solution permettant l’intégration de modèles de Central Processing Units (CPU) intégrés dans QuickEMUlator (QEMU), un émulateur / virtualisateur de système, a été étudiée. Finalement, toutes ces contributions ont été associées à travers la modélisation d’un ensemble d’objets connectés à une passerelle.