Academic literature on the topic 'Systèmes adaptatifs (informatique) – Réseaux logiques programmables par l'utilisateur'

L'apport principal de la logique câblée par rapport au microprocesseur est le degré de parallélisme qui est supérieur de plusieurs ordres de grandeurs. Cependant la propriété de configurabilité de ces circuits entraîne un surcoût considérable en terme de surface de silicium, de temps de propagation et de consommation énergétique par rapport à des circuits figés tels que les ASIC. La reconfiguration dynamique des FPGA est alors souvent présentée dans la littérature comme un moyen d'augmenter leur flexibilité, pour approcher celle des microprocesseurs, tout en conservant un niveau de performance sinon proche des ASIC du moins nettement supérieur à celui des microprocesseurs. Si la performance est en général, au moins pour un domaine applicatif donnée, assez facile à quantifier, il en va tout autrement pour la flexibilité. Non seulement cette dimension n'est jamais quantifiée dans la littérature, mais nous n'avons trouvé aucune définition de la flexibilité d'une architecture de traitement de données. L'objectif principal de ce travail de thèse est donc d'une part de définir et quantifier la flexibilité et d'autre part de modéliser l'influence de la reconfiguration dynamique sur la flexibilité. Nous mettons à disposition une métrique ainsi qu'un embryon de méthodologie permettant au concepteur d'opter ou non pour cette solution en fonction de ses contraintes et objectifs
The principal contribution of the wired logic compared to the microprocessor is the degree of parallelism which is in higher several orders of magnitude. However, the property of configurability of these circuits involves an additionnal cost in term of silicon surface, delay and power consumption compared to circuits ASICs. The dynamic reconfiguration of the FPGA is often presented in the literature like a means of increasing their flexibility, to approach that of the microprocessors, while preserving a level of performance that if not is close to the ASIC is higher than of the microprocessors. If the performance is in general, for a given application, more easy to quantify, the situation is quite different for flexibility. In the litterature this metric has never been defined and quantified. Moreover we did not find any definition of the flexibility of an architecture for processing of data. The principal objective of this work is by one hand, to define and quantify the flexibility and by the other hand, to model the influence of the dynamic reconfiguration on flexibility. We put at the disposition the designer a metric as well as the bases of methodology allowing it to choose or not this solution according to its constraints and objectives

Les applications pressenties dans le futur partagent quatre caractéristiques majeures. Elles nécessitent une capacité de calcul accrue, nécessitent la prise en compte du temps réel, représentent un pas important en terme de complexité en comparaison avec les applications d'aujourd'hui, et devront être capables de supporter la nature dynamique du monde réel. Une architecture reconfigurable dynamiquement à grain fin (FGDRA) peut être vue comme une nouvelle évolution des FPGA d'aujourd'hui, visant à supporter des applications temps réel à la fois complexes et fortement dynamiques, tout en fournissant une puissance de calcul potentielle comparable due à la possibilité d'optimiser l'architecture applicative à un niveau de granularité très fin. Pour rendre ce type d'architecture utilisable pour les développeurs applicatifs, la complexité doit être abstraite par le biais d'un système d'exploitation et d'une suite d'outils adéquats. Cette combinaison formera une bonne solution pour supporter les applications du futur. Cette thèse présente une architecture de FGDRA innovante appelée OLLAF. Cette architecture répond à la fois aux aspect techniques liés à la reconfiguration dynamique, et aux problèmes pratiques des développeurs applicatifs. L'ensemble de l'architecture est conçue pour fonctionner en symbiose avec un système d'exploitation. Les études présentées sont plus particulièrement axées sur les mécanismes de gestion des tâches matérielles dans un système préemptif. Nous présentons d'abord nos travaux essayant d'implémenter de tels mécanismes en utilisant des FPGA existant et montrons que ces architectures existantes doivent évoluer pour pouvoir supporter efficacement un système d'exploitation dans un contexte temps réel hautement dynamique. L'architecture OLLAF est expliquée en mettant l'accent sur les mécanismes de gestion des tâches matérielles. Nous présentons ensuite deux études qui prouvent que cette approche constitue un gain important en comparaison avec les plates-formes existantes en terme d'overhead du au système d'exploitation et ce même dans des cas où la reconfiguration dynamique n'est utilisée que pour le partage de la ressource de calcul. Pour les cas temps réel fortement dynamiques, nous avons montré que non seulement cela permet de diminuer l'overhead, mais l'architecture OLLAF permet également de supporter des cas qui ne peuvent pas être envisagés avec les composants actuels
Most of anticipated future applications share four major characteristics. They might all require an increased computing capacity, they will implies to take real time into account, they represent a big step in terms of complexity compared with todays typical applications, and will have to deal with the dynamic nature of the real physical world. Fine grained dynamically reconfigurable architecture (FGDRA) can be seen as next evolution of today's FPGA, aiming at dealing with very dynamic and complex real time applications while providing comparable potential computing power due to the possibility to fine tune execution architecture at a fine grain level. To make this kind of devices usable for real application designer complexity has to be abstracted by an operating system layer and adequate tool set. This combination would form an adequate solution to support future applications. This thesis exposes an innovative FGDRA architecture called OLLAF. This architecture answer both technical issues on reconfigurable computing and practical problematics of application designers. The whole architecture is designed to work in symbiosis with an operating system. Studies presented here will more particularly focus on hardware task management mechanisms in a preemptive system. We will first present our work toward trying to implement such mechanisms using existing FPGA and show that those existing architectures have to evolve to efficiently support an operating system in a highly dynamic real time situation. The OLLAF architecture will then be explained and the hardware task management mechanism will be highlighted. We then present two studies that prove this approach to constitute a huge gain compared with existing platforms in terms of resulting operating system overhead even for static application cases where dynamical reconfiguration is used only for computing resource sharing. For highly dynamical real time cases we show that not only it could lower the overhead, but it will also support cases that existing devices just cannot support

Les avancées récentes au niveau des technologies reconfigurables permettent d'implanter des système multiprocesseurs dans un seul FPGA. (Multiprocessor System on Programmable Chip, MPSoPC). Pour pouvoir accélérer le temps de développement de tels systèmes hétérogènes, des nouvelle techniques de projet doivent être développées. De plus, l'exécution dynamique de tâches est un point clef concernant les systèmes modernes, i. E. Systèmes qui ont la capacité de changer leur comportement au cours de l'exécution pour s'adapter à leur environnent. L'UML (Unified Modeling Language) est utilisé pour la modélisation de logiciels depuis sa première version. Récemment, avec les nouveaux concepts rajoutés aux dernières versions (UML2), il est aussi adapté à la modélisation du matériel. Cette thèse est une contribution dans le cadre du projet MOPCOM, qui propose un ensemble des techniques de modélisation avec UML pour construire des systèmes embarqués complexes. Les techniques proposées dans cette thèse considèrent le système à construire comme un modèle unique complet. Nous proposons ensuite un ensemble de transformations qui permettent de générer automatiquement le système. Notre approche permet de modéliser des applications dynamiques sur des plateformes reconfigurables. Nous avons obtenu une réduction de temps de conception de 30% à travers l'utilisation de notre méthodologie
Advances in reconfigurable technologies allow entire multiprocessor systems to be implemented in a single FPGA (Multiprocessor System on Programmable Chip, MP- SoPC). In order to speed up the design time of such heterogeneous systems, new modelling techniques must be developed. Furthermore, dynamic execution is a key point for modern systems, i. E. Systems that can partially change their behavior at run time in order to adjust their execution to the environment. UML (Unified Modeling Language) has been used for software modeling since its first version. Recently, with new modeling concepts added to later versions (UML 2), it has become more and more suitable for hardware modeling. This thesis is a contribution to the MOPCOM project, where we propose a set of modeling techniques in order to build complex embedded systems by using UML. The modeling techniques proposed here consider the system to be built in one complete model. Moreover, we propose a set of transformation that allows the system to be automatically generated. Our approach allows the modelling of dynamic applications onto reconfigurable platforms. Design time reduction up to 30% has been measured while using our methodology

Les travaux de recherche présentés se situent dans le contexte des méthodologies d’aide à l’implémentation d’algorithmes graphe flot de données sur architectures reconfigurables dynamiquement de type RSoC (Reconfigurable System on Chip) à base de technologie FPGA. La stratégie visée consiste à mettre en œuvre une approche de conception basée simultanément sur la reconfiguration dynamique (RD) et la synthèse architecturale (SA) en vue d’atteindre la meilleur Adéquation Algorithme Architecture (A3). La méthodologie consiste à identifier et extraire les parties d’une application décrite sous forme d’un GFD afin de les implanter soit par partie successivement reconfigurées (PT), soit par la SA ou bien en combinant les deux méthodes. Pour développer notre solution dans un but d’optimisation et de juste compromis entre les deux approches RD et SA, nous avons défini un paramètre permettant une évaluation du degré inter-partition de mise en œuvre d’unités fonctionnelles partagées. Afin de valider la stratégie méthodologique proposée, nous présentons les résultats de l’application de notre approche sur deux applications temps réel. Une analyse comparative en terme de résultats d’implémentation illustre l’intérêt et la capacité d’optimisation de cette méthode pour l’implémentation en reconfiguration dynamique d’applications complexes sur RSoC
AThe research work presented in the context of methodologies is to assist the implementation of data flow graph algorithms on dynamically reconfigurable RSoC (Reconfigurable System on Chip)-based FPGA architectures.The main strategy consists in implementing a design approach based on simultaneously both the dynamic reconfiguration (DR) and synthesis architecture (SA) in order to achieve a best Adequacy Algorithm Architecture (A3). The methodology consists in identifying and extracting the parts of an application which is described in form of DFG in order to implement either by successively partial reconfiguration (TP), or by the AS or by combining the two approaches.To develop our solution with a view of optimizing and suitable compromise between the two approaches RD and SA, we propose a parameter in order to evaluate the degree of the inter-partition implementation based on functional units shared. In order to validate the proposed methodological strategy, we present the results of the implementation of our approach on two real-time applications. A comparative analysis with the respecting of the implementation results illustrates the interest and the optimisation ability of our method, which is also for dynamic reconfiguration implementation of the complex applications on RSoC

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception d'architectures reconfigurables. Plus précisément, il concerne les architectures matérielles adaptatives, ces dernières pouvant être modifiées du point de vue de leurs caractéristiques matérielles au cours de l'exécution d'une application. Nous présentons une méthodologie d'auto-configuration d'une architecture reconfigurable dynamiquement ainsi qu'une architecture permettant d'illustrer l'utilisation de la méthode. L'objectif de la méthode est de réduire la consommation d'énergie en garantissant le respect des contraintes à tout instant. La méthodologie proposée s'adresse aux architectures reconfigurables à grain épais, puisque l'unité fonctionnelle matérielle correspond à une fonction de haut niveau d'abstraction (IDWT, etc.), même si la réalisation de l'architecture est basée sur l'utilisation d'une structure reconfigurable à grain fin (FPGA). Le besoin d'adaptation choisi concerne principalement deux cas de figures. Premièrement, répondre aux variations dynamiques de la charge de calcul en cours de traitement : un accroissement ou une réduction du débit de données conduit à une inadéquation entre l'architecture et son environnement. Deuxièmement, s'adapter aux variations dynamiques de la structure de l'algorithme : dans certaines applications les traitements à effectuer changent en fonction des données qui arrivent
My PhD project focuses on Dynamic Adaptive Runtime parallelism and frequency scaling techniques in coarse grain reconfigurable hardware architectures. This new architectural approach offers a set of new features to increase the flexibility and scalability for applications in an evolving environment with reasonable energy cost. In this architecture, the parallelism granularity and running frequency can be reconfigured by using partial and dynamic reconfiguration. The adaptive method and architecture have been already developed and tested on FPGA platforms. The measurements and results analysis based on DWT show that the energy efficiency is adjustable dynamically by using our approach. The main contribution to the research project involves an auto-adaptive method development; this means using partial and dynamic reconfiguration can reconfigure the parallelism granularity and running frequency of application. The adaptive method by adjusting the parallelism granularity and running frequency is tested with the same application. We are presenting results coming from implementations of Image processing key application and analyses the behavior of this architecture on these applications

Le Model-Checking est une technique automatisée, utilisée dans l’industrie pour la vérification, enjeu majeur pour la conception de systèmes fiables, cadre dans lequel performance et scalabilité sont critiques. La vérification swarm améliore la scalabilité par une approche partielle reposant sur l’exécution concurrente d’analyses randomisées. Les architectures reconfigurables promettent des gains de performance significatifs. Cependant, les travaux existant souffrent d’une conception monolithique qui freine l’exploration des opportunités des architectures reconfigurable. De plus, ces travaux sont limités a la verification de sûreté. Pour adapter la stratégie de vérification au problème, cette thèse propose un framework de vérification matérielle, permettant de gagner, au travers d’une architecture modulaire, une généricité sémantique et algorithmique, illustrée par l’intégration de 3 langages de spécification et de 6 algorithmes. Ce cadre architectural permet l’étude de l’efficacité des algorithmes swarm pour obtenir un cœur de vérification de sûreté scalable. Les résultats, sur un FPGA haut de gamme, montrent des gains d’un ordre de grandeur par rapport à l’état de l’art. Enfin, on propose le premier accélérateur matériel permettant la vérification des exigences de sûreté et de vivacité. Les résultats démontrent un facteur d’accélération moyen de 4875x par rapport au logiciel
Model-Checking is an automated technique used in industry for verification, a major issue in the design of reliable systems, where performance and scalability are critical. Swarm verification improves scalability through a partial approach based on concurrent execution of randomized analyses. Reconfigurable architectures promise significant performance gains. However, existing work suffers from a monolithic design that hinders the exploration of reconfigurable architecture opportunities. Moreover, these studies are limited to safety verification. To adapt the verification strategy to the problem, this thesis first proposes a hardware verification framework, allowing to gain, through a modular architecture, a semantic and algorithmic genericity, illustrated by the integration of 3 specification languages and 6 algorithms. This framework allows efficiency studies of swarm algorithms to obtain a scalable safety verification core. The results, on a high-end FPGA, show gains of an order of magnitude compared to the state-of-the-art. Finally, we propose the first hardware accelerator for safety and liveness verification. The results show an average speed-up of 4875x compared to software

A?n de répondre à une complexité croissante des systèmes de calcul, due notamment aux progrès rapides et permanents des technologies de l’information, de nouveaux paradigmes et solutions architecturales basées sur des structures auto-adaptatives, auto-organisées sont à élaborer. Ces dernières doivent permettre d’une part la mise à disposition d’une puissance de calcul suf?sante répondant à des contraintes de temps sévères (traitement temps réel). D’autre part, de disposer d’une grande ?exibilité et adaptabilité dans le but de répondre aux évolutions des traitements ou des défaillances non prévues caractérisant un contexte d’environnement évolutif de fonctionnement du système. C’est dans ce cadre que s’insèrent les travaux de recherche présentés dans cette thèse qui consistent à développer une architecture auto-organisée de type Recon?gurable MPSoC (Multi processor System on Chip) à base de technologie FPGA
The growing complexity of computing systems, mostly due to the rapid progress in Information Technology (IT) in the last decade, imposes on system designers to orient their traditional design concepts towards the new ones based on self-organizing and self-adaptive architectural solutions. On the one hand, these new architectural solutions should provide a system with a suf?cient computing power, and on the other hand, a great ?exibility and adaptivity in order to cope with all non-deterministic changes and events that may occur in the environnement in which it evolves. Within this framework, a recon?gurable MPSoC self-organizing architecture on the FPGA recon?gurable technology is studied and developped during this PhD

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la conception et l'implémentation des décodeurs reconfigurables en utilisant la norme MPEG-RVC. Cette norme est développée par MPEG. Elle permet une grande flexibilité et la réutilisation des normes existantes dans un processus de reconfiguration des solutions de décodage. RVC fournit une nouvelle spécification basée sur une modélisation à flux de données nommée RVC-CAL. Dans ce travail, nous proposons une méthodologie de prototypage rapide permettant une implémentation efficace et optimisée des décodeurs reconfigurables RVC sur des cibles matérielles. Notre flot de conception est basé sur l'utilisation de la reconfiguration dynamique partielle (RDP) afin de valider les approches de reconfiguration permises par la norme MPEG-RVC. En exploitant la technique RDP, le module matériel peut être remplacé par un autre module qui a la même fonction ou le même algorithme mais une architecture différente. Ce concept permet au concepteur de configurer différents décodeurs selon les données d'entrées ou ses exigences (temps de latence, la vitesse, la consommation de la puissance). La RDP peut être aussi utilisée pour réaliser une implémentation hiérarchique des applications RVC. L'utilisation de la norme MPEG-RVC et la RDP permet d'améliorer le processus de développement ainsi que les performances du décodeur. Cependant, la RDP pose plusieurs problèmes tels que le placement des tâches et la fragmentation du FPGA. Ces problèmes ont une influence sur les performances de l'application. Pour remédier à ces problèmes, nous avons proposé une approche de placement hors ligne qui est basée sur l'utilisation d'une méthode d'optimisation, appelée la programmation linéaire. L'application de cette approche sur différentes combinaisons de données ainsi que la comparaison avec une autre méthode ont montré l'efficacité et les performances de l'approche proposée
The main purpose of this PhD is to contribute to the design and the implementation of a reconfigurable decoder using MPEGRVC standard. The standard MPEG-RVC is developed by MPEG. Lt aims at providing a unified high-level specification of current and future MPEG video coding technologies by using dataflow model named RVC-CAL. This standard offers the means to overcome the lack of interpretability between many video codecs deployed in the market. Ln this work, we propose a rapid prototyping methodology to provide an efficient and optimized implementation of RVC decoders in target hardware. Our design flow is based on using the dynamic partial reconfiguration (DPR) to validate reconfiguration approaches allowed by the MPEG-RVC. By using DPR technique, hardware module can be replaced by another one which has the same function or the same algorithm but a different architecture. This concept allows to the designer to configure various decoders according to the data inputs or her requirements (latency, speed, power consumption,. . ). The use of the MPEG-RVC and the DPR improves the development process and the decoder performance. But, DPR poses several problems such as the placement of tasks and the fragmentation of the FPGA area. These problems have an influence on the application performance. Therefore, we need to define methods for placement of hardware tasks on the FPGA. Ln this work, we propose an off-line placement approach which is based on using linear programming strategy to find the optimal placement of hardware tasks and to minimize the resource utilization. Application of different data combinations and a comparison with sate-of-the art method show the high performance of the proposed approach

Les architectures mixtes contenant des composants programmables et d'autres reconfigurables peuvent fournir les performances de calcul nécessaires pour satisfaire les contraintes imposées aux applications temps réel. Mais l'implantation et d'optimisation de ces applications temps réel sur ce type d'architectures est une tâche complexe qui prend un temps énorme. Dans ce contexte, nous proposons un outil de prototypage rapide visant ce type d'architectures. Cet outil se base sur une extension que nous proposons de la méthodologie Adéquation Algorithme Architecture (AAA). Il permet d'effectuer automatiquement le partitionnement et l'ordonnancement optimisés des opérations de l'application sur les composants de l'architecture cible et la génération automatique des codes correspondants. Nous avons utilisé cet outil pour l'implantation de l'estimateur de mouvement de la norme H.264/AVC sur une architecture composée d'un processeur NIOS II d'Altera et d'un FPGA Stratix III. Ainsi nous avons pu vérifier le bon fonctionnement de notre outil et validé notre générateur automatique de code mixte
Mixed architectures containing programmable devices and reconfigurable ones can provide calculation performance necessary to meet constraints of real-time applications. But the implementation and optimization of these applications on this kind of architectures is a complex task that takes a lot of time. In this context, we propose a rapid prototyping tool for this type of architectures. This tool is based on our extension of the Adequacy Algorithm Architecture methodology (AAA). It allows to automatically perform optimized partitioning and scheduling of the application operations on the target architecture components and generation of correspondent codes. We used this tool for the implementation of the motion estimator of the H.264/AVC on an architecture composed of a Nios II processor and Altera Stratix III FPGA. So we were able to verify the correct running of our tool and validate our automatic generator of mixed code

Les circuits modernes sont de plus en plus sensibles aux variations technologiques et environnementales qui n'ont plus seulement un effet global sur les circuits mais aussi un effet local sur ceux-ci. Dans ce contexte, les composants reprogrammables que sont les FPGA représentent un support technologique intéressant. En effet, ces composants permettent d'adapter l'implantation physique du système grâce à une simple reconfiguration du circuit. C'est pourquoi, dans ce manuscrit, nous présentons un flot d'adaptation complet visant à compenser les variations des circuits reconfigurables. Pour cela, une étude de toutes les phases de conception des capteurs numériques est réalisée. Nous proposons ensuite une approche originale et unique de caractérisation basée sur l'analyse électromagnétique. Il est notamment montré que cette approche permet de se défaire des biais de mesure engendrés par les méthodes de mesure directe. L'utilisation conjointe des capteurs et de cette méthode d'analyse permet une caractérisation fine et précise des variations technologiques de n'importe quel type de circuit FPGA. Enfin, la cartographie issue de la phase de caractérisation permet ensuite de calibrer les capteurs pour une utilisation en ligne. Nous utilisons donc ensuite ces capteurs pour le monitoring dynamique d'un système MPSOC.