Literatura académica sobre el tema "Logiciel temps réel pour la radio-logicielle"

Cette étude aborde la question de l’interopérabilité logicielle pour le secteur de la construction, en s’intéressant à l’écosystème Speckle, plateforme collaborative ouverte facilitant l’échange d’information. Nous cherchons à caractériser les modalités de conception qui s’appuient sur un flux informationnel direct (FID). Nous présentons ici le développement du connecteur Speckle.TopSolid qui permet un échange direct de données entre l’environnement CFAO TopSolid, et la plateforme Speckle. Après un rappel des notions d’écosystème et des modalités de collaboration, nous détaillons la description technique du connecteur. L’objectif général des travaux est d’offrir une alternative aux méthodes d’interopérabilité traditionnelles, basées sur les échanges de fichiers ou des solutions propriétaires dans des écosystèmes fermés, en suggérant un passage aux échanges directs entre logiciels, par le biais de flux informationnels directs, structurés et en temps réel. Nos développements s’inscrivent dans les dynamiques libres et ouvertes.

Cette étude répond au problème d'ordonnancement temps réel de composants logiciels s'exécutant sur un processeur de traitement du signal dans un contexte de radio logicielle. Elle vise ainsi à compléter l'offre en termes d'outillage de conception radio logicielle. Dans la pratique actuelle, l'ordonnancement temps réel des applications de traitement du signal flexibles s'exécutant sur un processeur donné, est effectué de manière manuelle, en utilisant des méthodes empiriques, et en prenant des marges non négligeables. Etant donnée l'augmentation pressentie du nombre de composants logiciels de la couche physique s'exécutant simultanément sur un même processeur dans les futures radios logicielles, ces méthodes seront sujettes à erreur, feront perdre beaucoup de temps et ne trouveront pas nécessairement de solutions d'ordonnancement valides même lorsqu'il en existera une. Pour cela, cette thèse définit un nouveau modèle de tâche représentant plus précisément le comportement des tâches dans certains contextes de radio logicielle : le modèle GMF (Generalized Multi-Frame) non cyclique. Pour ce modèle, nous présentons une formulation du calcul du temps de réponse des tâches, ainsi qu'un nouveau test de faisabilité suffisant pour des tâches s'exécutant sur un processeur avec la politique d'ordonnancement " Earliest Deadline First " (EDF). Nous fournissons aussi pour ce modèle de tâche un algorithme efficace, permettant la détermination exacte de la faisabilité temps réel. Nous présentons dans cette thèse un nouveau flot de conception IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles), permettant de spécifier les paramètres rendant possibles une analyse d'ordonnançabilité temps réel des composants logiciels s'exécutant sur un processeur dans une radio logicielle. Cette thèse propose des méthodes pour calculer les contraintes temporelles dans une radio logicielle. Elle présente les éléments du standard MARTE à utiliser pour renseigner les contraintes dans le modèle ainsi que les règles de transformations de modèles qui permettent d'obtenir un modèle exploitable par un outil d'analyse d'ordonnançabilité temps réel. Cette thèse présente une approche, implantée sous forme d'un outil de simulation, effectuant l'analyse d'ordonnancement temps réel des tâches de traitement du signal flexibles s'exécutant sur un processeur suivant une politique d'ordonnancement hybride. Cet outil est intégré au flot IDM proposé.

Cette étude répond au problème d’ordonnancement temps réel de composants logiciels s’exécutant sur un processeur de traitement du signal dans un contexte de radio logicielle. Elle vise ainsi à compléter l’offre en termes d’outillage de conception radio logicielle. Dans la pratique actuelle, l’ordonnancement temps réel des applications de traitement du signal flexibles s’exécutant sur un processeur donné, est effectué de manière manuelle, en utilisant des méthodes empiriques, et en prenant des marges non négligeables. Etant donnée l’augmentation pressentie du nombre de composants logiciels de la couche physique s’exécutant simultanément sur un même processeur dans les futures radios logicielles, ces méthodes seront sujettes à erreur, feront perdre beaucoup de temps et ne trouveront pas nécessairement de solutions d’ordonnancement valides même lorsqu’il en existera une. Pour cela, cette thèse définit un nouveau modèle de tâche représentant plus précisément le comportement des tâches dans certains contextes de radio logicielle : le modèle GMF (Generalized Multi-Frame) non cyclique. Pour ce modèle, nous présentons une formulation du calcul du temps de réponse des tâches, ainsi qu’un nouveau test de faisabilité suffisant pour des tâches s’exécutant sur un processeur avec la politique d’ordonnancement « Earliest Deadline First » (EDF). Nous fournissons aussi pour ce modèle de tâche un algorithme efficace, permettant la détermination exacte de la faisabilité temps réel. Nous présentons dans cette thèse un nouveau flot de conception IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles), permettant de spécifier les paramètres rendant possibles une analyse d’ordonnançabilité temps réel des composants logiciels s’exécutant sur un processeur dans une radio logicielle. Cette thèse propose des méthodes pour calculer les contraintes temporelles dans une radio logicielle. Elle présente les éléments du standard MARTE à utiliser pour renseigner les contraintes dans le modèle ainsi que les règles de transformations de modèles qui permettent d’obtenir un modèle exploitable par un outil d’analyse d’ordonnançabilité temps réel. Cette thèse présente une approche, implantée sous forme d’un outil de simulation, effectuant l’analyse d’ordonnancement temps réel des tâches de traitement du signal flexibles s’exécutant sur un processeur suivant une politique d’ordonnancement hybride. Cet outil est intégré au flot IDM proposé
This study addresses the problem of real-time scheduling of software components executing in a digital signal processor in a software radio context. It aims at providing new tooling for software radio design. Real-time scheduling analysis of flexible signal processing applications executing in a processor is currently done manually, using ad hoc methods, and taking significant margins. Given the foreseen increase of software components of the physical layer executing simultaneously on a processor in future software radios, these methods for scheduling analysis will be error-prone, time consuming and will often fail to find a feasible schedule even when one exists. For that purpose, this thesis defines a new task model which represents more precisely the behaviour of the tasks in certain software radio context: the non-cylic GMF (Generalized Multi-Frame) model. For this model, we present a formula to compute response time of tasks, as well as a new sufficient feasibility test for tasks executing in a processor according to the “Earliest Deadline First” scheduling policy. We also provide for this task model an efficient algorithm, for exact feasibility determination. We present in this thesis a new MDE (Model Driven Engineering) design methodology, to specify the parameters which make possible a real-time scheduling analysis of software components executing in a processor. This thesis proposes methods to compute real-time constraints in a software radio. It presents the elements of the MARTE standard to be used, to note the constraints in the model as well as model transformation rules to obtain a suitable model for real-time scheduling analysis. This thesis presents an approach, implemented as a simulation tool, to realize real-time scheduling analysis of tasks implementing flexible signal processing algorithms in a processor and scheduled according to a hybrid scheduling policy. This tool is integrated into the proposed MDE design methodology

La thèse porte sur les architectures temps réel pour la radio-logicielle 5G. Afin de répondre aux exigences de performances de la 5G, une accélération des procédés critiques combinée à des méthodes d’ordonnancement de processus temps réels sont nécessaires. Dans les systèmes embarqués 5G, l'accélération équivaut à une combinaison judicieuse d'unités matérielles supplémentaires pour les fonctions les plus coûteuses en termes de calcul avec des composants logiciels pour des procédures de contrôle complexe ainsi que l’arithmétique simples. Des solutions entièrement logicielles apparaissent également pour certaines applications, notamment dans l'écosystème dit Open Radio-Access Network (openRAN). Les contributions de cette thèse résident dans des méthodes d'accélération purement logicielles et de contrôle en temps réel d'interfaces dit « fronthaul » à faible latence. Étant donné que la 5G a des exigences de latence strictes et prend en charge le trafic de données à très haut débit, les méthodes d’ordonnancement du traitement en bande de base doivent être adaptées aux spécificités de l'interface radio. Plus précisément, nous proposons une décomposition fonctionnelle de l'interface-air 5G qui se prête à des implémentations logicielles multicœurs ciblant des serveurs haut de gamme exploitant l'accélération de données multiples à instruction unique (SIMD). De plus, nous fournissons quelques pistes pour le traitement multithread via le pipelining et l'utilisation de pools de threads. Nous mettons en évidence les méthodes et la caractérisation de leur performances qui ont été exploitées lors du développement de l'implémentation OpenAirInterface 5G
The thesis deals with 5G real-time Software Defined Radio architectures. In order to match 5G performance requirements, computational acceleration combined with real-time process scheduling methods are required. In 5G embedded systems acceleration amounts to a judicious combination additional hardware units for the most computationally costly functions with software for simpler arithmetic and complex control procedures. Fully software-based solutions are also appearing for certain applications, in particular in the so-called Open Radio-Access Network (openRAN) ecosystem. The contributions of this thesis lie in methods for purely software-based acceleration and real-time control of low-latency fronthaul interfaces. Since 5G has stringent latency requirements and support for very high-speed data traffic, methods for scheduling baseband processing need to be tailored to the specifics of the air-interface. Specifically, we propose a functional decomposition of the 5G air interface which is amenable to multi-core software implementations targeting high-end servers exploiting single-instruction multiple-data (SIMD) acceleration. Moreover, we provide some avenues for multi-threaded processing through pipelining and the use of thread pools. We highlight the methods and their performance evaluation that have been exploited during the development of the OpenAirInterface 5G implementation

Cette thèse s’intéresse à la déclinaison matérielle des concepts logiciels d’intergiciel et d’architecture logicielle à base de composants, conteneurs et connecteurs dans les réseaux de portes programmables in situ (Field-Programmable Gate Array - FPGA). Le domaine d’applications ciblé est la radio définie logiciellement (Software Defined Radio (SDR)) conforme au standard Software Communications Architecture) (SCA). Avec le SCA, les applications radio sont décomposées en composants fonctionnels, qui sont déployés sur des plateformes radios hétérogènes et distribuées. Ces composants fournissent et requièrent des interfaces logicielles abstraites décrites sous forme de signatures d’opérations dans le langage de modélisation unifié appelé Unified Modeling Language (UML) et/ou le langage de définition d’interface (Interface Definition Language - IDL) de l’intergiciel CORBA (Common Object Request Broker Architecture) standardisé par un consortium industriel appelé Object Management Group (OMG). Les besoins de portabilité et de réutilisation de ces composants requièrent que leurs interfaces abstraites définies au niveau système soient indépendantes d’une implémentation logicielle ou matérielle et puissent être indifféremment traduites dans un langage de programmation logiciel tel que C/C++, un langage système tel que SystemC au niveau transaction (Transaction Level Modeling - TLM), ou un langage de description matériel tel que VHDL ou SystemC au niveau registre (Register Transfer Level - (RTL)). Le besoin d’interopérabilité de ces composants requière des communications transparentes quelques soient leur implémentation logicielle ou matérielle et leur distribution. Ces premiers besoins ont été adressés en formalisant des règles de mise en correspondance entre des composants abstraits en OMG IDL3 ou UML2, des composants matériels à base de signaux en VHDL ou SystemC RTL, et des composants systèmes en SystemC TLM. Le deuxième besoin a été adressé en prototypant un intergiciel matériel utilisant de façon transparente le mapping mémoire et deux protocoles messages : CORBA General Inter-Object Request Broker Protocol (GIOP) et SCA Modem Hardware Abstraction Layer (MHAL)
This thesis deals with the hardware application of the software concepts of middleware and software architecture based on components, containers and connectors within Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs). The target application domain is Software Defined Radio (SDR) compliant with the Software Communications Architecture (SCA). With the SCA, software radio applications are broken into functional waveform components to be deployed on heterogeneous and distributed hardware/software radio platforms. These components provide and require abstract software interfaces described using operation signatures in the Unified Modeling Language (UML) and/or the Interface Definition Language (IDL) of the Common Object Request Broker Architecture (Corba) middleware, both standardized by an international software industry consortium called Object Management Group (OMG). The portability and reusability needs of these business components require that their abstract interfaces defined at a system level are independent of a software or hardware implementation and can be indifferently translated into a software programming language like C/C++, a system language like SystemC at transaction level (Transaction Level Modeling - TLM), or a hardware description language like VHDL or SystemC at Register Transfer Level (RTL). The interoperability need of SDR components requires transparent communications regardless of their hardware/software implementation and their distribution. These first needs were addressed by formalizing mapping rules between abstract components in OMG IDL3 or UML2, signalbased hardware components described in VHDL or SystemC RTL, and system components in SystemC TLM. The second requirement was addressed by prototyping a hardware middleware using transparently memory mapping and two message protocols: Corba General Inter-Object Request Broker Protocol (GIOP) and SCA Modem Hardware Abstraction Layer (MHAL)

Le Contrôle intelligente d'un système autonome dans un environnement dynamique et dangereux exige la capacité d'identifier les menaces d'échec et de planifier les réponses temps-réel qui peut assurer la sécurité et l'objectif du système autonome. Nous proposons une architecture pour le contrôle intelligent en temps-réel, appelée ORICA. Elle se compose d'un sous-système de raisonnement IA et d'un sous-système d'exécution temps-réel de réponse. Le sous-système de raisonnement modélise des caractéristiques temporelles et logiques du comportement environnemental et planifie les réponses du système. Le sous-système temps-réel, composé d'une partie logicielle et d'une partie matérielle, exécute ces réponses pour éviter l'échec du système autonome. Il donne une performance inégalée par rapport aux précédentes approches conventionnelles. Le comportement unique de l'intelligence reconfigurable est implanté dans la partie matérielle, avec un circuit logique reprogrammable (FPGA)
Autonomous intelligent control system for a dynamic and dangerous environment necessitates the capacity to identify the failure threats and to plan the real-time responses that ensure safety and goal achievement by the autonomous system. We propose a real-time intelligent control architecture called ORICA. It consists of an AI reasoning subsystem and a real-time response execution subsystem. The AI reasoning subsystem models the temporal and logical characteristics of the environment and plans the system responses. The real-time subsystem, which is composed of a software section and a hardware section, executes these responses to avoid failure of the autonomous system. Its performance behavior is unparalleled by the previous classical approaches (pure hardware or pure software). The software section uses behavior switching according to the frequency of external events and a unique reconfigurable intelligence behavior has been implemented in hardware section, using a reprogrammable chip (FPGA)

Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution aux techniques de conception d'applications industrielles complexes. L'objectif, qui a motivé ces travaux, a été de mettre au point une proposition d'architecture logicielle pour la conception particulière des applications temps réel. Cette proposition fournit les moyens de réaliser les analyses fonctionnelle et systémique indispensables à la construction d'un système structuré, organisé, et spécifique des applications de gestion des procédés industriels. Après une présentation, au chapitre I, des concepts et entités existantes du domaine des systèmes logiciels industriels, nous avons évalué, au chapitre II, les différentes familles de langages à objets sur une application inspirée du domaine de l'automobile: le simulateur de conduite. Le chapitre III propose une analyse critique des outils traditionnels de conception orientée objet et s’intéresse aux possibilités d'expression et de définition des spécifications algébriques de types abstraits de données. C'est dans le dernier chapitre que nous proposons l’intégration des différents outils et concepts précédemment évalués ou étudiés, en proposant une démarche de type orientée objet, pour tout d'abord, donner une spécification exacte des entités de l'application traitée, puis pour organiser ces dernières en un système grâce à l'emploi d'un langage d'acteurs qui va renforcer leur aspect dynamique. En dernier lieu, notre démarche aborde les problèmes de génération, à partir de cette simulation par acteurs de l'application, du système de taches temps réel. Supervisées pour la gestion effective des procédés.

La migration récente des plateformes mono-cœur vers multi-cœur, dans le domaine automobile, révèle de grands changements dans le processus de développement du logiciel embarqué. Tout d’abord, les concepteurs de logiciel ont besoin de nouvelles méthodes leur permettant de combler le fossé entre la description des applications (versus Autosar) et le déploiement de tâches. Deuxièmement, l’utilisation du multi-cœur doit assurer la compatibilité avec les contraintes liées aux aspects temps-réel et à la Sûreté de fonctionnement. Au final, les développeurs ont besoins d’outils pour intégrer de nouveaux modules dans leur système multi-cœur. Confronter aux complexités ci-dessus, nous avons proposé une méthodologie afin de repartir, de manière optimale, les applications sous forme de partitions logiques. Nous avons ainsi intégré dans notre processus de développement, un outil de distribution des traitements d’un système embarqué sur différents processeurs et compatible avec le standard AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture). Les solutions de partitionnement traitent simultanément l’allocation des applications ainsi que la politique d’ordonnancement. Le périmètre d’étude du partitionnement est automatique, les solutions trouvées étant évaluées par nos fonctions de coût. Elles prennent aussi en compte des critères tels que, le coût de communication inter-cœur, l’équilibrage de la charge CPU entre les cœurs et la gigue globale. Pour la partie ordonnancement, nous présentons une formalisation des dépendances sous forme périodiques pour répondre au besoin automobile. L’algorithme d’ordonnancement proposé prend en compte cette spécificité ainsi que les contraintes temps-réel et fonctionnelles, assurant l’applicabilité de notre méthodologie dans un produit industriel. Nous avons expérimenté nos solutions avec une application de type contrôle moteur, sur une plateforme matérielle multi-cœur
The recent migration from single-core to multi-core platforms in the automotive domain reveals great challenges for the legacy embedded software design flow. First of all, software designers need new methods to fill the gap between applications description and tasks deployment. Secondly, the use of multiple cores has also to remain compatible with real-time and safety design constraints. Finally, developers need tools to assist them in the new steps of the design process. Face to these issues, we proposed a method integrated in the AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) design flow for partitioning the automotive applications onto multi-core systems. The method proposes the partitions solution that contains allocation of application as well as scheduling policy simultaneously. The design space of the partitioning is explored automatically and the solutions are evaluated thanks to our proposed objective functions that consider certain criteria such as communication overhead and global jitters. For the scheduling part, we present a formalization of periodic dependencies adapted to this automotive framework and propose a scheduling algorithm taking into account this specificity. Our defined constraints from real-time aspect as well as functional aspect make sure the applicability of our method on the real life user case. We leaded experiments with a complex and real world control application onto a concrete multi-core platform

AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture) est un standard industriel mondial créé en 2003 dans le but de standardiser le développement des architectures logicielles automobiles. Il fournit un ensemble de concepts et définit une méthodologie commune pour le développement des logiciels embarqués automobiles. Les principales caractéristiques de ce standard sont la modularité et la « configurabilité» de logiciels qui permettent la réutilisation fonctionnelle des modules logiciels fournis par des fournisseurs différents. Cependant,le développement d’une application embarquée AUTOSAR nécessite la configuration d’un grand nombre de paramètres liés principalement au grand nombre de composants logiciels (software component« SWC ») de l’application. Cette configuration commence par l’étape d’allocation des SWCs à la plateforme matérielle (calculateursconnectés par des réseaux), jusqu’à l’étape de configuration de chaque calculateur et du réseau de communication. Différentes alternatives sont possibles pendant ces étapes de configuration etc chaque décision de conception peut impacter les performances temporelles du système, d’où la nécessité d’automatiser ces étapes de configuration et de développer un outil d’évaluation d’architectures.Dans ce travail de thèse, nous introduisons une approche holistique d’optimisation afin de synthétiser l’architecture E/E d’un système embarqué AUTOSAR. Cette approche se base sur des méthodes métaheuristique et heuristique. La méthode métaheuristique (i.e. algorithme génétique) a le rôle de trouver les allocations les plus satisfaisantes des SWCs aux calculateurs. A chaque allocation proposée, deux méthodes heuristiques sont développées afin de résoudre le problème de la configuration des calculateurs (le nombre de tâches et ses priorités, allocation des runnables aux tâches, etc.) et des réseaux de communication (le nombre de messages et ses priorités, allocation des « data-elements » aux messages,etc.). Afin d’évaluer les performances de chaque allocation, nous proposons une nouvelle méthode d’analyse pour calculer le temps de réponse des tâches, des runnables, et de bout-en-bout de tâches/runnables. L’approche d’exploration architecturale proposée par cette thèse considère le modèle des applications périodiques et elle est évaluée à l’aide d’applications génériques et industrielles
AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) has been created by automotive manufacturers, suppliers and tools developers in order to establish an open industry standard for automotive E/E(Electrical/Electronic) architectures. AUTOSAR provides a set of concepts and defines a common methodology to develop automotive software platforms. The key features of this standard are modularity and configurability of automotive software; this allows functional reuse of software modules provided by different suppliers and guarantees interoperability of these modules through standardized interfaces. However, the development of an embedded application according to AUTOSAR necessitates configuring a lot of parameters related to the large number of Software Components (SWCs), their allocations to the hardware platform and then, the configurationof each Electronic Control Unit (ECU). Different alternatives are possible during the design of such systems. Each implementation decision may impact system performance and needs therefore to be evaluated and compared against performance constraints and optimization goals. In this thesis, we introduce a holistic optimization approach to synthesizearchitecture E/E of an embedded AUTOSAR system. This approach is based on heuristic and metaheuristic methods. The metaheuristics (e.g. genetic algorithm) has the role to find the most satisfactory allocations of SWCs to ECUs. Each allocation step, two heuristics are developed to solve the problem of the ECU configuration (the number of tasks and priorities, allocation of runnables to tasks, etc.) and networks configuration (the number of messagesand priorities, allocation of data-elements to messages, etc.). In order to evaluate the performance of each allocation, we propose a new analysis method to calculate the response time of tasks, runnables, and end-to-end paths. The architectural exploration approach proposed by this thesis considers the model for periodic applications and is evaluated using generic and industrial applications

Dans ce mémoire, on présente une nouvelle architecture d’un chandail intelligent pour surveiller la respiration en temps réel. Ce vêtement intelligent comporte une architecture qui offre une méthode de détection innovante assurant une suivie de l’activité respiratoire en continue. Tout d’abord le chandail détecte la déformation du haut du thorax pendant la respiration à l’aide d’une antenne intégrée dans le chandail. L’antenne a été conçue dans les laboratoires du centre d’optique, photonique et laser de l’université Laval. Un capteur Bluetooth intégré dans le même chandail détecte par la suite la variation du signal RSSI (indicateur d’intensité du signal reçu) et l’envoie à une unité de traitement et d’analyse de données sans fils (un ordinateur ou une tablette). Une interface d’analyse des données a été crée pour permettre la détermination du rythme respiratoire et le caractériser selon le signal de respiration reçu. En plus, le chandail intelligent est alimenté par une source d’énergie sans fils et hybride fonctionnant avec une batterie rechargeable ou par un lien inductif. Deux versions de chandail ont été testées. La première contient un seul capteur alors que la deuxième possède six capteurs positionnés sur la partie frontal du vêtement. En plus, différents paramètres ont été pris en considération durant les tests citant entre autres la morphologie, l’âge et le sexe des utilisateurs. Des tests ont démontré une détection réussie de plusieurs informations pertinentes comme les cycles de respiration (inspiration, expiration), la fréquence respiratoire et d’autres mesures statistiques pour les diagnostics.
In this thesis, we present a new architecture of a smart T-shirt to monitor breathing in real time. This smart garment has an architecture that offers an innovative detection method ensuring continuous monitoring of respiratory activity. First the T-shirt detects deformation of the upper chest during breathing using an antenna built into the T-shirt. The antenna was designed in the laboratories of the optics, photonics and laser center of Laval University. A Bluetooth sensor integrated in the same T-shirt subsequently detects the variation of the RSSI signal (indicator of received signal strength) and sends it to a wireless data processing and analysis unit (a computer or tablet). A data analysis interface has been created to allow determination of the respiratory rate and characterization according to the received breathing signal. In addition, the smart T-shirt is powered by a wireless, hybrid power source powered by a rechargeable battery or by an inductive link. Two versions of the T-shirt were tested. The first contains a single sensor while the second has six sensors positioned on the front of the garment. In addition, different parameters were taken into account during the tests, citing among others the morphology, age and sex of the users. Tests have demonstrated successful detection of several relevant information such as breathing cycles (inspiration, expiration),respiratory rate and other statistical measures for diagnosis.