Calcul du pire temps d'exécution : méthode formelle s'adaptant à la sophistication croissante des architectures matérielles

par Bilel Benhamamouch

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Jean-Claude Fernandez et de Bruno Monsuez.

Soutenue le 02-05-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec VERIMAG (équipe de recherche) .

Le président du jury était Marc Pouzet.

Le jury était composé de Jean-Claude Fernandez, Bruno Monsuez, Jacky Estublier, Denis Josse, Bruno Chauffert.

Les rapporteurs étaient Eric Goubault, Matthew Hennessy.

mots clés

• Pire temps d'exécution
• Exécution symbolique
• Méthode formelles
• Construction d'arbre
• Fusion d'états
• Validation de systèmes temps réels

Résumé

Afin de garantir qu'un programme respectera toutes ses contraintes temporelles, nous devons être capable de calculer une estimation fiable de son temps d'exécution au pire cas (WCET: worst case execution time). Cependant, identifier une borne précise du pire temps d'exécution devient une tâche très complexe du fait de la sophistication croissante des processeurs. Ainsi, l'objectif de nos travaux de recherche a été de définir une méthode formelle qui puisse s'adapter aux évolutions du matériel. Cette méthode consiste à développer un modèle du processeur cible, puis à l'exécuter symboliquement afin d'associer à chaque trace d'exécution un temps d'exécution au pire cas. Une méthode de fusionnement est également prévue afin d'éviter une possible explosion combinatoire. Cette méthode a pour principale contrainte de ne pas introduire trop d'imprécision sur les temps calculés.

mots clés

• Worst case execution time
• Symbolic execution
• Formal methods
• Tree building
• Merging methods
• Real time system validation

Titre traduit

Computation of the worst case execution time : formal analysis method that fits the increasing complexity of the hardware architecture

Résumé

To ensure that a program will respect all its timing constraints we must be able to compute a safe estimation of its worst case execution time (WCET). However with the increasing sophistication of the processors, computing a precise estimation of the WCET becomes very difficult. In this report, we propose a novel formal method to compute a precise estimation of the WCET that can be easily parameterized by the hardware architecture. Assuming that we developed an executable timed model of the hardware, we use symbolic execution to precisely infer the execution time for a given instruction flow. We also merge the states relying on the loss of precision we are ready to accept, in order to avoid a possible states explosion.