Managing Extra-Functional Properties in Component-Based Development of Embedded Systems

par Séverine Sentilles

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Franck Barbier.

  • Titre traduit

    Gestion des propriétés extra-fonctionnelles dans le développement basé "composant" de systèmes embarqués


  • Résumé

    L’accroissement continu de la complexité des systèmes embarqués pose un problème majeur pour leur développement lequel doit aussi prendre en compte les exigences extra-fonctionnelles et les contraintes du domaine telles que la limitation et le partage des ressources, la distribution, et les contraintes temporelles et de fiabilité. De ce fait, les systèmes embarqués requièrent de nouvelles solutions pouvant efficacement et de manière prévisible répondre à l’ensemble de ces besoins. L’ingénierie logicielle basée composants est un paradigme qui a déjà démontré des aptitudes pour appréhender la complexité logicielle. Cependant, pour supporter de manière efficace les propriétés extra-fonctionnelles, un modèle de composants doit posséder des mécanismes spécifiques. L’objectif de cette thèse est de construire un tel support. Pour ce faire, nous avons analysé de manière systématique des modèles de composants existants à ce jour et identifié des challenges relatifs à la réalisation d’une approche basée composants dédiée au développement des systèmes embarqués. S’appuyant sur ces challenges, nous avons avancé l’état de l’art en développant ProCom, un nouveau modèle de composants qui répond aux attentes des systèmes embarqués au travers de sa sémantique d’exécution et de sa structuration en niveaux. Centré autour de ProCom, nous avons aussi développé PRIDE, son environnement de développement intégré. PRIDE couvre le procédé de développement des premières phases de spécification jusqu’à la synthèse et le déploiement et fournit des moyens d’intégrer différents outils d’analyse et de vérification. La contribution principale de cette thèse réside dans la modélisation et la réalisation d’un support pour la gestion des propriétés extra-fonctionnelles pour les systèmes embarqués construits à base de composants logiciels. Ce support facilite la spécification, le management et l’intégration de propriétés multi-valuées tenant compte du contexte dans lequel elles ont été établies. Les propriétés peuvent être attachées aux éléments architecturaux des modèles de composants et leurs valeurs peuvent être comparées et raffinées durant le développement. En particulier, le fait d’avoir des valeurs multiples avec leur contexte d’évaluation permet de comparer des valeurs provenant de différentes sources. Les concepts proposés ont été illustrés au travers d’exemples représentatifs de systèmes.


  • Résumé

    The continuously increasing complexity of embedded systems is a major issue for their development, which, in addition, must also consider specific extra-functional requirements and constraints, such as limited and shared resources, distribution, timing, and dependability. Thus, embedded systems call for development solutions that can efficiently and predictably cope with these issues. Component-based software engineering is a proven paradigm to handle complexity. Yet, for efficiently managing extra-functional properties, a component model needs to have dedicated mechanisms that provide a suitable support for their management. The objective of this thesis is to build this support. We have performed a systematic analysis of existing component models and identified challenges of applying a component-based approach to embedded system development. Based on these challenges we have advanced the current state-of-the-art by developing a new component model, called ProCom, that accommodates the specifics of embedded systems through its well-defined execution semantics and layered structure. Centered around ProCom, we have also developed PRIDE, the ProCom Integrated Development Environment. PRIDE supports the development from early specification to synthesis and deployment, providing the means to aggregate various analysis and verification tools. The main contribution of the thesis is in the design and implementation of an extra-functional property management framework that enables to seamlessly specify, manage and integrate multi-valued context-aware extra-functional properties of component-based embedded systems. Properties can be attached to architectural elements of component models and their values can be compared and refined during the development process. In particular, having multiple context-aware values allows values from different sources to be compared. The proposed concepts have been demonstrated on several representative example systems.


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