Méthodologie de conception d'architectures numériques complexes : du formalisme à l’implémentation en passant par l'analyse, préservation de la conformité. Application aux neuroprothèses

par Hélène Leroux

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques et microélectroniques

Sous la direction de David Andreu et de Karen Godary.


  • Résumé

    Dans ce mémoire, la conception de systèmes numériques complexes, et notamment de systèmes embarqués critiques, est abordée au travers d'une méthodologie allant de la modélisation formelle à l'implantation sur FPGA : la méthodologie HILECOP. Celle-ci offre au concepteur la possibilité de représenter dans un modèle formel d'une part l'architecture du système selon un assemblage de composants, et d'autre part le comportement de ces composants et leur composition par réseaux de Petri temporels. Le modèle décrit est ensuite transformé automatiquement en un modèle implémentable (en langage VHDL) pour son exécution sur la cible matérielle, mais également en un modèle analysable pour permettre l'analyse formelle des propriétés du système. Les deux objectifs principaux des travaux présentés sont l'étude de la conformité d'un point de vue comportemental entre les différents modèles utilisés dans la méthodologie (modèle conçu, modèle implémentable et modèle analysable), ainsi que l'intégration d'un mécanisme de gestion efficace des exceptions. Ces travaux ont permis de fiabiliser l'implémentation du modèle et d'obtenir un modèle analysable plus pertinent par rapport au modèle conçu, dans le sens où il garantit l'inclusion du comportement du modèle conçu dans celui du modèle analysé et réduit, dans une certaine mesure, le risque d'explosion combinatoire. Les limites de la pertinence des résultats obtenus par analyse formelle sont de plus désormais connues. En ce qui concerne la gestion des exceptions, principalement étudiée au niveau comportemental, le mécanisme de la macro-place a été retenu et adapté aux contraintes fonctionnelles et non-fonctionnelles des systèmes embarqués critiques. L'apport de la macro-place et la conservation de la conformité ont pu être validés sur des modèles industriels relatifs à l'architecture numérique de neuroprothèses.

  • Titre traduit

    Design methodology for complex digital systems : from formalism to implementation through formal analysis, preservation of the compliance. Practical application to neuroprosthetics


  • Résumé

    In this thesis, the conception of digital complex systems, and notably of critical embedded systems, is discussed through a methodology which goes from formal modeling to the implementation on a FPGA: the HILECOP methodology. This methodology offers, to a designer, the possibility of representing in a formal model from one hand the digital architecture thanks to some components' assembly, and on the other hand the behavior of these components and their composition, thanks to time Petri nets. The described model is then automatically transformed in an implementable model (in the VHDL language) for its execution on a hardware target, but also in an analyzable model to allow some formal analysis on system properties to be performed. The two main goals of the presented work are the study of the behavioral conformity between the different models used in the methodology (designed model, implementable model and analyzable model) and the integration of an efficient mechanism for handling exception. These works allow to have a more reliable implementation of the model and to obtain a more relevant analyzable model. It is now possible to guarantee that the behavior of the designed model is included in the analyzed one. The risk of combinatorial explosion has also been reduced to some extent. The limits of the relevance of the obtained results thanks to the formal analysis are henceforth known. As for exception handling, it has been mostly studied on the behavioral level. The mechanism of the macroplace has been chosen and adapted to meet the functional and non-functional constraints of critical embedded systems. The benefits given by the use of the macroplace and the preservation of the conformity between the models have been validated on industrial models relative to the digital architecture of neuroprosthetics.


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