Contribution à la robustesse des systèmes temps réel embarqués multicoeur automobile

Robustness in Multicore Automotive Embedded Real-Time Systems

• Auteur / Autrice : Sylvain Cotard
• Direction : Yvon Trinquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, automatique et traitement du signal
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en communications et cybernétique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Puaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvon Trinquet, Isabelle Puaut, Jean-Charles Fabre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Charles Fabre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microcontrôleurs

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Sûreté de fonctionnement

Vérification en ligne formelle

Mémoire transactionnelle

Résumé

Les besoins en ressources CPU dans l’automobile sont en constante augmentation. Le standard de développement logiciel AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) – développé au sein d’un consortium regroupant des fabricants de véhicules et des sous-traitants – offre désormais la possibilité de s’orienter vers de nouvelles architectures : les microcontrôleurs multicoeur. Leur introduction au sein des systèmes embarqués critiques apporte un lot de problèmes allant à l’encontre des objectifs de sûreté de fonctionnement ISO 26262. Par exemple, le parallélisme des coeurs impose de maîtriser l’ordonnancement pour respecter les contraintes de dépendance entre les tâches, et le partage des données intercoeur doit être effectué en assurant leur cohérence. Notre approche s’articule en deux volets. Pour vérifier les contraintes de dépendance entre les tâches, les exigences sur les flots de données sont utilisées pour synthétiser des moniteurs à l’aide de l’outil Enforcer. Un service de vérification en ligne utilise ces moniteurs (injectés dans le noyau du système d’exploitation) pour vérifier le comportement du système. Enfin, pour maîtriser le partage des données intercoeur, nous proposons une alternative aux protocoles bloquants. Le protocole wait-free STM-HRT (Software Transactional Memory for Hard Real-Time systems), est conçu sur les principes des mémoires transactionnelles afin d’améliorer la robustesse des systèmes.

The feature content of new cars is increasing dramatically, which involves more demanding requirements. AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) – an open and standardized automotive software architecture jointly developed by vehicle makers, suppliers and tool developers – enables to benefit from new hardware technology by considering multicore architectures. Despite their undeniable advantages in terms of performance, multicore architectures bring a set of problems that may jeopardize the dependability of embedded applications (ISO 26262 is the dependability standard for automotive). For example, multicore scheduling requires to cope with task dependencies constraints, and data consistency must be ensured for inter core communication. First, to meet the task dependencies, safety requirements on data flows are used to generate monitors. The tool Enforcer has been built in order to do that. A service based on runtime verification uses these monitors (injected in the kernel of the operating system) checks if the system behaves as expected. Finally, we propose an alternative locking mechanism for inter core data sharing. The wait-free protocol STMHRT (Software Transactional Memory for Hard Real- Time systems), based on transactional memory, aims at increasing the robustness of multicore applications.