Une méthode asynchrone généralisée préservant la qualité des données des systèmes temps réel embarqués : cas de l’autopilote PX4-RT

A generalized asynchronous method preserving the data quality of real-time embedded systems : Case of the PX4-RT autopilot

• Auteur / Autrice : Evariste Ntaryamira
• Direction : Liliana Cucu, Cristian Maxim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/05/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche de Paris (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alix Munier-Kordon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Forget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent George, Frédéric Boniol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Temps réel (informatique)

Théorie des graphes

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

Systèmes temps réels embarqués

Autopilote PX4-RT

Fraîcheur et consistance de données

Cohérence locale et globale de données

Graphe de communication

Domaine du message

Real-time embedded systems

PX4-RT autopilot

Data freshness and consistency

Local and global matching

Communication graph

Domain message

Résumé

Les systèmes embarqués en temps réel, malgré leurs ressources limitées, évoluent très rapidement. Pour ces systèmes, il est impératif de garantir que les tâches ne manquent pas leurs échéances, mais aussi la bonne qualité des données transmises de tâche en tâche. Il est obligatoire de trouver des compromis entre les contraintes d'ordonnancement du système et celles appliquées aux données. Pour garantir ces propriétés, nous considérons le mécanisme sans attente. L'accès aux ressources partagées suit le principe d'un seul producteur, plusieurs lecteurs. Pour contenir toutes les particularités de communication apportées par le mécanisme de communication uORB, nous avons modélisé les interactions entre les tâches par un graphe biparti que nous avons appelé graphe de communication et qui est composé d'ensembles de messages dits de domaine. Pour améliorer la prévisibilité de la communication inter-tâches, nous étendons le modèle de Liu & Layland avec le paramètre état de communication utilisé pour contrôler les points d'écriture/lecture.Nous avons considéré deux types de contraintes de données : les contraintes locales de données et les contraintes globales de données. Pour vérifier les contraintes locales des données, nous nous appuyons sur le mécanisme de sous-échantillonnage destiné à vérifier les contraintes locales des données. En ce qui concerne les contraintes globales des données, nous avons introduit deux nouveaux mécanismes : le " dernier lecteur de marque" et le " mécanisme de défilement ou d'écrasement ". Ces 2 mécanismes sont en quelque sorte complémentaires. Le premier fonctionne au début du fuseau tandis que le second fonctionne à la fin du fuseau.

Real-time embedded systems, despite their limited resources, are evolving very quickly. For such systems, it is not enough to ensure that all jobs do not miss their deadlines, it is also mandatory to ensure the good quality of the data being transmitted from tasks to tasks. Speaking of the data quality constraints, they are expressed by the maintenance of a set of properties that a data sample must exhibit to be considered as relevant. It is mandatory to find trade-offs between the system scheduling constraints and those applied to the data. To ensure such properties, we consider the wait-free mechanism. The size of each communication buffer is based on the lifetime bound method. Access to the shared resources follows the single writer, many readers. To contain all the communication particularities brought by the uORB communication mechanism we modeled the interactions between the tasks by a bipartite graph that we called communication graph which is comprised of sets of so-called domain messages. To enhance the predictability of inter-task communication, we extend Liu and Layland model with the parameter communication state used to control writing/reading points.We considered two types of data constraints: data local constraints and data global constraints. To verify the data local constraints, we rely on the sub-sampling mechanism meant to verify data local constraints. Regarding the data global constraints, we introduced two new mechanism: the last reader tags mechanism and the scroll or overwrite mechanism. These 2 mechanisms are to some extent complementary. The first one works at the beginning of the spindle while the second one works at the end of the spindle.