Cette thèse adresse une recherche d'automatisation pour la conception d'architecture matérielle de systèmes monopuces.<br />L'accroissement incessant de la complexité des systèmes, l'amincissement des fenêtres commerciales et la réduction du temps accordé à la conception qui en résulte apportent une divergence non résolue entre les besoins en productivité et celle effective des équipes de concepteurs. Une réponse est proposée par l'abstraction de ces systèmes jusqu'à un niveau où les caractéristiques de l'architecture matérielle ne sont que des directives d'implémentation annotées à un modèle purement fonctionnel de l'application. Ce modèle est alors pris en charge par un flot d'étapes de raffinement automatisées, le conduisant jusqu'à un niveau de détail permettant l'utilisation d'outils de synthèse matérielle commerciaux qui, à leur tour, le transposent en silicium.<br />La contribution de cette thèse à cette méthodologie concerne la définition d'une représentation de ces architectures matérielles à chaque niveau utilisé au cours de la conception, ainsi qu'une approche d'automatisation du flot de raffinement par l'assemblage systématique de composants de bibliothèques. La pertinence de ces travaux a été évaluée par leurs applications à la conception de plusieurs systèmes dont un modem VDSL et un terminal GSM WCDMA présentés dans ce mémoire.

Dans le domaine des capteurs d'image est apparu récemment la technologie dite de "capteurs CMOS" ou APS (Active Pixel Sensor) qui intègre à l'intérieur de chaque pixel quelques transistors MOS chargés d'amplifier et de conduire le signal le long de lignes de métal parcourant l'ensemble de la zone image. Le domaine spatial en particulier s'intéresse à cette<br />technologie du fait qu'elle est moins sensible aux radiations que les capteurs CCD, et qu'elle atteint à présent des coûts et des niveaux de bruit de lecture satisfaisants. Cette thèse explore les améliorations<br />qui peuvent être apportées aux capteur CMOS traditionnels afin de les rendre plus proches des contraintes requises pour l'utilisation spatiale. Ces améliorations concernent notamment l'étude de la partie photosensible (photodiode ou photoMOS), le choix d'une architecture de pixel permettant d'augmenter son gain intrinsèque tout en réduisant son bruit de lecture,<br />et la réalisation d'un système de balayage de la matrice avec possibilité de fenêtrage et de temps d'exposition programmable. Dans ce cadre, plusieurs solutions ont été fabriquées et testées, et les conclusions permettent de dresser une large vision des avantages et des inconvénients de chaque type de capteur.

Les microsystèmes sont des composants électromécaniques fabriqués à l'échelle du micron par des procédés technologiques issus des microélectronique. Ils associent sur un même substrat des capteurs et des actionneurs avec des circuits analogiques et numériques d'interface. Comme pour les circuits intégrés, le test des microsystèmes est une étape importante du cycle de fabrication en terme de coût mais également pour assurer un certain niveau de qualité et de fiabilité. Le but de cette thèse est de transposer aux microsystèmes les techniques de test structurel développées pour les circuits intégrés. Ces techniques sont la simulation de fautes et la "conception en vue du test". La simulation de fautes permet de générer des stimuli de test visant des défauts physiques du système et susceptibles d'affecter le comportement du composant. Pour transposer cette technique aux microsystèmes, il a fallu tout d'abord faire une étude des mécanismes de défaillance et des défauts des microsystèmes. Nous avons ciblé deux technologies différentes et représentatives des microsystèmes. Une fois les défauts répertoriés notre étude s'est portée sur la modélisation et l'injection des fautes dans les différents niveaux de modélisation des microsystèmes. La "conception en vue du test" est un ensemble de techniques facilitant les étapes de test de production par l'insertion d'éléments spécifiques dans le circuit. En ce qui concerne les microsystèmes, nous avons cherché, dans cette thèse, à développer des éléments permettant de générer des stimuli de test de différentes natures (multidisciplinaires) à partir de signaux électriques et ceci directement sur le circuit. Nous avons appliqué une conception auto-test à deux exemples de microsystèmes, un capteur d'empreintes digitales à micropoutres et un détecteur infrarouge à thermopiles. Dans les deux cas les éléments rajoutés permettent d'effectuer un test structurel sans avoir recours à une source externe

La tendance très récente dans la conception des systèmes embarqués est l'assemblage des composants standard existants. La difficulté d'une telle conception provient du fait que ces composants sont hétérogènes en termes de protocoles de communication, niveaux d'abstraction et langages de spécification. Dans ce travail nous avons abordé deux principaux problèmes liés à la conception des systèmes embarqués hétérogènes, la spécification et la validation. Nos contributions sont : (1) une étude de la spécification des systèmes hétérogènes embarqués, étude qui a aidé à la définition d'un modèle de représentation pour la spécification en vue de la conception des systèmes hétérogènes embarqués, (2) la proposition d'une méthodologie de validation par simulation des systèmes hétérogènes embarqués et (3) la proposition d'un modèle de simulation pour la validation rapide des interfaces logicielles (les systèmes d'exploitation) dans les systèmes embarqués. <br />Les concepts proposés ont été validés sur des applications complexes : deux systèmes embarqués multiprocesseurs - le modem VDSL et le système de téléphonie mobile IS-95 CDMA et un micro-système optique - le commutateur optique.

Ce travail de thèse s'intègre dans le développement de l'outil de conception automatique de circuits asynchrones TAST (« TIMA Asynchronous Synthesis Tool »). C'est un environnement de conception principalement composé d'un compilateur et d'un synthétiseur offrant la possibilité de cibler plusieurs formats de sortie (description comportementale en VHDL, langage C, description structurelle au niveau porte en VHDL) à partir de descriptions de haut niveau décrites en langage CHP. Le résultat produit par le synthétiseur est une description au niveau porte qui utilise une bibliothèque de cellules génériques.<br />Cette thèse s'attache à la réalisation de l'interface entre le « front-end » de l'outil TAST et le « back-end » intégrant les outils commerciaux du flot de conception traditionnel. Pour cela, la bibliothèque générique qui permet de décrire le résultat de la synthèse a été spécifiée puis développée. Cette bibliothèque est une description fonctionnelle des portes qui est indépendante de la technologie. De plus, cette interface comprend des bibliothèques de cellules spécifiques qui permettent de concevoir un circuit de type ASIC ou de type FPGA. La spécification de la bibliothèque de cellules génériques a nécessité une étude approfondie sur les communications à travers un canal. Cette étude présente d'une manière unifiée les différents moyens pour réaliser ces communications et les différentes façons de les implanter au niveau circuit. Pour compléter le développement de la bibliothèque, le problème de la réalisation d'arbitres est abordé dans le cadre élargi de la conception de réseaux de communication sur puce (« Network on Chip »).

Cette thèse est consacrée à l'étude d'une méthodologie logicielle pour la détection d'erreurs induites par l'environnement radiatif : le phénomène dit SEU ou upset qui se traduit par le basculement intempestif du contenu d'un élément mémoire comme conséquence de l'ionisation produite par le passage d'une particule chargée avec le matériel. Les conséquences de ce phénomène dépendent de l'instant d'occurrence et de l'élément mémoire affecté et peuvent aller de la une simple erreur de résultat à la perte de contrôle d'un engin spatial. <br />La méthodologie repose sur des transformations du programme d'application introduisant des redondances aussi bien au niveau des données que dans le code du programme. Cette méthodologie est basée sur un ensemble de règles permettant la transformation automatique d'une application logicielle en une nouvelle possédant des capacités de détection d'erreurs de type SEU, tout en ayant la même fonctionnalité que l'application originale. L'ensemble de règles est issu d'une analyse approfondie de celles d'une méthode existante, ce dans le but d'améliorer la capacité de détection (réduction de nombre de fautes qui échappent au mécanisme de détection adopté) tout en minimisant le temps d'exécution et l'occupation mémoire du programme transformé. Cette méthodologie a constitué le cadre conceptuel pour la construction d'un outil de génération automatique des programmes tolérants aux erreurs induits par l'environnement radiatif.<br />L'évaluation de notre méthodologie a été effectuée par des expériences d'injection de fautes et des essais de radiations sur plusieurs processeurs. Ces expérimentations ont confirmé nos attentes : la version tolérante aux fautes d'une application, permet la détection en moyenne de 88% des erreurs survenues. <br />En terme de perspectives, ce travail de recherche constituera la base pour la définition d'une méthodologie logicielle/matérielle pour la détection d'erreurs.

Cette thèse propose une méthode originale de programmation de robot fondée sur l'inférence et l'apprentissage bayésien. Cette méthode traite formellement des problèmes d'incertitude et d'incomplétude inhérents au domaine considéré. En effet, la principale difficulté de la programmation des robots vient de l'inévitable incomplétude des modèles utilisés. Nous exposons le formalisme de description d'une tâche robotique ainsi que les méthodes de résolutions. Ce formalisme est inspiré de la théorie du calcul des probabilités, proposée par le physicien E.T. Jaynes : "Probability as Logic". L'apprentissage et les techniques de maximum d'entropie traduisent l'incomplétude en incertitude. L'inférence bayésienne offre un cadre formel permettant de raisonner avec cette incertitude. L'apport principal de cette thèse est la définition d'un système générique de programmation pour la robotique et son application expérimentale. Nous l'illustrons en utilisant ce système pour programmer une application de surveillance pour un robot mobile : le Khepera. Pour cela, nous utilisons des ressources génériques de programmation appelées "descriptions". Nous montrons comment définir et utiliser de manière incrémentale ces ressources (comportements réactifs, fusion capteur, reconnaissance de situations et séquences de comportements) dans un cadre systématique et unifié. Nous discutons des différents avantages de notre approche : expression des connaissances préalables, prise en compte et restitution de l'incertitude, programmation directe et inverse. Nous proposons des perspectives à ce travail : choix d'architecture et planification. Nous situons notre travail dans un cadre épistémologique plus vaste en opposant, dans le cadre de la robotique autonome, l'approche "classique" relevant de la "cognition de haut niveau" et l'approche "réactive" associée à une "cognition de bas niveau". Nous montrons finalement comment nos travaux proposent de faire le lien entre ces deux extrêmes.

Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones fonctionnent avec un mécanisme de synchronisation local (sans signal d'horloge). Ils ont montré depuis de nombreuses années leur pertinence vis-à-vis des circuits synchrones grâce à leurs propriétés de robustesse, de faible consommation, de faible bruit et de modularité. Cependant, le manque actuel de méthodes et d'outils de conception est un frein à leur développement. Ce travail de thèse porte sur la définition d'une méthodologie de conception de circuits intégrés asynchrones quasi-insensibles aux délais (QDI). Les circuits QDI font partie de la classe des circuits asynchrones les plus robustes, propriété avantageuse pour les technologies à venir. <br />La méthode de conception proposée permet d'une part la modélisation dans un langage de haut niveau, et d'autre part la génération de circuits en portes logiques élémentaires et en portes de Muller. Cette méthode a été prototypée par le développement d'un outil de conception automatique de circuits asynchrones TAST («TIMA Asynchronous Synthesis Tools»). C'est un environnement de conception principalement composé d'un compilateur et d'un synthétiseur offrant la possibilité de générer des circuits asynchrones QDI avec différents modèles de circuits cibles (séquentiel, WCHB, PCHB et PCFB) en partant de descriptions de haut niveau décrites en langage CHP. Le résultat produit par le synthétiseur est une description VHDL de niveau porte qui peut cibler soit une technologie spécifique pour l'asynchrone, soit une bibliothèque de cellules standard (circuits précaractérisés ou FPGAs).

Les travaux de cette thèse concernent la comparaison des documents vidéo. Dans le domaine en pleine expansion de la vidéo numérique, les documents disponibles sont maintenant présents en quantité importante même dans les foyers. Opération de base de tout type d'analyse de contenus, en complément de la classification, de l'extraction et de la structuration, la comparaison dans le domaine de l'audiovisuel est d'une utilité qui n'est pas à démontrer.<br />Des approches classiques de comparaison se basent essentiellement sur l'ensemble des caractéristiques<br />bas niveaux des documents à comparer, en les considérant comme des vecteurs multidimensionnels. D'autres approches se basent sur la similarité des images composant la vidéo sans tenir compte de la composition temporelle du document ni de la bande<br />son. Le défaut que l'on peut reprocher à ces méthodes est qu'elles restreignent la comparaison à un simple opérateur binaire robuste au bruit. De tels opérateurs sont généralement utilisés afin d'identifier les différents exemplaires d'un même document. L'originalité de notre démarche réside dans le fait que nous introduisons la notion de la similarité de style<br />en s'inspirant des critères humains dans la comparaison des documents vidéo. Ces critères<br />sont plus souples, et n'imposent pas une similarité stricte de toutes les caractéristiques étudiées<br />à la fois.<br />En nous inspirant de la programmation dynamique et de la comparaison des séries chronologiques, nous définissons un algorithme d'extraction des similarités entre les séries de valeurs produites par l'analyse de caractéristiques audiovisuelles de bas-niveau. Ensuite, un second traitement générique approxime le résultat de l'algorithme de la longueur de la Plus<br />Longue Sous-Séquence Commune (PLSC) plus rapidement que ce dernier. Nous proposons une représentation des données issues de ces traitements sous la forme d'un schéma matriciel propre à la comparaison visuelle et immédiate de deux contenus. Cette matrice peut être également utilisée pour définir une mesure de similarité générique, applicable à des documents de même genre ou de genres hétérogènes.<br />Plusieurs applications ont été mises en place pour démontrer le comportement de la méthode de comparaison et de la mesure de similarité, ainsi que leur pertinence. Les expérimentations concernent essentiellement : - l'identification d'une structure organisationnelle en collection / sous-collection d'une base de documents, - la mise en évidence d'éléments<br />stylistiques dans un film de cinéma, - la mise en évidence de la grille de programmes d'un<br />flux de télévision.

La Recherche d'Information a pour objectif de permettre aux utilisateurs d'accéder rapidement et efficacement au contenu d'une collection de document.<br />Dans le domaine de la santé, le nombre de ressources électroniques disponibles augmente de manière exponentielle, et la nécessité de disposer de solutions<br />automatiques se fait sentir à plusieurs étapes de la chaîne d'information. Les documents, en particulier les textes, doivent être sélectionnés selon des critères de qualité pour être inclus dans des catalogues; ils doivent également être décrits à l'aide de mots clés et catégorisés en spécialités médicales afin de faciliter les recherches effectuées dans les catalogues. Ces taches<br />constituent un défi pour le Traitement Automatique de la Langue Naturelle car elles impliquent une "compréhension" du contenu des documents par un système automatique. Ce travail de thèse engage une réflexion sur la répartition des tâches documentaires entre l'homme et la machine dans le cadre particulier du Catalogue et Index des Sites Médicaux Francophones (CISMeF). A ce titre, il aborde l'automatisation des tâches documentaires dans le catalogue de santé en ligne CISMeF. Cette thèse apporte une contribution au développement de ressources linguistiques en français pour le domaine de la santé, et présente des systèmes de veille documentaire et de description automatiques de ressources de santé. Sur ce dernier point, l'accent a été mis sur l'indexation à l'aide de paires de descripteurs issues du thésaurus MeSH.