Tese de mestrado. Mestrado integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Depuis quelques années, le domaine de l'automobile connaît de grands changements afin d'améliorer la sécurité, le confort ou réduire la consommation. Aujourd'hui, de multiples composants automobiles informatisés sont développés et intégrés. Cependant, ces composants doivent garantir une certaine sûreté de fonctionnement et des composants peu critiques défaillants ne doivent pas engendrer de défaillances, par propagation, sur des composants critiques. Une isolation des composants est donc nécessaire. Notre travail porte sur la robustesse temporelle des systèmes temps réel embarqués. Le domaine automobile est relativement standardisé et un des standards émergents, le standard AUTOSAR OS, spécifie l'organisation des systèmes informatiques embarqués afin de faciliter le développement de systèmes multiconcepteurs, de permettre la réutilisation de composants sur étagères et d'accroître la flexibilité de tout le processus de développement. Nous nous intéressons plus particulièrement au mécanisme de protection temporelle proposé par ce standard qui permet d'isoler temporellement chaque fonction de l'application en détectant une erreur avant qu'une défaillance plus importante ne se produise. Nous proposons dans ce mémoire des techniques de configuration de ce mécanisme par rapport à certains modèles d'application et aux garanties demandées par le concepteur. Une étude de cas réalisée sur une plateforme matérielle d'exécution et sur le système d'exploitation temps réel Trampoline complète l'étude.

Les systèmes électroniques embarqués dans les véhicules ont une complexité sans cesse croissante. Cependant, il est crucial d'en maîtriser le comportement temporel afin de garantir la sécurité ainsi que le confort des passagers. La vérifica- tion des contraintes temporelles de bout-en-bout est donc un enjeu majeur lors de la conception d'un véhicule. Dans le contexte de l'architecture logicielle AUTOSAR standard dans les véhicules, nous décomposons la vérification d'une contrainte de bout-en-bout en sous-problèmes d'ordonnancement sur les calculateurs et sur les réseaux de communication que nous traitons ensuite séparément. Dans un premier temps, nous présentons une approche permettant d'améliorer l'utilisation des calculateurs exécutant un grand nombre de composants logiciels, compatible avec l'introduction progressive des plateformes multi-coeurs. Nous dé- crivons des algorithmes rapides et efficaces pour lisser la charge périodique sur les calculateurs multi-coeurs en adaptant puis en améliorant une approche existant pour les bus CAN. Nous donnons également des résultats théoriques sur l'efficacité des algorithmes dans certains cas particuliers. Enfin, nous décrivons les possibili- tés d'utilisation de ces algorithmes en fonction des autres tâches exécutées sur le calculateur. La suite des travaux est consacrée à l'étude des distributions de temps de réponse des messages transmis sur les bus CAN. Dans un premier temps nous pré- sentons une approche de simulation basée sur la modélisation des dérives d'horloges des calculateurs communicant sur le réseau. Nous montrons que nous obtenons des distributions de temps de réponse similaires en réalisant une longue simulation avec des dérives d'horloge ou en faisant un grand nombre de courtes simulations sans dérives d'horloge. Nous présentons enfin une technique analytique pour évaluer les distributions de temps de réponse des trames CAN. Nous présentons différents para- mètres d'approximation permettant de réduire le nombre très important de calculs à effectuer en limitant la perte de précision. Enfin, nous comparons expérimentale- ment les résultats obtenus par analyse et simulation et décrivons les avantages et inconvénients respectifs de ces approches.

Les solutions basées sur le logiciel/matériel jouent un rôle important dans le domaine de l'automobile. Il est de plus en plus fréquent que l’implémentation de certaines fonctions jusqu’ici réalisées par des composants mécaniques, se fasse dans les véhicules d’aujourd’hui par des composants électroniques embarquant du logiciel. Cette tendance conduit à un grand nombre de fonctions implémentées comme un ensemble de composants logiciels déployés sur unités de commande électronique (ECU). Par conséquent, la quantité de code embarqué dans les automobiles est estimée à des dizaines de giga-octets et le nombre d’ECU de l’ordre de la centaine. Les pratiques actuelles de développement deviennent donc inefficaces et sont en cours d’évolution. L'objectif de cette thèse est de contribuer aux efforts actuels qui consistent à introduire l’utilisation de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles dans la conception d’architectures automobiles basées sur le logiciel/matériel. Une première série de contributions de cette thèse porte sur la proposition de techniques pour soutenir les activités décrites dans la méthodologie automobile établie par le langage EAST-ADL2 et le standard AUTOSAR dont l’objectif principal est l'intégration de l'architecture logicielle avec la plate-forme matérielle. Bien que de nombreux travaux sur la synthèse d’architectures existent, cette thèse met en exergue les principaux défauts les empêchant de pleinement supporter la méthodologie EAST-ADL2/AUTOSAR et propose de nouvelles techniques aidant à surmonter les déficiences actuelles. Une deuxième série de contributions concerne les approches de modélisation. L'utilisation de langages de modélisation généralistes (dans le sens non spécifique à un domaine industriel donné) comme SysML et MARTE bien que bénéfique, n'a pas encore trouvé une manière d'être pleinement exploité par les constructeurs automobiles. Cela concerne en particulier la modélisation d’une spécification analysable et l'optimisation des préoccupations qui permettrait d’effectuer des analyses et optimisations à base de modèles. Ce travail définit une méthodologie et les concepts nécessaires à la construction de modèles d'analyse et d'optimisation de ces systèmes. / Hardware/software based solutions play significant role in the automotive domain. It is common that the implementation of certain functions that was done in a mechanical manner, in nowadays cars is done through the software and hardware. This tendency lead to the substantial number of functions operating as a set of software components deployed into hardware entities, i.e. Electronic Control Units (ECU). As a consequence the capacity of the overall code is estimated as tens of gigabytes and the number of ECUs reaches more than 100. Consequently the industrial state of the practice development approaches become inefficient. The objective of this thesis is to add to the current efforts trying to employ the Model Driven Engineering (MDE) in the context of the automotive SW/HW architectures design. First set of contributions relates to the guided strategies supporting the key engineering activities of the automotive methodology established by the EAST-\ADL2 language and the AUTOSAR standard. The main is the integration of the software architecture with the hardware platform. Although the amount of work on the synthesis is substantial, this thesis presents shortcomings of the existing approaches that disable them to fully support the EAST-ADL2/AUTOSAR methodology and delivers new techniques overcoming the current deficiencies. Second contribution concerns approaches for the modeling. Surprisingly the usage of general purpose modeling languages such as the SysML and MARTE although beneficial, haven’t found its way yet to be fully exploited by the automotive OEMs (Original Equipment Manufacturer). This especially relates to the modeling of the analyzable input and the optimization concerns which would enable triggering of the analysis and optimization directly from the models level. This work shows a way and defines additional concepts, necessary to construct analysis and optimization models.

Práce se zabývá návrhem automobilové elektronické řídicí jednotky (ECU) s funkcí partial networking definovanou normou ISO 11898-6. Cílem je navrhnout a vytvořit demonstrační ECU s použitím system basis chip NCV7471. Protože NCV7471 obsahuje standardní CAN transceiver, funkce partial networking je realizována pouze softwarem řídicí jednotky. Práce zvažuje možné způsoby realizace jak HW, tak SW části, tak aby byla zajištěna nízká spotřeba ECU v různých operačních módech, a snaží se sledovat současné trendy v automobilovém průmyslu.

Die Einführung des AUTOSAR Standards in der Softwareentwicklung für Steuergeräte ermöglicht die Entwicklung von Kundenfunktionalitäten unabhängig von der Zielplattform. Eine AUTOSAR konforme Applikation wird anschließend für eine konkrete Zielplattform konfiguriert. Diese Flexibilität bringt auch neue Herausforderungen für den Test eines Steuergerätes mit sich. Diese Arbeit präsentiert einen Ansatz, der sowohl durch statische Analysen von Konfigurationen und Quellcode, als auch durch dynamische Tests den Entwicklungsprozess von AUTOSAR Systemen unterstützt. Der dynamische Test überprüft auf der Zielplattform die Schichten der Basissoftware und der RTE und unterstützt bei der Fehlerlokalisierung. Der präsentierte Ansatz ist für alle Versionen der AUTOSAR Classic Plattform anwendbar und nutzt nur Methoden, die durch den AUTOSAR Standard erlaubt sind. Für diese Arbeit wurde eine Wissensbasis entworfen und umgesetzt, die das Architekturwissen des AUTOSAR Standards vorhält. In der Wissensbasis sind Schichten, Stacks und Basissoftwaremodule mit ihren Eigenschaften abgelegt. Durch die Arbeit konnten verschiedenen Projekte mit AUTOSAR Architektur überprüft, verglichen und optimiert werden.:1. Einleitung 2. Grundlagen 3. Stand der Technik 4. Konzept 5. Implementierung 6. Ergebnisse 7. Zusammenfassung und Ausblick A. AUTOSAR Basissoftwaremodule in Wissensbasis / The introduction of the AUTOSAR standard in software development for electronic control units enables the development of customer functionalities independent of the target platform. An AUTOSAR-compliant application is configured for a specific target platform. This flexibility leads to new challenges for testing of electronic control units. This work presents an approach for supporting the development and test process of AUTOSAR systems by static analysis and dynamic tests. The dynamic test checks the different layers of the basic software and RTE on the target platform. Moreover, error localization is supported. The presented approach can be used for all versions of the AUTOSAR Classic platform and only uses methods that are permitted by the AUTOSAR standard. A knowledge base was designed and implemented for this work, which contains the architecture knowledge of the AUTOSAR standard. Layers, stacks and basic software modules with their properties are stored in the knowledge base. The work enabled various projects with AUTOSAR architecture to be checked, compared and optimized.:1. Einleitung 2. Grundlagen 3. Stand der Technik 4. Konzept 5. Implementierung 6. Ergebnisse 7. Zusammenfassung und Ausblick A. AUTOSAR Basissoftwaremodule in Wissensbasis

This dissertation entitled ’Model-Based Exploration of Parallelism in the Context of Automotive Multi-Core Systems’ deals with the analytical investigation of different temporal relationships for automotive multi-processor systems subject to critical, embedded, real-time, distributed, and heterogeneous domain requirements. Vehicle innovation increasingly demands high-performance platforms in terms of, e.g., highly assisted or autonomous driving such that established software development processes must be examined, revised, and advanced. The goal is not to develop application software itself, but instead to improve the model-based development process, subject to numerous constraints and requirements. Model-based software development is, for example, an established process that allows systems to be analyzed and simulated in an abstracted, standardized, modular, isolated, or integrated manner. The verification of real-time behavior taking into account various constraints and modern architectures, which include graphics and heterogeneous processors as well as dedicated hardware accelerators, is one of many challenges in the real-time and automotive community. The software distribution across hardware entities and the identification of software that can be executed in parallel are crucial in the development process. Since these processes usually optimize one or more properties, they belong to the category of problems that can only be solved in polynomial time using non-deterministic methods and thus make use of (meta) heuristics for being solved. Such (meta) heuristics require sophisticated implementation and configuration, due to the properties to be optimized are usually subject to many different analyses. With the results of this dissertation, various development processes can be adjusted to modern architectures by using new and extended processes that enable future and computationally intensive vehicle applications on the one hand and improve existing processes in terms of efficiency and effectiveness on the other hand. These processes include runnable partitioning, task mapping, data allocation, and timing verification, which are addressed with the help of constraint programming, genetic algorithms, and heuristics.