Cette thèse s'intègre dans le cadre du projet Européen FACETS. Pour ce projet, des systèmes matériels mixtes analogique-numérique effectuant des simulations en temps réel des réseaux de neurones doivent être développés. Le but est d'aider à la compréhension des phénomènes d'apprentissage dans le néocortex. Des circuits intégrés spécifiques analogiques ont préalablement été conçus par l'équipe pour simuler le comportement de plusieurs types de neurones selon le formalisme de Hodgkin-Huxley. La contribution de cette thèse consiste à la conception et la réalisation des circuits numériques permettant de gérer la connectivité entre les cellules au sein du réseau de neurones, suivant les règles de plasticité configurées par l'utilisateur. L'implantation de ces règles est réalisée sur des circuits numériques programmables (FPGA) et est optimisée pour assurer un fonctionnement temps réel pour des réseaux de grande taille. Des nouvelles méthodes de calculs et de communication ont été développées pour satisfaire les contraintes temporelles et spatiales imposées par le degré de réalisme souhaité. Entre autres, un protocole de communication basé sur la technique anneau à jeton a été conçu pour assurer le dialogue entre plusieurs FPGAs situés dans un système multicarte tout en garantissant l'aspect temps-réel des simulations. Les systèmes ainsi développés seront exploités par les laboratoires partenaires, neurobiologistes ou informaticiens.

Cette thèse se situe dans le contexte des réseaux de communication temps-réel et son objectif est de proposer une architecture de communication pour la sous-couche MAC, qui définit des mécanismes pour assurer les contraintes temporelles du trafic temps-réel. Tout d'abord, une classification des protocoles MAC temps-réel existants, en mettant en exergue l'aspect ordonnancement de flux de messages ou ordonnancement de stations, est effectuée. En particulier, le protocole "jeton temporisé" et des mécanismes de la norme "ISA SP-50 / IEC-65C" sont détaillés. Ensuite, des contributions sur les mécanismes d'ordonnancement et les mécanismes protocolaires sont développées, à la fois en termes conceptuels et en termes de réflexions sur les normes existantes: proposition d'un algorithme non-préemptif ED avec, en particulier, une extension des conditions classiques d'ordonnançabilité; définition d'un algorithme de changement de mode de fonctionnement pour un système ordonnancé par l'algorithme RM; définition d'un protocole appelé "jeton temporisé régulier" qui améliore les performances temps-réel du protocole "jeton temporisé"; définition des conditions d'ordonnançabilité du trafic apériodique urgent dans le réseau FIP et proposition de deux profils de fonctionnement temps-réel pour le réseau Profibus. Enfin, nous proposons, modélisons avec le modèle "Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques" et évaluons une architecture de communication pour la sous-couche MAC de réseaux locaux temps-réel. Cette architecture met en ¿uvre, de manière centralisée, un ordonnancement conjoint des trafics périodique et apériodique temps-réel, sur la base d'un algorithme non-préemptif pour le trafic périodique et d'une technique de jeton temporisé pour le trafic apériodique temps-réel. L'analyse permet, d'une part, d'évaluer l'ordonnancement en termes de taux d'utilisation permis et des limites de l'ordonnançabilité et, d'autre part, de montrer tout l'intérêt des modèles "Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques" pour représenter et évaluer automatiquement l'ordonnançabilité d'un ensemble de configurations de flux de messages.

Cette thèse s’intègre dans le cadre du projet Européen FACETS. Pour ce projet, des systèmes matériels mixtes analogique-numérique effectuant des simulations en temps réel des réseaux de neurones doivent être développés. Le but est d’aider à la compréhension des phénomènes d’apprentissage dans le néocortex. Des circuits intégrés spécifiques analogiques ont préalablement été conçus par l’équipe pour simuler le comportement de plusieurs types de neurones selon le formalisme de Hodgkin-Huxley. La contribution de cette thèse consiste à la conception et la réalisation des circuits numériques permettant de gérer la connectivité entre les cellules au sein du réseau de neurones, suivant les règles de plasticité configurées par l’utilisateur. L’implantation de ces règles est réalisée sur des circuits numériques programmables (FPGA) et est optimisée pour assurer un fonctionnement temps réel pour des réseaux de grande taille. Des nouvelles méthodes de calculs et de communication ont été développées pour satisfaire les contraintes temporelles et spatiales imposées par le degré de réalisme souhaité. Entre autres, un protocole de communication basé sur la technique anneau à jeton a été conçu pour assurer le dialogue entre plusieurs FPGAs situés dans un système multicarte tout en garantissant l’aspect temps-réel des simulations. Les systèmes ainsi développés seront exploités par les laboratoires partenaires, neurobiologistes ou informaticiens. / This work has been supported by the European FACETS project. Within this project, we contribute in developing hardware mixed-signal devices for real-time spiking neural network simulation. These devices may potentially contribute to an improved understanding of learning phenomena in the neo-cortex. Neuron behaviours are reproduced using analog integrated circuits which implement Hodgkin-Huxley based models. In this work, we propose a digital architecture aiming to connect many neuron circuits together, forming a network. The inter-neuron connections are reconfigurable and can be ruled by a plasticity model. The architecture is mapped onto a commercial programmable circuit (FPGA). Many methods are developed to optimize the utilisation of hardware resources as well as to meet real-time constraints. In particular, a token-passing communication protocol has been designed and developed to guarantee real-time aspects of the dialogue between several FPGAs in a multiboard system allowing the integration of a large number of neurons. The global system is able to run neural simulations in biological real-time with high degree of realism, and then can be used by neurobiologists and computer scientists to carry on neural experiments.

Automobile système embarqué est une architecture distribuée de l'ordinateur des applications basées sur. La prolifération des systèmes embarqués dans une automobile a apporté de nombreux avantages,tels que le remplacement du système mécanique ancienne avec capteur électronique en réseau et desactionneurs, par exemple, dans des applications telles suspensions adaptatives. Le remplacement des systèmes mécaniques avec ceux électroniques et l'intégration de nouvelles fonctionnalités dans l'électronique soulève une grave préoccupation, c'est de fournir des garanties que ces systèmes embarqués seront en mesure d'effectuer, même dans des environnements difficiles, en particulier dans un système critique pour la sécurité comme un automobile. De plus, ceux-ci l'actualité informatique applications à la demande, imposée par un processus physique.Par exemple, pour éviter un événement catastrophique comme un accident de la demande de freinage doit répondre aux contraintes de minutage. Ce qui implique que la durée de temps entre l'instance de l'application du frein (à la pédale de frein) et l'instance de l'actionnement au niveau des roues d'un véhicule automobile doit être inférieure à la limite. En outre, l'application de freinage est généralement répartie sur le nombre de nœuds, qui sont embarqués communicants les uns avec les autres en utilisant une ressource de communication partagée. Par conséquent, il est important que nous fournissons des garanties que la demande, individuellement et collectivement, est atteinte de ses contrainte temporelle; qui est dans la composition de plusieurs nœuds embarqués. En outre, la prolifération des applications informatiques est également livré avec une hétérogénéité croissante et la complexité de l'architecture intégrée, ce qui conduira à l'augmentation de la complexité de l'analyse pour les systèmes automobiles.Par conséquent, il ya un besoin croissant d'assurer que ces systèmes automobiles embarqués répondre à des contraintes temporelles et de fournir des garanties de sécurité au cours de leur fonctionnement normal ou lors de situations critiques. Cette thèse vise à développer les analyses d'ordonnançabilité pour systèmes automobiles et les réseaux intégrés, avec le but de faciliter,d'une manière rentable et fiable, la conception et l'analyse des systèmes embarqués automobiles. Les analyses sont élaborées et appliquées dans le contexte de l'automobile; de ​​façon à réduire le risque d'échec en raison de délai: les limites du matériel; frais généraux de mise en œuvre, et les interférences dues à la circulation probaliste / Automotive embedded system is a distributed architecture of computer-based applications. The proliferation of embedded systems in an automobile has brought numerous benefits; such as replacement of old mechanical system with networked electronic sensor and actuators, for example, in applications like adaptive suspensions. The replacement of mechanical systems with electronic onesand the integration of new functionality in electronics raises a serious concern; that is to provide guarantees that these embedded systems will be able to perform, even in harsh environments, particularly in a safety-critical system like an automobile.Moreover, these computer-based applications demand timeliness, imposed by a physical process. For example, to avoid a catastrophic event like a crash the braking application has to meet thetiming-constraints. This implies that the time duration between the instance of application of the brake (at brake pedal) and the instance of actuation at the wheels of an automobile should be less than the deadline. Moreover, the braking application is usually spread over number of embedded nodes, which are communicating with each other using a shared communication resource. Therefore, it is important that we provide some guarantees that an application, individually and collectively, is meeting its timing constraint; that is in the composition of multiple embedded nodes. Moreover, theproliferation of computer-based applications also comes with an increasing heterogeneity and complexity of the embedded architecture; which lead to the increase in the complexity of the analysis for the automotive systems Therefore, there is an increasing need to ensure that these automotive embedded systems meet temporal constraints and provide safety guarantees during their normal operation or during critical situations. This thesis aims at developing the schedulability analyses for automotive systems and embedded networks; with the aim to facilitate, in a cost-effective and reliable manner, the design and analysis of automotive embedded systems. The analyses are developed and applied in the automotive context; so as to reduce the risk of deadline failure due to: hardware limitations ; implementation overheads; and nterference due to probabilistic traffic