Les langages dédiés (DSL) sont de plus en plus utilisés parce qu’ils permettent aux utilisateurs qui ne sont pas des experts en programmation d’exprimer des solutions avec des langages simples qui capturent l’expertise de leur domaine. C’est encore plus vrai pour les langages dédiés graphiques (DSML) qui ont un niveau d’abstraction plus élevé que les langages dédiés de programmation. Implémenter un DSML revient généralement à fournir un éditeur dédié qui permette aux utilisateurs de manipuler les abstractions de leur domaine (d’instancier le langage). Les expériences ont montré que l’implémentation d’un tel éditeur dédié graphique est coûteuse en termes de temps et de ressources humaines. Nous constatons que la plupart des plates-formes permettant de construire ce type d’éditeur (EMF/GMF, DSL Tools, Obeo Designer, ...) sont génériques. Elles essayent d’adresser le maximum de domaines possibles, ce qui les rend complexes et inadaptées à des cas d’utilisation spécifiques. Si la spécialisation aux domaines a été un succès pour les langages, pourquoi ne pas l’appliquer aux plates-formes de construction d’éditeurs ? Cela reviendrait à concevoir pour un domaine donné, une plate-forme permettant de construire facilement des éditeurs dédiés pour ce domaine. Cette plate-forme n’aurait pas les défauts d’une plate-forme totalement générique parce qu’elle serait restreinte au domaine ciblé. Ce type de plate-forme spécifique à un domaine, nous l’appelons Domain Specific Modeling Framework (DSMF). Le principal inconvénient d’un DSMF est qu’on ne peut l’utiliser que dans le cadre du domaine pour lequel il a été conçu. Cela implique qu’il faille construire un DSMF par domaine et c’est une solution coûteuse. Toutefois, nous pensons que cette approche sur les DSMF peut être généralisée afin d’adresser un grand nombre de domaines. Cette thèse a donc consisté à concevoir et à implanter un environnement qui permet de construire des DSMF de façon modulaire. / Domain Specific Languages (DSLs) are increasingly used in many fields as they allow users to express strategies without being programming experts. This is particularly true for graphical DSLs called Domain Specific Modeling Languages (DSMLs) which are more intuitive than programming DSLs. Implementing a DSML means providing a specific editor which allow users to express the language’s constructions (instantiate the language). Many experiments showed that implementing specific graphical editors is much manpower consuming. Our analysis is that most frameworks for building such editors (e.g. EMF/GMF) are generic, i.e. aim at fulfilling the requirements of any field, which leads to increased complexity and costs a lot in terms of development time. If domain specialization was successful for languages, why don’t we apply it to frameworks ? Specializing such a framework according to the constraints of a domain would allow keeping the definition of a specific editor simple, while fulfilling the requirements of the considered domain. Domain specific frameworks for building DSML editors in specific application fields is a promising approach. Such a framework does not have the limits of generic frameworks because it is restricted to a particular domain. It is more intuitive and simpler to use as it only proposes abstraction of the domain for building DSMLs. We call this type of framework Domain Specific Modeling Framework (DSMF). For example, if we consider the component domain, there are several DSMLs in this domain which share the same layout requirements. We implemented a DSMF for this family of DSMLs. This DSMF is specialized according to the constraints and layout requirements of the component domain (Components, connectors, Bindings, . . .). This specialization allows simple and rapid generation of specific editors devoted to component-based architectures. The principal drawback of a DSMF is its restricted scope to one specific domain. This approach requires to develop one DSMF per domain and the development cost can be significant. A solution may be to generalise the DSMF approach in order to address many application fields. We designed a Generic framework for building DSMFs in a modular way. This thesis is based on the implementation of this framework.

Dokumento tikslas yra pristatyti pakartotinio panaudojimo technologijos, komponentais grįsto projektavimo ir metaprojektavimo aspektų simbiozės. Simbiozė realizuojama per programinės įrangos architektūros modelį ir rinkinį pakartotinio panaudojimo komponentų, kurie sukurti įtraukti galutinį vartotoją į programinės įrangos procesą kaip projektuotoją. / The aim of this paper is to present symbiosis of reuse technology, component based design and meta-project aspects. Symbiosis occurs through software architectural model and set of reusable components designed to involve end-user to software development process as designer. Theoretical background of specified model is delivered in the beginning sections of this thesis. As experimental solution information system was introduced. System provides a pack of highly configurable and customizable components designed to achieve common tasks. Unexpected or rare tasks are solved by providing extra components, which are developed and integrated to entire system according predefined rules. Several complete definitions and application areas of those components are given. Paper also includes statistics about reusable component life cycle in different software projects: how often they are reused and for what purpose. Thesis is concluded with pros and cons of suggested model.

L'évolution des systèmes pendant leur vie opérationnelle est incontournable. Les systèmes sûrs de fonctionnement doivent évoluer pour s'adapter à des changements comme la confrontation à de nouveaux types de fautes ou la perte de ressources. L'ajout de cette dimension évolutive à la fiabilité conduit à la notion de résilience informatique. Parmi les différents aspects de la résilience, nous nous concentrons sur l'adaptativité. La sûreté de fonctionnement informatique est basée sur plusieurs moyens, dont la tolérance aux fautes à l'exécution, où l'on attache des mécanismes spécifiques (Fault Tolerance Mechanisms, FTMs) à l'application. A ce titre, l'adaptation des FTMs à l'exécution s'avère un défi pour développer des systèmes résilients. Dans la plupart des travaux de recherche existants, l'adaptation des FTMs à l'exécution est réalisée de manière préprogrammée ou se limite à faire varier quelques paramètres. Tous les FTMs envisageables doivent être connus dès le design du système et déployés et attachés à l'application dès le début. Pourtant, les changements ont des origines variées et, donc, vouloir équiper un système pour le pire scénario est impossible. Selon les observations pendant la vie opérationnelle, de nouveaux FTMs peuvent être développés hors-ligne, mais intégrés pendant l'exécution. On dénote cette capacité comme adaptation agile, par opposition à l'adaptation préprogrammée. Dans cette thèse, nous présentons une approche pour développer des systèmes sûrs de fonctionnement flexibles dont les FTMs peuvent s'adapter à l'exécution de manière agile par des modifications à grain fin pour minimiser l'impact sur l'architecture initiale. D'abord, nous proposons une classification d'un ensemble de FTMs existants basée sur des critères comme le modèle de faute, les caractéristiques de l'application et les ressources nécessaires. Ensuite, nous analysons ces FTMs et extrayons un schéma d'exécution générique identifiant leurs parties communes et leurs points de variabilité. Après, nous démontrons les bénéfices apportés par les outils et les concepts issus du domaine du génie logiciel, comme les intergiciels réflexifs à base de composants, pour développer une librairie de FTMs adaptatifs à grain fin. Nous évaluons l'agilité de l'approche et illustrons son utilité à travers deux exemples d'intégration : premièrement, dans un processus de développement dirigé par le design pour les systèmes ubiquitaires et, deuxièmement, dans un environnement pour le développement d'applications pour des réseaux de capteurs. / Evolution during service life is mandatory, particularly for long-lived systems. Dependable systems, which continuously deliver trustworthy services, must evolve to accommodate changes e.g., new fault tolerance requirements or variations in available resources. The addition of this evolutionary dimension to dependability leads to the notion of resilient computing. Among the various aspects of resilience, we focus on adaptivity. Dependability relies on fault tolerant computing at runtime, applications being augmented with fault tolerance mechanisms (FTMs). As such, on-line adaptation of FTMs is a key challenge towards resilience. In related work, on-line adaption of FTMs is most often performed in a preprogrammed manner or consists in tuning some parameters. Besides, FTMs are replaced monolithically. All the envisaged FTMs must be known at design time and deployed from the beginning. However, dynamics occurs along multiple dimensions and developing a system for the worst-case scenario is impossible. According to runtime observations, new FTMs can be developed off-line but integrated on-line. We denote this ability as agile adaption, as opposed to the preprogrammed one. In this thesis, we present an approach for developing flexible fault-tolerant systems in which FTMs can be adapted at runtime in an agile manner through fine-grained modifications for minimizing impact on the initial architecture. We first propose a classification of a set of existing FTMs based on criteria such as fault model, application characteristics and necessary resources. Next, we analyze these FTMs and extract a generic execution scheme which pinpoints the common parts and the variable features between them. Then, we demonstrate the use of state-of-the-art tools and concepts from the field of software engineering, such as component-based software engineering and reflective component-based middleware, for developing a library of fine-grained adaptive FTMs. We evaluate the agility of the approach and illustrate its usability throughout two examples of integration of the library: first, in a design-driven development process for applications in pervasive computing and, second, in a toolkit for developing applications for WSNs.

The North House is a proof-of-concept prefabricated solar powered home designed for northern climates, and intended for the research and promotion of high-performance sustainable architecture. Led by faculty at the University of Waterloo, the development and design of the project involved a broad collaboration between faculty and students at the University of Waterloo, with Ryerson University and Simon Fraser University. The North House prototype competed in the U.S. Department of Energy’s Solar Decathlon in October of 2009. This thesis identifies the North House as a component-based building. It illustrates in detail the components of which the house is composed, the sequence by which they are assembled, and the details that allow for the building’s rapid assembly and disassembly. Finally, the thesis explores the possibilities afforded by componentbased architecture including adaptability, off-site fabrication and demountability. Drawing on this, the thesis projects future ways of designing buildings sustainable to both manufacture and operate.

The North House is a proof-of-concept prefabricated solar powered home designed for northern climates, and intended for the research and promotion of high-performance sustainable architecture. Led by faculty at the University of Waterloo, the development and design of the project involved a broad collaboration between faculty and students at the University of Waterloo, with Ryerson University and Simon Fraser University. The North House prototype competed in the U.S. Department of Energy’s Solar Decathlon in October of 2009. This thesis identifies the North House as a component-based building. It illustrates in detail the components of which the house is composed, the sequence by which they are assembled, and the details that allow for the building’s rapid assembly and disassembly. Finally, the thesis explores the possibilities afforded by componentbased architecture including adaptability, off-site fabrication and demountability. Drawing on this, the thesis projects future ways of designing buildings sustainable to both manufacture and operate.

Les techniques émergentes de l’ingénierie dirigée par les modèles et de la programmation générative ont permis la création de plusieurs générateurs (générateurs de code et compilateurs). Ceux-ci sont souvent utilisés afin de faciliter le développement logiciel et automatiser le processus de génération de code à partir des spécifications abstraites. De plus, les générateurs modernes comme les compilateurs C, sont devenus hautement configurables, offrant de nombreuses options de configuration à l'utilisateur de manière à personnaliser facilement le code généré pour la plateforme matérielle cible. Par conséquent, la qualité logicielle est devenue fortement corrélée aux paramètres de configuration ainsi qu'au générateur lui-même. Dans ce contexte, il est devenu indispensable de vérifier le bon comportement des générateurs. Cette thèse établit trois contributions principales : Contribution I: détection automatique des inconsistances dans les familles de générateurs de code : Dans cette contribution, nous abordons le problème de l'oracle dans le domaine du test non-fonctionnel des générateurs de code. La disponibilité de multiples générateurs de code avec des fonctionnalités comparables (c.-à-d. familles de générateurs de code) nous permet d'appliquer l'idée du test métamorphique en définissant des oracles de test de haut-niveau (c.-à-d. relation métamorphique) pour détecter des inconsistances. Une inconsistance est détectée lorsque le code généré présente un comportement inattendu par rapport à toutes les implémentations équivalentes de la même famille. Nous évaluons notre approche en analysant la performance de Haxe, un langage de programmation de haut niveau impliquant un ensemble de générateurs de code multi-plateformes. Les résultats expérimentaux montrent que notre approche est capable de détecter plusieurs inconsistances qui révèlent des problèmes réels dans cette famille de générateurs de code. Contribution II: une approche pour l'auto-configuration des compilateurs. Le grand nombre d'options de compilation des compilateurs nécessite une méthode efficace pour explorer l'espace d’optimisation. Ainsi, nous appliquons, dans cette contribution, une méta-heuristique appelée Novelty Search pour l'exploration de cet espace de recherche. Cette approche aide les utilisateurs à paramétrer automatiquement les compilateurs pour une architecture matérielle cible et pour une métrique non-fonctionnelle spécifique tel que la performance et l'utilisation des ressources. Nous évaluons l'efficacité de notre approche en vérifiant les optimisations fournies par le compilateur GCC. Nos résultats expérimentaux montrent que notre approche permet d'auto-configurer les compilateurs en fonction des besoins de l'utilisateur et de construire des optimisations qui surpassent les niveaux d'optimisation standard. Nous démontrons également que notre approche peut être utilisée pour construire automatiquement des niveaux d'optimisation qui représentent des compromis optimaux entre plusieurs propriétés non-fonctionnelles telles que le temps d'exécution et la consommation des ressources. Contribution III: Un environnement d'exécution léger pour le test et la surveillance de la consommation des ressources des logiciels. Enfin, nous proposons une infrastructure basée sur les micro-services pour assurer le déploiement et la surveillance de la consommation des ressources des différentes variantes du code généré. Cette contribution traite le problème de l'hétérogénéité des plateformes logicielles et matérielles. Nous décrivons une approche qui automatise le processus de génération, compilation, et exécution du code dans le but de faciliter le test et l'auto-configuration des générateurs. Cet environnement isolé repose sur des conteneurs système, comme plateformes d'exécution, pour une surveillance et analyse fine des propriétés liées à l'utilisation des ressources (CPU et mémoire). / Generative software development has paved the way for the creation of multiple generators (code generators and compilers) that serve as a basis for automatically producing code to a broad range of software and hardware platforms. With full automatic code generation, users are able to rapidly synthesize software artifacts for various software platforms. In addition, they can easily customize the generated code for the target hardware platform since modern generators (i.e., C compilers) become highly configurable, offering numerous configuration options that the user can apply. Consequently, the quality of generated software becomes highly correlated to the configuration settings as well as to the generator itself. In this context, it is crucial to verify the correct behavior of generators. Numerous approaches have been proposed to verify the functional outcome of generated code but few of them evaluate the non-functional properties of automatically generated code, namely the performance and resource usage properties. This thesis addresses three problems : (1) Non-functional testing of generators: We benefit from the existence of multiple code generators with comparable functionality (i.e., code generator families) to automatically test the generated code. We leverage the metamorphic testing approach to detect non-functional inconsistencies in code generator families by defining metamorphic relations as test oracles. We define the metamorphic relation as a comparison between the variations of performance and resource usage of code, generated from the same code generator family. We evaluate our approach by analyzing the performance of HAXE, a popular code generator family. Experimental results show that our approach is able to automatically detect several inconsistencies that reveal real issues in this family of code generators. (2) Generators auto-tuning: We exploit the recent advances in search-based software engineering in order to provide an effective approach to tune generators (i.e., through optimizations) according to user's non-functional requirements (i.e., performance and resource usage). We also demonstrate that our approach can be used to automatically construct optimization levels that represent optimal trade-offs between multiple non-functional properties such as execution time and resource usage requirements. We evaluate our approach by verifying the optimizations performed by the GCC compiler. Our experimental results show that our approach is able to auto-tune compilers and construct optimizations that yield to better performance results than standard optimization levels. (3) Handling the diversity of software and hardware platforms in software testing: Running tests and evaluating the resource usage in heterogeneous environments is tedious. To handle this problem, we benefit from the recent advances in lightweight system virtualization, in particular container-based virtualization, in order to offer effective support for automatically deploying, executing, and monitoring code in heterogeneous environment, and collect non-functional metrics (e.g., memory and CPU consumptions). This testing infrastructure serves as a basis for evaluating the experiments conducted in the two first contributions.

Model-Based Software Engineering (MBSE) a été proposé comme une méthodologie prometteuse de développement de logiciels pour surmonter les limites de la méthodologie traditionnelle basée sur la programmation pour faire face à la complexité des systèmes embarqués. MBSE favorise l’utilisation de langages de modélisation pour décrire les systèmes d’une manière abstraite et fournit des moyens pour générer automatiquement de différents artefacts de développement, p.ex. code et documentation, à partir de modèles. Le développement d’un système complexe implique souvent de multiples intervenants qui utilisent différents outils pour modifier les artefacts de développement, le modèle et le code en particulier dans cette thèse. Les modifications apportées aux artefacts évoquent le problème de cohérence qui nécessite un processus de synchronisation pour propager les modifications apportées dans l’un artefact aux autres artefacts. Dans cette étude, le problème de la synchronisation des modèles d’architecture basés sur les éléments UML composite structure (UML-CS) et UML state machine (UML-SM) du langage de l’Unified Modeling Language (UML), et le code orienté objet est présenté. UML-CSs sont utilisés pour décrire l’architecture du logiciel basée sur les composants et UML-SMs pour les comportements discrets liés aux événements des systèmes réactifs. Le premier défi est de permettre une collaboration entre les architectes de logiciels et les programmeurs produisant de modèle et de code, en utilisant différents outils. Il soulève le problème de synchronisation où il existe de modifications simultanées des artefacts. En fait, il existe un écart de perception entre les langages à base de diagramme (langages de modélisation) et les langages textuels (langages de programmation). D’une part, les programmeurs préfèrent souvent utiliser la combinaison familière d’un langage de programmation et d’un environnement de développement intégré. D’autre part, les architectes logiciels, travaillant à des niveaux d’abstraction plus élevés, favorisent l’utilisation des modèles et préfèrent donc les langages à base de diagramme pour décrire l’architecture du système. Le deuxième défi est qu’il existe un écart d’abstraction significatif entre les éléments du modèle et les éléments du code: les éléments UML-CS et UML-SM sont au niveau d’abstraction plus élevé que les éléments du code. L’écart rend la difficulté pour les approches de synchronisation actuelles car il n’y a pas de façon facile de réflecter les modifications du code au modèle. Cette thèse propose une approche automatisée de synchronisation composée de deux principales contributions corrélées. Pour aborder le premier défi, on propose un patron méthodologique générique de synchronisation entre modèle et code. Il consiste en des définitions des fonctionnalités nécessaires et plusieurs processus qui synchronisent le modèle et le code en fonction de plusieurs scénarios définis où les développeurs utilisent différents outils pour modifier le modèle et le code. Cette contribution est indépendante de UML-CSs et UML-SMs. La deuxième contribution traite du deuxième défi et est basée sur les résultats de la première contribution. Dans la deuxième contribution, un mapping bidirectionnel est présentée pour réduire l’écart d’abstraction entre le modèle et le code. Le mapping est un ensemble de correspondances entre les éléments de modèle et ceux de code. Il est utilisé comme entrée principale du patron méthodologique générique de synchronisation entre modèle et code. Plus important, l’utilisation du mapping fournit les fonctionnalités définies dans la première contribution et facilite la synchronisation des éléments de UML-CS et UML-SM et du code. L’approche est évaluée au moyen de multiples simulations et d’une étude de cas. / Model-Based Software Engineering (MBSE) has been proposed as a promising software development methodology to overcome limitations of traditional programming-based methodology in dealing with the complexity of embedded systems. MBSE promotes the use of modeling languages for describing systems in an abstract way and provides means for automatically generating different development artifacts, e.g. code and documentation, from models. The development of a complex system often involves multiple stakeholders who use different tools to modify the development artifacts, model and code in particular in this thesis. Artifact modifications must be kept consistent: a synchronization process needs to propagate modifications made in one artifact to the other artifacts. In this study, the problem of synchronizing Unified Modeling Language (UML)-based architecture models, specified by UML composite structure (UML-CS) and UML state machine (UML-SM) elements, and object-oriented code is presented. UML-CSs are used for describing the component-based software architecture and UML-SMs for discrete event-driven behaviors of reactive systems. The first challenge is to enable a collaboration between software architects and programmers producing model and code by using different tools. This raises the synchronization problem of concurrent artifact modifications. In fact, there is a perception gap between diagram-based languages (modeling languages) and text-based languages (programming languages). On the one hand, programmers often prefer to use the more familiar combination of a programming language and an Integrated Development Environment. On the other hand, software architects, working at higher levels of abstraction, tend to favor the use of models, and therefore prefer diagram-based languages for describing the architecture of the system. The second challenge is that there is a significant abstraction gap between the model elements and the code elements: UML-CS andUML-SM elements are at higher level of abstraction than code elements. The gap makes current synchronization approaches hard to be applied since there is no easy way to reflect modifications in code back to model. This thesis proposes an automated synchronization approach that is composed of two main correlated contributions. To address the first challenge, a generic model-code synchronization methodological pattern is proposed. It consists of definitions of necessary functionalities and multiple processes that synchronize model and code based on several defined scenarios where the developers use different tools to modify model and code. This contribution is independent of UML-CSs and UML-SMs. The second contribution deals with the second challenge and is based on the results from the first contribution. In the second contribution, a bidirectional mapping is presented for reducing the abstraction gap between model and code. The mapping is a set of correspondences between model elements and code elements. It is used as main input of the generic model-code synchronization methodological pattern. More importantly, the usage of the mapping provides the functionalities defined in the first contribution and eases the synchronization of UML-CS and UML-SM elements and code. The approach is evaluated by means of multiple simulations and a case study.

Le maintien en condition opérationnelle des équipements industriels est un des enjeux importants de l'entreprise, et a fait passer la maintenance d'un centre de coût à un centre de profit, ce qui a eu pour conséquence une éclosion de logiciels d'aide à la maintenance allant de la GMAO aux plateformes de e-maintenance. Ces systèmes d'aide fournissent aux différents acteurs de la maintenance, un support à la décision et un ensemble de services permettant une gestion informatisée d'activités de base appartenant au processus de maintenance (exemple l'intervention, la planification, le diagnostic, etc.). Toutefois, les besoins des utilisateurs évoluent dans le temps en fonction de nouvelles contraintes, de leur expertise, des nouvelles connaissances. Par contre les services fournis n'évoluent pas et nécessitent une réactualisation. Afin de tenir compte de l'évolution de ces connaissances, pour que ces systèmes d'aide puissent répondre aux besoins des utilisateurs et puissent proposer des services à la demande et des services évolutifs nous avons fait le point dans cette thèse sur les avantages et limites des systèmes informatiques d'aide existants notamment les plateformes de e-maintenance (systèmes les plus avancés aujourd'hui en maintenance). Pour pallier le manque des systèmes existants, nous avons proposé le concept de s-maintenance qui est caractérisé principalement par les échanges collaboratifs entre applications et utilisateurs, par des connaissances communes du domaine de maintenance. Pour mettre en œuvre ce concept, nous avons proposé une plateforme orientée connaissances assurant des fonctionnalités auto-x (auto-traçabilité, auto-apprentissage, autogestion) qui permettent de répondre aux caractéristiques de la s-maintenance. L'architecture à base de composants de cette plateforme prend appui sur une base de connaissances partagée entre les différents composants qu'elle intègre au profit de l'interopérabilité sémantique ainsi que de la capitalisation des connaissances. Nous avons par ailleurs développé une ontologie du domaine de maintenance sur laquelle s'appuie cette base de connaissances. Finalement, afin de développer les fonctionnalités auto-x assurées par la plateforme nous avons proposé un système à base de traces exploitant la base de connaissances et l'ontologie associée / Operational condition maintenance of industrial equipment is a principal challenge for the firm production. This fact transfer the maintenance from the cost center to the profit center which has lead to massif development of maintenance support system starting from the GMAO to the e-maintenance platform. These systems provide to the maintenance agent, decision-support, and set of services allowing a computerized management of core activities for maintenance process. (e.g. intervention, planning, diagnostic,...). However, the user request continues evolving in time with respect of their expertise, their renewed knowledge and new constraints. On the other hand, the existing services are not following their requirements and they need to be updated. In this thesis, an overview on the advantage and drawback of existing computerized support system, in particular the e-maintenance platform (the most advanced maintenance system) is presented in order to meet the users needs and propose scalable and on-demand services. To overcome the existing system shortage, we propose the s-maintenance concept characterized by the collaborative exchange between users and applications and the common knowledge of the maintenance field. Thus, to implement this concept, a knowledge-oriented platform is proposed providing the auto-x functionalities (auto-traceability, auto-learning and auto-management) and meeting the s-maintenance characteristics. The architecture based on components of this platform, is also based on shared knowledge between integrated components for the benefit of the semantic interoperability as well as for the knowledge capitalization. Maintenance domain ontology is also developed on which the knowledge base is rested. Finally, in order to develop the auto-x functionalities, provided by the platform, a trace-based system is proposed by exploiting the knowledge base and the associated ontology.