Le mémoire décrit une méthode de modélisation et de validation de composants micro-programmes pour l'implantation de protocole de communication de réseaux. Cette mèthode a été développée dans le cadre de la conception du composant FICOMP qui met en oeuvre la norme de bus de terrain FIELDBUS. Le premier chapitre décrit le contexte industriel du projet FICOMP, les différents niveaux de spécification du composant et les outils de simulation et de vérification utilisés. Le chapitre deux présente le langage VOVHDL, une extension de VHDL pour la spécification des communications et des synchronisations entre processus concurrents, et en donne une sémantique synchrone en termes de systèmes à transitions étiquetées. Le chapitre trois présente une approche de modélisation pour les descriptions VOVHDL hiérarchiques, et en illustre l'application au composant FICOMP : les modules internes sont reliés à un module de communication pour former un module de niveau supérieur ; ce module est alors traduisible dans le format d'entrée de l'outil de vérification ASA+. Le chapitre quatre rappelle les primitives essentielles du langage VHDL, et formalise la sémantique de simulation de ce langage en termes de systèmes à transitions étiquetées. Les annexes détaillent l'application de la méthode, par la spécification et la traduction dans le modèle propose de deux modules du projet FICOMP

Cette thèse s'intéresse à la gestion configurable de la duplication et de la cohérence dans les applications réparties. Elle vise la définition de mécanismes de configuration qui n'impliquent pas de modification du code métier des applications et qui permettent la réutilisation du code de gestion de la duplication et de la cohérence. Le premier objectif permet d'exécuter les applications dans différents environnements sans les réimplémenter. Le deuxième objectif permet de réutiliser les protocoles de duplication et de cohérence dans différents domaines d'application. Cette thèse se place dans le contexte des applications réparties à base de composants. Elle permet la configuration non intrusive de la duplication et de la cohérence en se basant sur la séparation entre le code métier et le code système des composants. Elle permet la réutilisation du code de gestion de la duplication et de la cohérence en modélisant les protocoles en termes de composants qui sont indépendants des applications métier. Les modèles de programmation, de composition et d'exécution proposés sont validés à l'aide d'un prototype Java. Le coût de gestion de la duplication et de la cohérence est évalué et l'applicabilité de l'approche aux environnements CCM et EJB est étudiée. Les capacités de configuration et de réutilisation sont démontrées par des expérimentations avec plusieurs applications et plusieurs protocoles.

Les futures générations de satellites d'observation de la Terre doivent concilier des besoins croissants en résolution, précision et qualité des images avec un coût élevé de stockage des données à bord et une bande passante limitée des canaux de transmission. Ces contraintes imposent de recourir à de nouvelles techniques de compression des images parmi lesquelles le standard JPEG2000 est un candidat prometteur. Face à la complexité croissante des applications et des technologies, et aux fortes contraintes d'intégration - faible encombrement, faible consommation, tolérance aux radiations, traitement des informations en temps réel - les outils et méthodologies de conception et de vérification classiques apparaissent inadaptés à la réalisation des systèmes embarqués dans des délais raisonnables. Les nouvelles approches envisagées reposent sur une élévation du niveau d'abstraction de la spécification d'un système et sur la réutilisation de composants matériels pré-définis et pré-vérifiés (composants virtuels , ou blocs IP pour Intellectual Property). Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception de composants matériels réutilisables pour des applications intégrant des fonctions de traitement du signal et de l'image. Notre travail a ainsi consisté à définir une méthodologie de conception de composants virtuels hautement flexibles décrits au niveau comportemental et orientés vers les outils de synthèse de haut niveau. Nous avons expérimenté notre méthodologie sur l'implantation sous forme d'un composant virtuel comportemental d'un algorithme de transformation en ondelettes bidimensionnelle pour la compression d'images au format JPEG2000.

C'est au travers d'un panel d'applications de conception en génie électrique, issu de mes travaux de recherche et d'encadrements doctoraux, qu'est illustrée une problématique inhérente à la " conception système ", celle des couplages. Ceux-ci interviennent au niveau de la définition des modèles du système (multi-physiques, multi-formalismes, multi-niveaux...) mais aussi au niveau des analyses possibles sur ce système (simulation dynamique, analyse de sensibilité, optimisation sous contraintes, robustesse, ...). Cette nature complexe est associée à la nature dynamique de la conception système, dans le sens où les couplages naissent en cours de processus. Ces deux caractères font que la réalisation d'outils de CAO adaptés est un véritable challenge que je cherche à relever en répondant à un ensemble d'enjeux décrits dans ce rapport. Pour ce faire, nous disposons, dans mon équipe de recherche, du framework logiciel CADES. Il constitue à la fois notre plateforme expérimentale et le réceptacle de méthodologies que nous valorisons pédagogiquement et industriellement. Mes contributions à ce framework, sont principalement méthodologiques mais également applicatives dans le domaine des MEMS magnétiques et du bâtiment intelligent. Elles sont majoritairement axées vers l'optimisation sous contraintes, en particulier par des formalismes de modélisation dédiés et des méthodes de génération automatique de calcul de Jacobien. En outre, c'est par l'approche à composants logiciels, mise en oeuvre dans CADES, que sont plus spécifiquement pris en compte les couplages dynamiques en question. Les perspectives ouvertes par ces travaux vont de la conception robuste et fiable de systèmes, à la commande optimale en temps réel, en s'appuyant sur des méthodologies de modélisation, de capitalisation et de réutilisation collaborative des connaissances, en exploitant au mieux Internet et les technologies logicielles.

L'étude d'un système à l'aide de simulations informatiques à événements discrets implique plusieurs activités: spéci cation du modèle conceptuel, description de l'architecture logicielle du modèle, développement des logiciels, scénarisation de la simulation, instrumentation, plani cation d'expérimentation, con guration des ressources de calcul, exécution, post-traitement et analyse, validation et de véri cation (V&V). De nombreux éléments logiciels sont requis pour remplir toutes ces activités. Toutefois, il est fréquent de créer un nouveau simulateur à partir de rien quand on commence une étude à l'aide de simulation. Dans ce cas il est nécessaire de développer de multiples outils prenant en charge les activités de la simulation. Cette thèse aborde le dé de la création de nouveaux simulateurs tout en réutilisant des modèles et des outils provenant d'autres simulateurs. En e et, la réutilisation de logiciel augmente la abilité, est moins sujette aux erreurs, permet une meilleure utilisation des expertises complémentaires, améliore la conformité aux normes, et accélère le développement. La réutilisation de logiciels peut être appliquée à toutes les activités de la simulation. Plusieurs problèmes doivent être résolus pour tirer pleinement pro t de la réutilisation. Dans cette thèse, nous abordons trois questions principales: Tout d'abord, nous étudions les solutions pratiques de réutilisation permettant de combiner un ensemble choisi d'éléments logiciels utiles pour la modélisation et la simulation, en incluant aussi bien les modèles, les moteurs de simulation, les algorithmes et les outils; Deuxièmement, nous nous concentrons sur les questions liées à l'instrumentation; Troisièmement, nous étudions le problème de l'intégration d'éléments logiciels provenant d'autres simulateurs dans un nouveau simulateur. Pour atteindre ces objectifs, nous étudions des techniques avancées de du génie logiciel, tels que le génie logiciel à base de composants (CBSE) et la programmation orientée aspect, sur lesquels nous construisons une solution originale pour la modélisation et la simulation à l'aide de multiples couches réutilisables. Nous avons développé un prototype d'architecture logicielle qui prouve la faisabilité de cette solution.

Dans cette thèse, nous avons choisi d'aborder l'adaptation dynamique au contexte comme un outil de gestion de la qualité de service. Nous présentons une plate-forme pour la reconfiguration et le déploiement contextuel d'applications en environnement contraint appelée Kalimucho. Kalimucho est une plate-forme distribuée qui dispose d'une représentation globale de l'application. Elle permet d'effectuer des reconfigurations dynamiques des applications basées composants grâce à cinq actions de base : ajouter, supprimer, migrer, connecter et déconnecter. L'originalité de cette plate-forme est qu'elle exploite le plus possible les ressources de l'application en permettant d'utiliser tous les périphériques disponibles comme supports des composants logiciels de l'application, qu'ils soient ou non en relation avec les fonctionnalités du périphérique. Pour cela elle repose sur un modèle de QdS à deux dimensions : l'Utilité qui permet de garantir une application conforme aux souhaits de l'utilisateur et aux conditions d'utilisation et la Pérennité qui garantit une durée de vie suffisante. Ce modèle est implémenté par une heuristique de choix d'une configuration à déployer qui permet de trouver une configuration et le déploiement associé qui respectent ces critères de QdS. Enfin nous proposons une méthode de conception qui guide le concepteur dans la modélisation du contexte et des applications. Elle permet d'identifier tous les évènements pouvant engendrer des reconfigurations et de les associer à une action. Elle permet également de décomposer l'application en différentes configurations qui servent de base au choix de reconfiguration. Enfin elle permet de définir toutes les règles de modification du modèle de QdS en fonction des changements du contexte afin de pouvoir proposer différentes politiques d'adaptation : utilisation normale, situation d'urgence, etc.

Pour satisfaire aux nouveaux besoins de flexibilité, modularité, d'adaptabilité et de distribution des applications, les paradigmes composants et services ont été déclinés dans des frameworks reconnus comme J2EE, OSGI, SCA ou encore Fractal. Néanmoins, ceux-ci offrent peu d'outils permettant de garantir la fiabilité des applications en raisonnant de manière générique sur leur configuration architecturale et les spécifications des participants. Dans cette thèse, j'envisage l'organisation de la vérification des assemblages, et le diagnostic des défaillances, sous l'angle de l'approche par contrat dirigée par les responsabilités. Pour cela, j'analyse d'abord sous quelles hypothèses intégrer différents formalismes à cette approche, puis comment appliquer cette approche à différentes architectures. J'étudie par ailleurs comment les intervenants de la mise en oeuvre des systèmes pourraient en bénéficier. Cela m'amène à présenter un modèle de contrat, qui intègre et organise différentes propriétés, analysées comme requises pour la validité de l'assemblage, conjointement et uniformément sur différentes architectures. J'en définis le modèle objet qui réifie la logique contractuelle, ainsi que son implémentation sous forme d'un framework. Ce dernier est validé sur l'architecture Fractal et deux formalismes contractuels, l'un à base d'assertions et l'autre de contraintes sur les séquences d'interactions valides entre participants. Une validation plus avancée est montrée sur l'exemple d'une application de communautés instantanées.

La boîtier (package) d'un composant actif de puissance à structure verticale (diode, IGBT, MOSFET...) a plusieurs rôles. Il doit assurer, outre la connexion électrique de ce dernier, le maintien mécanique de la puce, l'isolation, la tenue en tension du composant, la limitation des phénomènes CEM, une bonne fiabilité dans le temps et une bonne évacuation de la chaleur. Ce dernier point est primordial car la principale limitation du calibre en courant des composants est en général liée à leur température maximale de jonction. Dans un premier temps, nous aborderons différentes études portant sur l'amélioration des transferts de chaleur au sein du module de puissance puis entre ce dernier et l'ambiant : caloducs miniatures, caloducs pulsés, pompes statiques... Nous verrons ensuite qu'une démarche prenant en compte l'ensemble des contraintes liées au packaging et remettant en question la structure même des composants semi-conducteurs apporte des solutions originales pour la construction de modules de puissance performants et innovants.

Les administrateurs, les développeurs, les concepteurs logiciels ont besoin de nouvelles approches pour faire face à la complexité croissante des systèmes informatiques. Afin de libérer les administrateurs de tâches répétitives et d'améliorer la réactivité des systèmes, ces systèmes, alors appelés systèmes autonomiques, tendent à être dotés de capacités d'auto-gestion telles que l'auto-configuration et l'auto-réparation. Ces capacités d'auto-gestion sont fortement couplées à la capacité du système à s'auto-adapter, c.-à-d. à modifier sa structure et son comportement alors qu'il est en cours d'exécution. Les approches se sont jusqu'alors concentrées sur l'auto-adaptation structurelle des systèmes à base de composants logiciels en remaniant les liaisons entre les composants. Dans notre approche, nous nous focalisons sur l'adaptation comportementale. Nous avons défini le modèle de composants MOCAS (Model Of Components for Adaptive Systems) pour permettre la réalisation de systèmes autonomiques à base de composants logiciels auto-adaptatifs. MOCAS repose sur une approche uniforme exploitant l'ingénierie des modèles : les capacités d'adaptation et les propriétés autonomiques de chaque composant reposent sur l'usage qui est fait par MOCAS du langage de modélisation UML. La structure d'un composant MOCAS repose sur les éléments natifs du langage MOCAS. Le comportement du composant est décrit avec une machine à états MOCAS. Cette machine est ensuite exécutée par le composant pour réaliser son comportement. Pour devenir adaptable, le composant est déployé dans un conteneur respectant ce même modèle. Une boucle de contrôle à base de composants MOCAS permet de réaliser des composants auto-adaptables de façon décentralisée et de les doter de propriétés autonomiques. Les politiques autonomiques exploitent alors les modèles de machines à états afin d'auto-configurer et d'auto-réparer les composants.

L'adaptation en-ligne du logiciel de tolérance aux fautes permet de renforce la sûreté de fonctionnement du système et prenant en compte son environnement. L'adaptation nécessite de nouvelles techniques de conception. Ces travaux visent à comprendre et maîtriser l'impact des modifications du logiciel de tolérance aux fautes en opération sur les fonctionnalités du système, pour en maîtriser les effets de bords. L'approche proposée introduit une architecture réflexive à composants et une modélisation du logiciel. Un modèle structurel du logiciel permet de calculer et appliquer les modifications du contenu du logiciel. Un modèle comportemental décrit les observations attendues en fonctionnement. Il permet de déterminer les états permettant d'appliquer les modifications, d'amener et de maintenir le système dans ces états. Ces travaux montrent que, grâce aux capacités de manipulation et de contrôle en ligne du logiciel, la modification des mécanismes de tolérance aux fautes peut être réalisée en ligne de manière maîtrisée.