Les architectures distribuées des systèmes embarqués sont souvent décrites sous la forme de composants concurrents communiquant entre eux. De tels systèmes sont à la fois orientés flot de données pour leur description, et dirigés par le temps pour leur exécution. Cette thèse s'inscrit dans cette problématique et se concentre sur le contrôle de la compatibilité temporelle d'un ensemble de données interdépendantes utilisées par les composants du système. L'architecture d'un système modélisé par composants forme un graphe où plusieurs chemins peuvent relier deux composants, avec des caractéristiques temporelles hétérogènes, ce qui induit des temps de parcours disparates. Il est alors important que ces flots d'information soient assemblés de façon cohérente sur le composant destinataire, c'est-à-dire de telle manière que le composant utilise en entrée des données dépendant (directement ou indirectement) du même pas d'exécution du composant à l'origine de ces flots multiples. Dans un premier temps, ce principe d'association cohérente de données est identifié et formalisé. Une méthodologie est proposée afin de détecter, dans un graphe de composants, les configurations pouvant poser des problèmes d'association de données Dans un deuxième temps, différentes approches sont détaillées afin de gérer l'association cohérente des données dans des systèmes périodiques sans supposer de propriétés strictes sur l'ordonnancement des composants. Dans les systèmes où les composants partagent la même période et où les communications intra-périodiques sont interdites, l'association des données est gérée par un mécanisme de files permettant de rééquilibrer les temps de parcours des données sur les différents chemins. Dans le cas où les composants sont de périodes diverses, un mécanisme d'estampillage des données est utilisé afin de mémoriser les dépendances entre données. Associé à l'utilisation de files, cet estampillage permet aux composants de sélectionner, à chacune de leurs phases d'activation, des ensembles de données cohérents choisis parmi les données à leur disposition. La notion d'association cohérente est ensuite relâchée, permettant une utilisation de données approximativement cohérentes. Des files filtrantes, n'enregistrant qu'une donnée sur un certain nombre de données reçues, permettent de réduire la taille des files nécessaires. Par ailleurs, du fait de la liberté du modèle d'exécution choisi, il existe des situations où il est impossible de garantir la vivacité de l'association cohérente des données. D'autre part, une architecture particulière peut générer des contraintes de cohérence conflictuelles et aboutir à une impossibilité de gestion de la cohérence. Pour terminer, les résultats de ces travaux sont appliqués sur le logiciel applicatif d'un satellite d'observation terrestre détectant des points chauds.

L'état de l'art aujourd'hui dans la CEM en électronique de puissance permet d'avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L'objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type " réseau de bord ". Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d'analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l'idée originale de ces modèle CEM " système " a été développé sous forme d'un modèle type boîte noire prenant en compte l'ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l'expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau.

Les contrats basés sur les notions d'hypothèses/garanties constituent un paradigme expressif pour une conception modulaire et compositionnelle de spécification de programmes. Ils sont devenus un concept fondamental dans les procédés employés par les outils de conception assistée par ordinateur, pour la conception de systèmes informatiques. Dans cette thèse, nous élaborons des fondements pour la mise en oeuvre de systèmes embarqués basée sur la notion de contrats. Nous proposons ainsi une algèbre de contrats basée sur deux concepts simples : les hypothèses et les garanties des composants sont définies par des filtres, les filtres sont caractérisés par une structure d'algèbre booléenne. Les choix effectués pour définir la structure des filtres permettent de définir une algèbre de Heyting sur l'ensemble des contrats. Un cadre de travail est ainsi défini, dans lequel les contrats sont utilisés pour vérifier la correction des hypothèses faites sur le contexte d'utilisation d'un composant, et pour fournir à l'environnement les garanties qui lui sont demandées. Nous utilisons cette algèbre pour définir un système de modules dont le paradigme de typage est basé sur la notion de contrats. Le type d'un module est un contrat caractérisé par les hypothèses faites par l'environnement et les garanties offertes par les comportements du module. Nous illustrons cette présentation avec la spécification d'un moteur à quatre temps.

Cette thèse s'intègre dans le cadre du projet européen EUREKA "High Dynamic Range - Low NoiseCMOS imagers", qui a pour but de développer de nouvelles approches de fabrication de capteursd'images CMOS à haute performance. L'objectif de la thèse est la conception d'un système de visiontemps réel à grande gamme dynamique (HDR). L'axe principal sera la reconstruction, en temps réelet à la cadence du capteur (60 images/sec), d'une vidéo à grande dynamique sur une architecturede calcul embarquée.La plupart des capteurs actuels produisent une image numérique qui n'est pas capable de reproduireles vraies échelles d'intensités lumineuses du monde réel. De la même manière, les écrans, impri-mantes et afficheurs courants ne permettent pas la restitution effective d'une gamme tonale étendue.L'approche envisagée dans cette thèse est la capture multiple d'images acquises avec des tempsd'exposition différents permettant de palier les limites des dispositifs actuels.Afin de concevoir un système capable de s'adapter temporellement aux conditions lumineuses,l'étude d'algorithmes dédiés à la grande dynamique, tels que les techniques d'auto exposition, dereproduction de tons, en passant par la génération de cartes de radiances est réalisée. Le nouveausystème matériel de type "smart caméra" est capable de capturer, générer et restituer du contenu àgrande dynamique dans un contexte de parallélisation et de traitement des flux vidéos en temps réel

La prise en compte de la complexité croissante des systèmes embarqués temps réel, le besoin de formalisation du processus de développement, les contraintes inhérentes de ces systèmes (ressources limitées et spécifiques, prédictibilité, correction) font qu'il est nécessaire de pouvoir disposer d'un support permettant une maîtrise fine du processus de développement et une gestion sûre des ressources utilisées par le système. L'utilisation des principes de génie logiciel doit permettre de répondre au défi de la maîtrise et de l'amélioration des processus de développement. L'intégration des techniques formelles doit permettre d'assurer la correction des applications produites. Dans les études présentées, nous nous intéressons aux architectures opérationnelles utilisant les services d'un exécutif multitâches. Dans ce cadre, nous avons plus particulièrement exploré deux thèmes. Le premier porte sur l'utilisation des langages SDL et IF et des techniques formelles par modélisation exhaustive pour assurer la correction des systèmes. Le deuxième porte sur l'utilisation du paradigme composant pour la structuration des politiques de gestion de la QdS dans un contexte fortement dynamique. Dans les premiers travaux, un premier niveau, dit de spécification, exprimé en SDL, permet de formaliser les propriétés attendues du système. Ensuite, on décrit, toujours à l'aide de SDL, l'architecture opérationnelle du système par instanciation de boîtes grises, décrivant le comportement des entités du système (tâches, routines). Les modèles IF correspondant fournissent une sémantique d'écoulement du temps. Enfin, les LTS, générés à partir de IF, servent de base à la validation et à la vérification du système. Pour la validation, il faut s'assurer que la mise en place de l'architecture opérationnelle n'aboutit pas à la perte ou à l'activation d'actions non souhaitées. Pour cela nous avons proposé une relation d'équivalence originale qui considère les phénomènes de mémorisation et de décalage temporels inhérent à l'implémentation. Pour la vérification des échéances, l'approche s'appuie sur un modèle réaliste, non abstrait, de l'implémentation (routines d'interruption, sémaphores, boîtes aux lettres, ...) et propose des règles de modélisation et d'abstraction pour contenir le phénomène d'explosion combinatoire (ordre partiel, priorité des tâches, modes de fonctionnement). La vérification, considérant un modèle fin du code, permet par la même occasion de traiter diverses propriétés de sûreté du code (pas de débordement des boîtes aux lettres, ...). Après avoir étudié les langages formels pour décrire et valider des architectures opérationnelles, nous nous intéressons à la structuration à base de composants pour la prise en compte de contraintes de QdS. Dans ce cadre, Fractal et son framework pour l'embarqué Think permettent de construire des systèmes flexibles et adaptables pour les systèmes embarqués. Notre proposition, notée Qinna, permet d'étendre ces modèles pour intégrer des politiques de gestion de la QdS liées à l'utilisation de ressources matérielles. Les expérimentations de Qinna nous ont amené à définir des principes de mise en œuvre, soit des compromis, effectué par le concepteur du système, entre un gaspillage de QdS (discrétisation du niveau de QdS contractualisé) et un nombre important d'opérations d'adaptation à réaliser par l'architecture (suivi de la variabilité des profils de QdS requis et des capacités des ressources matérielles, niveau de QdS contractualisé proche du niveau réel utilisé). Enfin, dans une dernière partie de perspectives, nous donnons des éléments pour étendre les études menées aux architectures applicatives et au plus généralement au problème du déploiement. Dans ce cadre, nous proposons des extensions pour le domaine des systèmes d'acquisition et de communication de données.

L'evolution du nombre de systèmes électroniques dans les véhicules engendre un accroissement des échanges entre les systemes electroniques et necessite une multiplication des faisceaux de cˆablage. Ces faisceaux point-a-point ou multiplexes atteignent des longueurs superieures a 2 km sur les voitures haut de gamme. Pour reduire le nombre fils, le concept de multiplexage est une solution. Ce concept consiste a faire transiter sur une seule et mˆeme ligne de liaison des communications appartenant a plusieurs paires d'equipements emetteurs et recepteurs. Les solutions basees sur les protocoles CAN, Flexray, LIN sont deja presentent sur les vehicules actuels. Les avantages d'une telle solution sont multiples, mais engendrent aussi des disparites sur les protocoles et supports associes. Les communications entre les protocoles necessitent des interfaces, qui des lors pénalisent les debits et ne sont plus temps réel. Afin de réduire cette disparite et reduire le nombre de cables, nous nous sommes intéressés à une solution basee sur les techniques dites de courant porteur en ligne (CPL/PLC). Demontrer la faisabilite d'un tel systeme sur un vehicule est l'objet de ces travaux. La première partie de l'etude a porté sur la description de l'etude. Après avoir developpe le contexte, les principes des techniques de transmission par CPL dans le domaine Indoor sont rappelés. Dans la seconde partie du document, l'etude porte dans un premier temps sur les caracteristiques du canal de transmission puis sur la presentation des techniques CDMA, OFDM. La troisième partie de l'etude a porte sur l'aspect simulation. Elle a consisté à étudier la modulation Homeplug en presence d'un canal automobile. Au cours de cette étude, plusieurs optimisations ont ete apportees pour obtenir un gain en taux d'erreur et debit. Enfin, la derniere partie de l'etude a porte sur les mesures et experimentations sur véhicules. Une description des modems CPL adaptes est realisee. Cette partie a permit de classifier les organes influenc¸ant la transmission, de mesurer les taux de transfert et de demontrer la robustesse de la modulation. Ainsi, ces différents travaux montrent la pertinence des solutions proposees pour la transmission CPL au sein d'un vehicule.

L'architecture des ordinateurs est maintenant dans l'ère des multiprocesseurs permettant le calcul en parallèle. Les systèmes embarqués les plus récents s'appuient sur plusieurs processeurs DSP (Digital Signal Processor) ou MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip). Corrélativement, les algorithmes des applications de traitement du signal et de l'image deviennent de plus en plus sophistiqués. La mise en oeuvre de telles applications sur un système embarqué devient complexe. Aussi, les approches de prototypage rapide et de co-conception matérielle/logicielle sont souvent utilisées pour faciliter ce travail. Le problème de l'ordonnancement des tâches, étape importante du prototypage rapide, est discuté et traité dans cette thèse. Nous cherchons des modèles d'ordonnancement des tâches en considérant précisément les communications entre les tâches. Nous modélisons ainsi l'algorithme de l'application comme un graphe acyclique orienté (Directed Acyclic Graph ou DAG), et nous proposons un modèle avancé décrivant de façon appropriée l'architecture du système embarqué parallèle. Après la formalisation du problème de l'ordonnancement des tâches avec ce modèle d'architecture, nous présentons plusieurs heuristiques d'ordonnancement basées sur la méthode de la liste (list scheduling) pour améliorer les performances de l'ordonnancement. Nos résultats expérimentaux attestent d'une accélération de l'application dans un contexte de moyenne ou de forte communication. Comme le poids des communications va en croissant dans les applications les plus récentes, que ce soient en communication numérique ou en compression vidéo, nos méthodes s'avèrent efficaces dans la mise en oeuvre de ces applications sur systèmes embarqués parallèles. Nos méthodes d'ordonnancement sont intégrées dans PREESM, environnement de prototypage rapide basé sur Eclipse en "open source".

Les mécanismes de détection et de recouvrement d'erreur doivent être soigneusement sélectionnés pour les applications embarquées automobiles, principalement à cause de ressources limitées et de contraintes économiques. Cependant, des exigences de sûreté importantes, aggravées par la complexité croissante du logiciel, motive l'industrie automobile à chercher des solutions techniques pour améliorer la robustesse à l'exécution. Le défi est de concevoir une solution de tolérance aux fautes portable, flexible, à forte contraintes économique, en examinant différemment les techniques classiques de redondance et de diversification. Le principe directeur est de contrôler rigoureusement quelle information et quand elle est essentielle à récupérer; quelle instrumentation est nécessaire pour réaliser de la tolérance aux fautes et où il faut la placer dans le programme. La thèse propose une approche pour développer un logiciel de défense, tel un composant externe configurable, reposant sur l'observabilité et la contrôlabilité de mécanismes fournis par un standard d'architecture logicielle automobile émergent AUTOSAR.

Cette thèse s’intègre dans le cadre du projet européen EUREKA "High Dynamic Range - Low NoiseCMOS imagers", qui a pour but de développer de nouvelles approches de fabrication de capteursd’images CMOS à haute performance. L’objectif de la thèse est la conception d’un système de visiontemps réel à grande gamme dynamique (HDR). L’axe principal sera la reconstruction, en temps réelet à la cadence du capteur (60 images/sec), d’une vidéo à grande dynamique sur une architecturede calcul embarquée.La plupart des capteurs actuels produisent une image numérique qui n’est pas capable de reproduireles vraies échelles d’intensités lumineuses du monde réel. De la même manière, les écrans, impri-mantes et afficheurs courants ne permettent pas la restitution effective d’une gamme tonale étendue.L’approche envisagée dans cette thèse est la capture multiple d’images acquises avec des tempsd’exposition différents permettant de palier les limites des dispositifs actuels.Afin de concevoir un système capable de s’adapter temporellement aux conditions lumineuses,l’étude d’algorithmes dédiés à la grande dynamique, tels que les techniques d’auto exposition, dereproduction de tons, en passant par la génération de cartes de radiances est réalisée. Le nouveausystème matériel de type "smart caméra" est capable de capturer, générer et restituer du contenu àgrande dynamique dans un contexte de parallélisation et de traitement des flux vidéos en temps réel / This thesis is a part of the EUREKA European project called "High Dynamic Range - Low NoiseCMOS imagers", which developped new approaches to design high performance CMOS sensors.The purpose of this thesis is to design a real-time high dynamic range (HDR) vision system. Themain focus will be the real-time video reconstruction at 60 frames/sec in an embedded architecture.Most of the sensors produce a digital image that is not able to reproduce the real world light inten-sities. Similarly, monitors, printers and current displays do not recover of a wide tonal range. Theapproach proposed in this thesis is multiple acquisitions, taken with different exposure times, to over-come the limitations of the standard devices.To temporally adapt the light conditions, the study of algorithms dedicated to the high dynamic rangetechniques is performed. Our new smart camera system is able to capture, generate and showcontent in a highly parallelizable context for a real time processing

A l'instar d'autres domaines d'activités, l'environnement du marin s'est enrichi d'appareils électroniques à des fins d'aide à la navigation et de sécurité. Dans le cas de la navigation maritime, ces dispositifs ont pour principal but de donner des informations sur l'environnement dans lequel évolue le bateau: profondeur d'eau, bouées de signalisation par exemple et sur son état: cap, vitesse, etc. La complexité et le nombre d'appareils à bord des bateaux dépendent de la taille du bateau, d'un GPS portatif pour un jet-ski à un ensemble complexe d'ECDIS, de radar et d'AIS sur les cargos. Aujourd'hui, malgré l'évolution des appareils d'aide à la navigation, les accidents perdurent (échouage et collisions) et sont en partie dus aux erreurs humaines (33%). Il existe 3 grandes causes:- La charge cognitive trop importante. Cette dernière est liée à la complexité des appareils (ECDIS par exemple) [Jie and Xian-Zhong, 2008], leurs nombres et leurs orientations différentes de la vue pont [Prison and Porathe, 2007].- La mobilité de l'information. La majorité des appareils électroniques à bord des bateaux est positionné à un endroit et ne permet pas l'accès aux données en dehors de cet emplacement.- Le manque de pratique de plaisanciers. Les règles de navigation sont indispensable à la sécurité du marin et peuvent être oubliées par manque de pratique et causent des incidents (ou accidents). Dans ces travaux, nous proposons une solution mobile pour rendre accessible Les données en tout point du bateau. De plus, le prototype est basé sur la technologie de réalité augmentée pour afficher les données dans le champ de vision de l'utilisateur pour une réduction de la charge cognitive. Enfin l'application exécutée sur le prototype délivre uniquement les informations essentielles pour une navigation sécurisée. La première partie de cette thèse détaille une étude utilisateur menée pour comprendre les habitudes et les besoins des plaisanciers afin de sélectionner les données à afficher et leur représentation graphique. Suite à cette étude, une analyse du besoin logiciel et matériel a été menée. Le but de cette analyse est de lister les différents éléments pouvant supporter les contraintes maritimes (soleil, brouillard, nuit, houle, mobilité) afin de proposer un appareil et une application mobile sur technologie de réalité augmentée. La deuxième partie de cette thèse aborde le design du prototype (architecture, display) et du logiciel. Cet ensemble a pour but d'aider le plaisancier lors de conditions météos difficiles. La technologie mise en œuvre dans ce nouvel outil est la réalité augmentée, plus précisément Optical See-through. Le principe de l'application exécutée sur le prototype est un serveur proposant des services à l'utilisateur en fonction des appareils disponibles à bord du bateau tout en limitant la charge cognitive du marin. En effet, l'application conserve uniquement les informations utiles et les affiche dans le champ de vision de l'utilisateur, de plus elles sont superposées à sa vue directe sur le monde.La dernière partie, elle, décrit le générateur de carte qui nous permet d'extraire les données maritimes issues de différents formats de carte pour les adapter au format 3D utilisé dans l'application. Ce dernier est capable de placer automatiquement des objets 3D pour représenter le système de balisage, les amers, etc. Ce générateur a été développé pour reconstituer des zones interdites comme les zones de profondeurs, d'interdiction de chasse sous-marine, etc. Ceci a été mis en œuvre afin de répondre au mieux aux besoins de tous types de plaisanciers, de l'utilisateur de jet-ski au yacht et du pêcheur au plongeur amateur par exemple. / Compared to the other activities, the sailor's environment has been enhanced with electronic devices in order to help the sailor and improve the security. In case of maritime navigation, these devices are mainly used to give information on the environment which the boat moves such as the water depth, seamarks for instance and its state: bearing, speed, etc. The complexity and the number of devices onboard depend on the boat size, from a wearableGPS on a jet-ski to a complex set of ECDIS, radar and AIS on a merchant ship. Today, despite the evolution of the navigational aid devices, the accidents still happen and they are due in part to human errors (33%). There are 3 main causes: The cognitive load issue. The latter is linked to the complexity of devices (ECDIS for instance [Jie and Xian-Zhong, 2008]); their quantity and their orientations which is different from the bridge view or the user's field of view [Prison and Porathe, 2007]. The information's mobility. Most of the devices onboard are put in a specific place and the data are not accessible outside this place. The lack of practice of the recreational boats owner. The maritime navigation rules are vital to sail safely but some of sailors can forget some significations and an accident may result from a wrong choice.In this thesis, we provide a mobile solution to make accessible data everywhere on the boat. Furthermore, the prototype is based on the augmented reality technology to display data in the user's field of view to reduce cognitive load. Finally, the application run on the prototype delivers only the relevant information for a safe navigation. The first part in this thesis details a user study conducted to understand the sailor's habits and their needs in order to select data to display and their graphical representation. Following this study, a needs analysis on the software and hardware has been realized. The purpose of this analysis is to list the different elements that are usable under maritime constraints (sun, fog, night, swell, mobility) in order to provide a device and a mobile application based on the augmented reality technology.The second part in this thesis reaches the prototype (architecture, display) and the software design. Both of them aim to help the sailors when the weather is bad. The technology used in this new tool is the augmented reality, more precisely an Optical see-Through system. The principle of the application run on the prototype is like a server, which provides services to the user depending on devices available onboard, while limiting the sailor's cognitive load. Indeed, the applications keeps only the useful data and display them in the user's field of view, furthermore they are superimposed on his/her direct view of the world.The last part in this thesis details the chart generator, which allows us to extract maritime data from different chart formats to adopt the 3D one used in the application. The latter is able to automate the placement of the 3D objects to build the buoyage system, landmarks, etc. This generator has been developed to recreate the danger areas such as depth areas, prohibited diving areas and so on. This has been done to satisfy user's expectations from the jet-ski to the yacht owner and the fisher man to the diver for instance.