La prolifération de petits équipements ouverts tels que les dispositifs personnels de confiance a favorisé l'essor des environnements d'exécution dynamiquement adaptables. Ainsi, de nouveaux logiciels peuvent être déployés à la volée après que les équipements soient délivrés à leurs porteurs. Par nos travaux, nous aspirons à garantir que chaque nouveau logiciel, dont le déploiement aboutit, est en mesure de délivrer les réponses aux requêtes qui lui sont adressées dans un délai maximal préalablement établi. Les garanties apportées sont cruciales tant en terme de sûreté de fonctionnement que de sécurité. À cet effet, nous avons proposé de distribuer le calcul du temps d'exécution au pire cas à la manière des approches de codes porteurs de preuve. Le fournisseur de code se voit attribuer les calculs gourmands en ressources matérielles ne supposant aucune connaissance préalable de l'environnement d'exécution sur lequel s'exécutera son logiciel, en l'occurrence la détermination des bornes des boucles. Quant au consommateur, il vérifie grâce à la preuve les bornes inférées par le fournisseur et calcule le temps d'exécution au pire cas. Nous avons évalué expérimentalement le bien-fondé de notre démarche sur une architecture matérielle et logicielle répondant aux exigences des dispositifs personnels de confiance. Enfin, nous nous sommes préoccupés du cas où plusieurs logiciels, émanant d'entité différentes, coexistent. Nous avons mis l'accent sur l'impact de l'interaction entre ces logiciels sur les garanties préalablement apportées par le système sur le temps d'exécution au pire cas et nous avons ébauché une solution basée sur les contrats pour maintenir ces garanties. / The proliferation of small and open objects such as personal trusted devices has encouraged the spread of dynamically adaptable runtime environments. Thus, new software can be deployed on the fly after the devices are delivered to their holders. Through our work, we aim to ensure that each new software, whose deployment is successful, will be able to deliver responses within a maximum delay previously established. These guarantees are crucial in terms of safety and security. To this end, we propose to distribute the computation of worst case execution time. Our solution embraces a proof carrying code approach making distinction between a powerful but untrusted computer used to produce the code, and a safe but resource constrained code consumer. The producer does not assume any prior knowledge of the runtime environment on which its software will be executed. The code is statically analyzed to extract loop bounds and a proof containing this information is joint to the software. By a straightforward inspection of the code, the consumer can verify the validity of the proof and compute the global worst case execution time. We experimentally validate our approach on a hardware and software architecture which meets the requirements of trusted personal devices. Finally, we address the challenges raised when software from different service providers potentially untrusted can coexist and interact in a single device. We focus on the impact of the interaction between different software units on the guarantees previously given by the system on the worst case execution time and we outline a solution based on contracts to maintain these guarantees.

Ce mémoire se veut d'abord un recueil des principales variantes de l'algorithme optimal en pire cas pour la résolution de problèmes convexes et fortement convexes sans contraintes présenté par Yurii Nesterov en 1983 et en 2004. Ces variantes seront présentées dans un cadre unifié et analysées de manière théorique et empirique. On y retrouve une analyse des rôles des différents paramètres composant l'algorithme de base ainsi que de l'influence des constantes L et mu, respectivement la constante de Lipschitz du gradient et la constante de forte convexité de la fonction objectif, sur le comportement des algorithmes. On présentera également une nouvelle variante hybride et nous démontrerons empiriquement qu'elle performe mieux que plusieurs variantes dans la majorité des situations. La comparaison empirique des différentes variantes sur des problèmes sans contraintes utilise un modèle de calcul se basant sur le nombre d'appels à un oracle de premier ordre plutôt que sur le nombre d'itérations. Enfin, une application de ces variantes sur trois instances de problèmes en imagerie numérique ainsi qu'une analyse empirique des résultats obtenus en confrontation avec la méthode optimale FISTA et l'algorithme classique L-BFGS-B viennent clore ce mémoire.

Tout comportement défectueux d’un système temps-réel critique, comme celui utilisé dans le réseau avionique ou le secteur nucléaire, peut mettre en danger des vies. Par conséquent, la vérification et validation de ces systèmes est indispensable avant leurs déploiements. En fait, les autorités de sécurité demandent d’assurer des garanties déterministes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à obtenir des garanties temporelles, en particulier nous avons besoin de prouver que le temps de réponse de bout-en-bout de chaque flux présent dans le réseau est borné. Ce sujet a été abordé durant de nombreuses années et plusieurs approches ont été développées. Après une brève comparaison entre les différentes approches existantes, une semble être un bon candidat. Elle s’appelle l’approche par trajectoire; cette méthode utilise les résultats établis par la théorie de l'ordonnancement afin de calculer une limite supérieure. En réalité, la surestimation de la borne calculée peut entrainer la rejection de certification du réseau. Ainsi une première partie du travail consiste à détecter les sources de pessimisme de l’approche adoptée. Dans le cadre d’un ordonnancement FIFO, les termes ajoutant du pessimisme à la borne calculée ont été identifiés. Cependant, comme les autres méthodes, l’approche par trajectoire souffre du problème de passage à l’échelle. En fait, l’approche doit être appliquée sur un réseau composé d’une centaine de commutateur et d’un nombre de flux qui dépasse les milliers. Ainsi, il est important qu’elle soit en mesure d'offrir des résultats dans un délai acceptable. La première étape consiste à identifier, dans le cas d’un ordonnancement FIFO, les termes conduisant à un temps de calcul important. L'analyse montre que la complexité du calcul est due à un processus récursif et itératif. Ensuite, en se basant toujours sur l’approche par trajectoire, nous proposons de calculer une limite supérieure dans un intervalle de temps réduit et sans perte significative de précision. C'est ce qu'on appelle l'approche par trajectoire scalable. Un outil a été développé permettant de comparer les résultats obtenus par l’approche par trajectoire et notre proposition. Après application sur un réseau de taille réduite (composé de 10 commutateurs), les résultats de simulations montrent que la durée totale nécessaire pour calculer les bornes des milles flux a été réduite de plusieurs jours à une dizaine de secondes. / In critical real-time systems, any faulty behavior may endanger lives. Hence, system verification and validation is essential before their deployment. In fact, safety authorities ask to ensure deterministic guarantees. In this thesis, we are interested in offering temporal guarantees; in particular we need to prove that the end-to-end response time of every flow present in the network is bounded. This subject has been addressed for many years and several approaches have been developed. After a brief comparison between the existing approaches, the Trajectory Approach sounded like a good candidate due to the tightness of its offered bound. This method uses results established by the scheduling theory to derive an upper bound. The reasons leading to a pessimistic upper bound are investigated. Moreover, since the method must be applied on large networks, it is important to be able to give results in an acceptable time frame. Hence, a study of the method’s scalability was carried out. Analysis shows that the complexity of the computation is due to a recursive and iterative processes. As the number of flows and switches increase, the total runtime required to compute the upper bound of every flow present in the network understudy grows rapidly. While based on the concept of the Trajectory Approach, we propose to compute an upper bound in a reduced time frame and without significant loss in its precision. It is called the Scalable Trajectory Approach. After applying it to a network, simulation results show that the total runtime was reduced from several days to a dozen seconds.

Les systèmes temps-réel strict sont soumis à des contraintes temporelles dont le non respect peut entraîner des conséquences économiques, écologiques, humaines catastrophiques. Le processus de validation, garantissant la sûreté de ces logiciels en assurant le respect de ces contraintes dans toutes les situations possibles y compris le pire cas, se base sur la connaissance à priori du pire temps d'exécution de chacune des tâches du logiciel. Cependant, l'obtention de ce pire temps d'exécution est un problème difficile pour les architectures actuelles, en raison des mécanismes matériels complexes pouvant amener une variabilité importante du temps d'exécution. Ce document se concentre sur l'analyse du comportement temporel pire cas des hiérarchies de mémoires cache, afin de déterminer leur contribution au pire temps d'exécution. Plusieurs approches sont proposées afin de prédire et d'améliorer le pire temps d'exécution des tâches s'exécutant sur des processeurs multi-cœurs disposant d'une hiérarchie de mémoires cache avec des niveaux partagés entre les différents cœurs de calculs.

La certification des réseaux avioniques requiert une maîtrise des délais de transmission des données. Cepednant, le multiplexage et le partage des ressource de communications dans des réseaux tels que l'AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) rendent difficile le calcul d'un délai de bout en bout pire cas pour chaque flux. Des outils comme le calcul réseau fournissent une borne supérieure (pessimiste) de ce délai pire cas. Les besoins de communication des avions civils modernes ne cessent d'augmenter et un nombre croissant de flux aux contraintes et aux caractéristiques différentes doivent partager les ressources existantes. Le réseau AFDX actuel ne permet pas de différentier plusieurs classes de trafic : les messages sont traités dans les files des commutateurs selon leur ordre d'arrivée (politique de service FIFO). L'objet de cette thèse est de montrer qu'il est possible de calculer des bornes pire cas des délais de bout en bout avec des politiques de service plus évoluées, à base de priorités statiques (Priority Queueing) ou à répartition équitable de service (Fair Queueing). Nous montrons comment l'approche par trajectoires, issue de la théorie de l'ordonnancement dans des systèmes asynchrones distribués peut s'appliquer au domaine de l'AFDX actuel et futur (intégration de politiques de service plus évoluées permettant la différentiation de flux). Nous comparons les performances de cette approche avec les outils de référence lorsque cela est possible et étudions le pessimisme des bornes ainsi obtenues. / The certification process for avionics network requires guaranties on data transmission delays. However, calculating the worst case delay can be complex in the case of industrial AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) networks. Tools such as Network Calculus provide a pessimistic upper bound of this worst case delay. Communication needs of modern commercial aircraft are expanding and a growing number of flows with various constraints and characteristics must share already existing resources. Currently deployed AFDX networks do not differentiate multiple classes of traffic: messages are processed in their arrival order in the output ports of the switches (FIFO servicing policy). The purpose of this thesis is to show that it is possible to provide upper bounds of end to end transmission delays in networks that implement more advanced servicing policies, based on static priorities (Priority Queuing) or on fairness (Fair Queuing). We show how the trajectory approach, based on scheduling theory in asynchronous distributed systems can be applied to current and future AFDX networks (supporting advanced servicing policies with flow differentiation capabilities). We compare the performance of this approach with the reference tools whenever it is possible and we study the pessimism of the computed upper bounds.

Les systèmes informatiques critiques - tels que les commandes de vol électroniques et le contrôle des centrales nucléaires - doivent répondre à des exigences strictes en termes de sûreté de fonctionnement. Nous nous intéressons ici à l'application de méthodes formelles - ancrées sur de solides bases mathématiques - pour la vérification du comportement des logiciels critiques. Plus particulièrement, nous spécifions formellement nos algorithmes et nous les prouvons corrects, à l'aide de l'assistant à la preuve Coq - un logiciel qui vérifie mécaniquement la correction des preuves effectuées et qui apporte un degré de confiance très élevé. Nous appliquons ici des méthodes formelles à l'estimation du Temps d'Exécution au Pire Cas (plus connu par son abréviation en anglais, WCET) de programmes C. Le WCET est une propriété importante pour la sûreté de fonctionnement des systèmes critiques, mais son estimation exige des analyses sophistiquées. Pour garantir l'absence d'erreurs lors de ces analyses, nous avons formellement vérifié une méthode d'estimation du WCET fondée sur la combinaison de deux techniques principales: une estimation de bornes de boucles et une estimation du WCET via la méthode IPET (Implicit Path Enumeration Technique). L'estimation de bornes de boucles est elle-même décomposée en trois étapes : un découpage de programmes, une analyse de valeurs opérant par interprétation abstraite, et une méthode de calcul de bornes. Chacune de ces étapes est formellement vérifiée dans un chapitre qui lui est dédiée. Le développement a été intégré au compilateur C formellement vérifié CompCert. Nous prouvons que le résultat de l'estimation est correct et nous évaluons ses performances dans des ensembles de benchmarks de référence dans le domaine. Les contributions de cette thèse incluent la formalisation des techniques utilisées pour estimer le WCET, l'outil d'estimation lui-même (obtenu à partir de la formalisation), et l'évaluation expérimentale des résultats. Nous concluons que le développement fondé sur les méthodes formelles permet d'obtenir des résultats intéressants en termes de précision, mais il exige des précautions particulières pour s'assurer que l'effort de preuve reste maîtrisable. Le développement en parallèle des spécifications et des preuves est essentiel à cette fin. Les travaux futurs incluent la formalisation de modèles de coût matériel, ainsi que le développement d'analyses plus sophistiquées pour augmenter la précision du WCET estimé. / Safety-critical systems - such as electronic flight control systems and nuclear reactor controls - must satisfy strict safety requirements. We are interested here in the application of formal methods - built upon solid mathematical bases - to verify the behavior of safety-critical systems. More specifically, we formally specify our algorithms and then prove them correct using the Coq proof assistant - a program capable of mechanically checking the correctness of our proofs, providing a very high degree of confidence. In this thesis, we apply formal methods to obtain safe Worst-Case Execution Time (WCET) estimations for C programs. The WCET is an important property related to the safety of critical systems, but its estimation requires sophisticated techniques. To guarantee the absence of errors during WCET estimation, we have formally verified a WCET estimation technique based on the combination of two main methods: a loop bound estimation and the WCET estimation via the Implicit Path Enumeration Technique (IPET). The loop bound estimation itself is decomposed in three steps: a program slicing, a value analysis based on abstract interpretation, and a loop bound calculation stage. Each stage has a chapter dedicated to its formal verification. The entire development has been integrated into the formally verified C compiler CompCert. We prove that the final estimation is correct and we evaluate its performances on a set of reference benchmarks. The contributions of this thesis include (a) the formalization of the techniques used to estimate the WCET, (b) the estimation tool itself (obtained from the formalization), and (c) the experimental evaluation. We conclude that our formally verified development obtains interesting results in terms of precision, but it requires special precautions to ensure the proof effort remains manageable. The parallel development of specifications and proofs is essential to this end. Future works include the formalization of hardware cost models, as well as the development of more sophisticated analyses to improve the precision of the estimated WCET.

Le Network Calculus est une théorie visant à calculer des bornes pire-cas sur les performances des réseaux de communication. Le réseau est modélisé par un graphe orienté où les noeuds représentent des serveurs, et les flux traversant le réseau doivent suivre les arcs. S'ajoutent à cela des contraintes sur les courbes de trafic (la quantité de données passées par un point depuis la mise en route du réseau) et sur les courbes de service (la quantité de travail fournie par chaque serveur). Pour borner les performances pire-cas, comme la charge en différents points ou les délais de bout en bout, ces enveloppes sont combinées à l'aide d'opérateurs issus notamment des algèbres tropicales : min, +, convolution-(min, +)... Cette thèse est centrée sur l'algorithmique du Network Calculus, à savoir comment rendre effectif ce formalisme. Ce travail nous a amené d'abord à comparer les variations présentes dans la littérature sur les modèles utilisés, révélant des équivalences d'expressivité comme entre le Real-Time Calculus et le Network Calculus. Dans un deuxième temps, nous avons proposé un nouvel opérateur (min, +) pour traiter le calcul de performances en présence d'agrégation de flux, et nous avons étudié le cas des réseaux sans dépendances cycliques sur les flux et avec politique de service quelconque. Nous avons montré la difficulté algorithmique d'obtenir précisément les pires cas, mais nous avons aussi fourni une nouvelle heuristique pour les calculer. Elle s'avère de complexité polynomiale dans des cas intéressants.

Les réseaux Ethernet commuté full-duplex constituent des solutions intéressantes pour des applications industrielles. Mais le non-déterminisme d’un commutateur IEEE 802.1d, fait que l’analyse pire cas de délai de flux critiques est encore un problème ouvert. Plusieurs méthodes ont été proposées pour obtenir des bornes supérieures des délais de communication sur des réseaux Ethernet commuté full duplex temps réels, faisant l’hypothèse que le trafic en entrée du réseau peut être borné. Le problème principal reste le pessimisme introduit par la méthode de calcul de cette borne supérieure du délai. Ces méthodes considèrent que tous les flux transmis sur le réseau sont indépendants. Ce qui est vrai pour les flux émis par des nœuds sources différents car il n’existe pas, dans le cas général, d’horloge globale permettant de synchroniser les flux. Mais pour les flux émis par un même nœud source, il est possible de faire l’hypothèse d’une synchronisation locale de ces flux. Une telle hypothèse permet de bâtir un modèle plus précis des flux et en conséquence élimine des scénarios impossibles qui augmentent le pessimisme du calcul. Le sujet principal de cette thèse est d’étudier comment des flux périodiques synchronisés par des offsets peuvent être gérés dans le calcul des bornes supérieures des délais sur un réseau Ethernet commuté temps-réel. Dans un premier temps, il s’agit de présenter l’impact des contraintes d’offsets sur le calcul des bornes supérieures des délais de bout en bout. Il s’agit ensuite de présenter comment intégrer ces contraintes d’offsets dans les approches de calcul basées sur le Network Calculus et la méthode des Trajectoires. Une méthode Calcul Réseau modifiée et une méthode Trajectoires modifiée sont alors développées et les performances obtenues sont comparées. Le réseau avionique AFDX (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) est pris comme exemple d’un réseau Ethernet commuté full-duplex. Une configuration AFDX industrielle avec un millier de flux est présentée. Cette configuration industrielle est alors évaluée à l’aide des deux approches, selon un choix d’allocation d’offsets donné. De plus, différents algorithmes d’allocation des offsets sont testés sur cette configuration industrielle, pour trouver un algorithme d’allocation quasi-optimal. Une analyse de pessimisme des bornes supérieures calculées est alors proposée. Cette analyse est basée sur l’approche des trajectoires (rendue optimiste) qui permet de calculer une sous-approximation du délai pire-cas. La différence entre la borne supérieure du délai (calculée par une méthode donnée) et la sous-approximation du délai pire cas donne une borne supérieure du pessimisme de la méthode. Cette analyse fournit des résultats intéressants sur le pessimisme des approches Calcul Réseau et méthode des Trajectoires. La dernière partie de la thèse porte sur une architecture de réseau temps réel hétérogène obtenue par connexion de réseaux CAN via des ponts sur un réseau fédérateur de type Ethernet commuté. Deux approches, une basée sur les composants et l’autre sur les Trajectoires sont proposées pour permettre une analyse des délais pire-cas sur un tel réseau. La capacité de calcul d’une borne supérieure des délais pire-cas dans le contexte d’une architecture hétérogène est intéressante pour les domaines industriels. / Full-duplex switched Ethernet is a promising candidate for interconnecting real-time industrial applications. But due to IEEE 802.1d indeterminism, the worst-case delay analysis of critical flows supported by such a network is still an open problem. Several methods have been proposed for upper-bounding communication delays on a real-time switched Ethernet network, assuming that the incoming traffic can be upper bounded. The main problem remaining is to assess the tightness, i.e. the pessimism, of the method calculating this upper bound on the communication delay. These methods consider that all flows transmitted over the network are independent. This is true for flows emitted by different source nodes since, in general, there is no global clock synchronizing them. But the flows emitted by the same source node are local synchronized. Such an assumption helps to build a more precise flow model that eliminates some impossible communication scenarios which lead to a pessimistic delay upper bounds. The core of this thesis is to study how local periodic flows synchronized with offsets can be handled when computing delay upper-bounds on a real-time switched Ethernet. In a first step, the impact of these offsets on the delay upper-bound computation is illustrated. Then, the integration of offsets in the Network Calculus and the Trajectory approaches is introduced. Therefore, a modified Network Calculus approach and a modified Trajectory approach are developed whose performances are compared on an Avionics Full-DupleX switched Ethernet (AFDX) industrial configuration with one thousand of flows. It has been shown that, in the context of this AFDX configuration, the Trajectory approach leads to slightly tighter end-to-end delay upper bounds than the ones of the Network Calculus approach. But offsets of local flows have to be chosen. Different offset assignment algorithms are then investigated on the AFDX industrial configuration. A near-optimal assignment can be exhibited. Next, a pessimism analysis of the computed upper-bounds is proposed. This analysis is based on the Trajectory approach (made optimistic) which computes an under-estimation of the worst-case delay. The difference between the upper-bound (computed by a given method) and the under-estimation of the worst-case delay gives an upper-bound of the pessimism of the method. This analysis gives interesting comparison results on the Network Calculus and the Trajectory approaches pessimism. The last part of the thesis, deals with a real-time heterogeneous network architecture where CAN buses are interconnected through a switched Ethernet backbone using dedicated bridges. Two approaches, the component-based approach and the Trajectory approach, are developed to conduct a worst-case delay analysis for such a network. Clearly, the ability to compute end-to-end delays upper-bounds in the context of heterogeneous network architecture is promising for industrial domains.

L'objectif principal de cette thèse est de proposer les méthodes permettant d'obtenir le délai de transmission de bout en bout pire cas exact d'un réseau AFDX. Actuellement, seules des bornes supérieures pessimistes peuvent être calculées en utilisant les approches de type Calcul Réseau ou par Trajectoires. Pour cet objectif, différentes approches et outils existent et ont été analysées dans le contexte de cette thèse. Cette analyse a mis en évidence le besoin de nouvelles approches. Dans un premier temps, la vérification de modèle a été explorée. Les automates temporisés et les outils de verification ayant fait leur preuve dans le domaine temps réel ont été utilisés. Ensuite, une technique de simulation exhaustive a été utilisée pour obtenir les délais de communication pire cas exacts. Pour ce faire, des méthodes de réduction de séquences ont été définies et un outil a été développé. Ces méthodes ont été appliquées à une configuration réelle du réseau AFDX, nous permettant ainsi de valider notre travail sur une configuration de taille industrielle du réseau AFDX telle que celle embarquée à bord des avions Airbus A380. The main objective of this thesis is to provide methodologies for finding exact worst case end to end communication delays of AFDX network. Presently, only pessimistic upper bounds of these delays can be calculated by using Network Calculus and Trajectory approach. To achieve this goal, different existing tools and approaches have been analyzed in the context of this thesis. Based on this analysis, it is deemed necessary to develop new approaches and algorithms. First, Model checking with existing well established real time model checking tools are explored, using timed automata. Then, exhaustive simulation technique is used with newly developed algorithms and their software implementation in order to find exact worst case communication delays of AFDX network. All this research work has been applied on real life implementation of AFDX network, allowing us to validate our research work on industrial scale configuration of AFDX network such as used on Airbus A380 aircraft. / The main objective of this thesis is to provide methodologies for finding exact worst case end to end communication delays of AFDX network. Presently, only pessimistic upper bounds of these delays can be calculated by using Network Calculus and Trajectory approach. To achieve this goal, different existing tools and approaches have been analyzed in the context of this thesis. Based on this analysis, it is deemed necessary to develop new approaches and algorithms. First, Model checking with existing well established real time model checking tools are explored, using timed automata. Then, exhaustive simulation technique is used with newly developed algorithms and their software implementation in order to find exact worst case communication delays of AFDX network. All this research work has been applied on real life implementation of AFDX network, allowing us to validate our research work on industrial scale configuration of AFDX network such as used on Airbus A380 aircraft.

Les systèmes temps-réel devenaient omniprésents, et jouent un rôle important dans notre vie quotidienne. Pour les systèmes temps-réel dur, calculer des résultats corrects n’est pas la seule exigence, il doivent de surcroît être produits dans un intervalle de temps borné. Connaître le pire cas de temps d’exécution (WCET - Worst Case Execution Time) est nécessaire, et garantit que le système répond à ses contraintes de temps. Pour obtenir des estimations de WCET précises, des annotations sont nécessaires. Ces annotations sont généralement ajoutées au niveau du code source, tandis que l’analyse de WCET est effectuée au niveau du code binaire. L’optimisation du compilateur est entre ces deux niveaux et a un effet sur la structure du code et annotations. Nous proposons dans cette thèse une infrastructure logicielle de transformation, qui pour chaque optimisation transforme les annotations du code source au code binaire. Cette infrastructure est capable de transformer les annotations sans perte d’information de flot. Nous avons choisi LLVM comme compilateur pour mettre en œuvre notre infrastructure. Et nous avons utilisé les jeux de test Mälardalen, TSVC et gcc-loop pour démontrer l’impact de notre infrastructure sur les optimisations du compilateur et la transformation d’annotations. Les résultats expérimentaux montrent que de nombreuses optimisations peuvent être activées avec notre système. Le nouveau WCET estimé est meilleur (plus faible) que l’original. Nous montrons également que les optimisations du compilateur sont bénéfiques pour les systèmes temps-réel. / Real-time systems have become ubiquitous, and play an important role in our everyday life. For hard real-time systems, computing correct results is not the only requirement. In addition, the worst-case execution times (WCET) are needed, and guarantee that they meet the required timing constraints. For tight WCET estimation, annotations are required. Annotations are usually added at source code level but WCET analysis is performed at binary code level. Compiler optimization is between these two levels and has an effect on the structure of the code and annotations.We propose a transformation framework for each optimization to trace the annotation information from source code level to binary code level. The framework can transform the annotations without loss of flow information. We choose LLVM as the compiler to implement our framework. And we use the Mälardalen, TSVC and gcc-loops benchmarks to demonstrate the impact of our framework on compiler optimizations and annotation transformation. The experimental results show that with our framework, many optimizations can be turned on, and we can still estimate WCET safely. The estimated WCET is better than the original one. We also show that compiler optimizations are beneficial for real-time systems.