La récupération de l’énergie ambiante en temps réel est une technique qui permet d’allonger significativement la durée de vie des systèmes embarqués, aujourd’hui limitée par la quantité d’énergie stockable dans les batteries traditionnelles. La récupération d’énergie renouvelable (energy harvesting) comme celle envisagée pour de nombreux objets sans fil, rend possible un fonctionnement quasiperpétuel de ces systèmes, sans intervention humaine, car sans recharge périodique de batterie ou de pile. Concevoir ce type de système autonome d’un point de vue énergétique devient très complexe lorsque celui-ci a en plus un comportement contraint par le temps et en particulier doit respecter des échéances de fin d’exécution au plus tard. Comme pour tout système temps réel, une problématique incontournable est de trouver un mécanisme d’ordonnancement dynamique capable de prendre en compte conjointement deux contraintes clés : le temps et l’énergie. Proposer et évaluer de nouvelles techniques d’ordonnancement pour que le système adopte un comportement énergétiquement neutre dans le respect des contraintes temps réel constitue le point central cette thèse. Plus précisément, nous considérons ici un ensemble de tâches mixtes constitué de tâches périodiques et de tâches apériodiques souples sans échéance. L’architecture matérielle retenue est monoprocesseur. Les tâches apériodiques ne sont connues qu’au moment de leur arrivée et les tâches périodiques sont supposées ordonnançables par l’ordonnanceur optimal ED-H. La question à laquelle nous voulons apporter une réponse se résume comme suit : comment servir les tâches apériodiques pour minimiser leur temps de réponse sans remettre en question la faisabilité des tâches périodiques. Dans cette thèse, nous répondons à cette question de façon incrémentale. Dans un premier temps, nous étendons le serveur classique dit en arrière plan au contexte du energy harvesting avec la proposition de deux nouveaux serveurs. Simples à implémenter, ces techniques offrent toutefois des performances limitées. C’est pourquoi, dans un second temps, nous proposons un nouveau serveur basé sur le vol de temps creux (en anglais, Slack Stealing), au sens des notions de laxité temporelle et de laxité énergétique. Une évaluation théorique de celui-ci nous permet d’établir son optimalité. Vu l’implémentation relativement complexe de ce serveur, dans un dernier temps, nous proposons un nouveau serveur dit à préservation de bande (en anglais, Total Bandwith), basé sur l’attribution d’échéances fictives avec une implémentation plus simple. Une étude expérimentale accompagne nos propositions et permet d’attester la performance de nouveaux serveurs de tâches apériodiques spécifiquement conçus pour les systèmes temps réel autonomes. / Real-time energy harvesting is a technology that significantly extends the lifetime of embedded systems. This technology is limited at present by the amount of energy that can be stored in traditional batteries. Renewable energy harvesting such as that envisaged for many wireless things, allows the quasi-perpetual systems operation without human intervention because it works without periodic recharging of battery. From an energy point of view, the design of this type of autonomous system becomes more complex since this process has in addition a behavior constrained by time, and particularly has to meet latest timing deadlines. As with any real-time system, an unavoidable problem is to find a dynamic scheduling mechanism able of considering jointly two key constraints: time and energy. Thus, the main objective of this thesis is to propose and evaluate new scheduling techniques that enable the system to adopt an energy-neutral behavior while respecting the real-time constraints. More precisely, we consider here a set of mixed tasks consisting of periodic tasks and soft aperiodic tasks without deadline. The hardware architecture chosen is monoprocessor. Aperiodic tasks are only known at the time of their arrival while periodic tasks are assumed to be schedulable by the optimal ED-H scheduler. In this thesis, we will provide appropriate solutions for the following question: how to serve aperiodic tasks in order to minimize their response time without challenging the feasibility of periodic tasks. Initially, we extend the conventional server (called Background) to the context of energy harvesting by the proposal of two new servers. These techniques can be easily implemented and offer limited performance. Secondly, we propose a new server based on Slack Stealing which uses the slack time and slack energy concepts. A theoretical evaluation of this one allows us to establish its optimality. Finally, due to the relatively complex implementation of this server, we propose a new server, called Total Bandwidth. This server is based on fictive deadlines assignment with a simpler implementation. All propositions are illustrated by experimental studies that allow us to investigate the performance of new aperiodic task servers specifically designed for autonomous real-time systems.

Un Sistema de Tiempo Real (STR) debe garantizar que sus resultados, además de correctos, cumplan también con un conjunto de restricciones temporales. En general, esto implica asegurar que sus tareas finalicen su ejecución antes de un vencimiento. Para cumplir esto, la predictibilidad y el determinismo adquieren suma importancia. El campo de aplicación clásico de los STR ha sido la industria, como por ejemplo la aviónica, la exploración espacial, equipamiento médico, sistemas de control, etc. Todos estos sistemas tienen en común el de ser de misión crítica, donde un fallo tiene consecuencias graves, como pérdidas materiales y económicas, daños al medio ambiente o poner en riesgo la vida humana. Por lo general estos sistemas son estáticos, y utilizan arquitecturas de hardware y algoritmos de efectividad comprobada. En muchas ocasiones su diseño e implementación es ad-hoc. Sin embargo, en las últimas décadas el campo de aplicación de los STR se ha extendiendo. En la actualidad son utilizados en ámbitos y productos de lo más variados: electrodomésticos, productos electrónicos de consumo, telefonía celular, automóviles, comunicaciones, sistemas de reservas de pasajes, etc. Muchos de estos sistemas están constituidos tanto por tareas críticas como por tareas no-críticas. Un fallo en la ejecución de las primeras tiene consecuencias graves, en tanto que el incumplimiento de las restricciones temporales de las últimas afecta la calidad de servicio esperada. Es vital entonces que las tareas no-críticas no afecten la correcta ejecución de las tareas críticas. Un STR con estas características se denomina heterogéneo. En los últimos años, gracias al incremento de la potencia de cálculo de los microprocesadores, y la reducción de sus costos, el número de STR que permiten que coexistan estos dos conjuntos de tareas ha aumentado. Para lograr una correcta ejecución de un STR heterogéneo, se requiere de técnicas que calculen y administren en línea, el tiempo ocioso disponible. De esta manera, el planificador puede mantener la garantía decumplimiento de las constricciones temporales de las tareas críticas, y al mismo tiempo brindar una atención aceptable a las tareas sin requerimientos estrictos. En la actualidad, microprocesadores más potentes abren la posibilidad de implementar estos métodos incluso en sistemas que antaño contaban con muy baja potencia de cálculo. Sin embargo, la sobrecarga que agregan no es despreciable, por lo que reducir el costo computacional de estos métodos sigue siendo de suma utilidad, aún cuando se dispone de hardware con mayor capacidad de computo. Existe una amplia literatura que aborda la problemática de la planificación de STR heterogéneos. Sin embargo, existe una brecha significativa entre los desarrollos teóricos en la disciplina, y las técnicas efectivamente utilizadas en la industria. Es necesario poder comprobar el costo real y las ventajas y desventajas objetivas de implementar los modelos teóricos de punta. Muchos modelos teóricos no tienen en cuenta costos adicionales presentes en implementaciones concretas. Estos son comúnmente considerados despreciables en la modelización, a fin de simplificar el análisis, la evaluación y el desarrollo del sistema. Como consecuencia, en la implementación real se estos parámetros se sobrestiman, lo que resulta en una menor eficiencia del sistema. Un ejemplo común es el uso de microprocesadores con una capacidad de cálculo por encima de la realmente requerida, lo que impacta negativamente en el consumo de energía y en los costos. Un modelo más detallado en la etapa de diseño, implementación y verificación, permitiría mejorar el desempeño del sistema final, sin abandonar la garantía de predictibilidad temporal. Igualmente importantes, se deben contar con técnicas y herramientas que permitan implementar estos modelos métodos teóricos de manera eficiente. La presente tesis se basa en la hipótesis de que los STR heterogéneos pueden ser eficaces en la planificación de sus conjuntos de tareas y en el uso de sus recursos computacionales. Bajo esta premisa, se presentan nuevos modelos y mejoras a modelos ya existentes, junto con simulaciones, pruebas y desarrollos necesarios para su verificación. El trabajo se basa fuertemente en la implementación práctica de los resultados teóricos, identificando las dificultades reales que su puesta en práctica trae aparejado. De esta manera, se busca reducir la brecha existente entre los resultados obtenidos por la investigación científica en la disciplina de los STR, y aquello concretamente utilizado e implementado realmente en la industria, la investigación y el desarrollo tecnológico. / A Real-Time System (RTS) must warrant that its results are correct and fulfill a set of temporal restrictions. This implies that each task completes its execution before a specific deadline. In order to accomplish this, the predictibility and determinism of the system as a whole is very important. These kind of systems are used in several industries, like aircraft avionics, space exploration, medical equipment, etc., which are mission critical. A failure in this systems could have catastrophic consequences, like loss of human lives. Most of the time the design and implementation of these systems is ad-hoc. In the last decades, thanks to the growth and sophistication of embedded systems, the application domain of the RTS increased. Nowdays they can be found on consumer electronics, cellphones, communications systems, cars, etc. A lot of these new kind of real-time systems are composed of both critical and noncritical tasks. A failure in the execution of the former have severe consequences, but a missed deadline of the later only affects the quality of service. Such a RTS is known as a heterogeneus one. In order to accomplish a correct execution of a heterogeneus RTS, methods and techniques that calculates and manages the system idle-time are needed. With these tools, the system scheduler can guarantee that all the time-critical tasks fulfill their deadlines. Nonetheless, these techniques add an execution overhead to the system. Although severalworks in the literature proposes solutions for many of the scheduling problems in a heterogeneus RTS, a gap exists between these results and what is actually used and implemented in the industry. Many theoretical models do not take into account the additional costs present in a concrete implementation. These are commonly considered negligible in order to simplify the analysis, evaluation and development of the system. As a consequence, some parameters are overestimated, resulting in reduced system efficiency. A common scenario is the use of microprocessors more powerful than required, with negative impact on energy consumption and production costs. A more detailed model in the design and implementation stage could improve the performance of the final system, without abandoning the guarantee of temporal predictability. Equally important, there must be techniques and tools that allow the implementation of these theoretical results. The working hipothesis of this thesis is that a heterogeneus RTS could be efficient in the scheduling of their tasks and resources. Following this premise, new models and improvements to existing ones are presented, in conjunction with several simulations and implementations of the theoretical results, in order to identify the real difficulties that the implementation brings about. This seeks to reduce the gap between the scientific research in the discipline of RTS and what actually implemented in the industry.