Dans cette thèse, nous proposons d'étudier le débogage interactif d'applications pour les systèmes embarqués MPSoC (Multi-Processor System on Chip). Une étude de l'art a montrée que la conception et le développement de ces applications reposent de plus en plus souvent sur des modèles de programmation et des frameworks de développement. Ces environnements définissent les bonnes pratiques, tant au niveau algorithmique qu'au niveau des techniques de programmation. Ils améliorent ainsi le cycle de développement des applications destinées aux processeurs MPSoC. L'utilisation de modèles de programmation ne garantit cependant pas que les codes pourront etre exécutés sans erreur, en particulier dans le cas de la programmation dynamique, oú ils offrent très peu d'aide à la vérification. Notre contribution pour résoudre ces challenges consiste en une nouvelle approche pour le débogage interactif, appelée Programming Model-Centric Debugging, ainsi qu'une implémentation d'un prototype de débogueur. Le débogage centré sur les modèles rapproche le débogage interactif du niveau d'abstraction fourni par les modèles de programmation, en capturant et interprétant les événements générés pendant l'exécution de l'application. Nous avons appliqué cette approche sur trois modèles de programmation, basés sur les composants logiciels, le dataflow et la programmation d'accélérateur par kernels. Ensuite, nous détaillons comment nous avons développé notre prototype de débogueur, basé sur GDB, pour la programmation de la plate-forme STHORM de STMicroelectronics. Nous montrons aussi comment aborder le débogage basé sur les modèles avec quatre études de cas~: un code de réalité augmentée construit à l'aide de composants, une implémentation dataflow d'un décodeur vidéo H.264 and deux applications de calcul scientifique.

Dans la conception basée sur des modèles on construit un modèle mathématique du système que l'on utilise pour concevoir le système de sorte qu'il présente les propriétés souhaitées. Pour les systèmes de sûreté critique, il peut être d'une importance capitale de vérifier ces propriétés de sûreté sur le modèle, par exemple, pour tenir compte des variations des paramètres. Le calcul d'un nombre fini de comportements du système par le biais de simulation ne suffit pas à garantir des propriétés de sécurité. Avec une analyse d'atteignabilité on peut calculer une couverture de tous les comportements possibles du système, possiblement infinis. Cette analyse peut prendre en compte de non-déterminisme dans le modèle et peut garantir des propriétés de sécurité. Les systèmes d'intérêt présentent souvent à la fois un comportement continu et discret et de tels systèmes sont appelés systèmes hybrides. Le calcul d'atteignabilité est considéré comme difficile pour les systèmes continus et hybrides. Ce n'est que récemment que des méthodes pour le calcul d'accessibilité ont été développées qui peuvent être mis à l'échèlle. Ils sont basés sur des représentations implicites d'ensembles continus à l'aide du concepte mathématique de la fonction de support. Dans cette thèse, nous développons un outil extensible appelé SpaceEx pour le calcul d'atteignabilité des systèmes hybrides. Deux algorithmes d'atteignabilité ont été mis en œuvre dans SpaceEx, l'un basé sur l'outil PHAVer pour les automates linéaires hybrides et l'autre basé sur les fonctions de support pour les dynamiques affines par morceaux. L'algorithme de fonction support a été mis au point et sa mise à l'échelle a été amélioré en basculant entre différentes représentations d'ensembles continus. Nous proposons un algorithme de calcul d'image des transition discrètes amélioré qui réduit l'erreur de sur-approximation et nous illustrons sa précision et son efficacité avec plusieurs études de cas.

Dans la conception basée sur des modèles on construit un modèle mathématique du système que l'on utilise pour concevoir le système de sorte qu'il présente les propriétés souhaitées. Pour les systèmes de sûreté critique, il peut être d'une importance capitale de vérifier ces propriétés de sûreté sur le modèle, par exemple, pour tenir compte des variations des paramètres. Le calcul d'un nombre fini de comportements du système par le biais de simulation ne suffit pas à garantir des propriétés de sécurité. Avec une analyse d'atteignabilité on peut calculer une couverture de tous les comportements possibles du système, possiblement infinis. Cette analyse peut prendre en compte de non-déterminisme dans le modèle et peut garantir des propriétés de sécurité. Les systèmes d'intérêt présentent souvent à la fois un comportement continu et discret et de tels systèmes sont appelés systèmes hybrides. Le calcul d'atteignabilité est considéré comme difficile pour les systèmes continus et hybrides. Ce n'est que récemment que des méthodes pour le calcul d'accessibilité ont été développées qui peuvent être mis à l'échèlle. Ils sont basés sur des représentations implicites d'ensembles continus à l'aide du concepte mathématique de la fonction de support. Dans cette thèse, nous développons un outil extensible appelé SpaceEx pour le calcul d'atteignabilité des systèmes hybrides. Deux algorithmes d'atteignabilité ont été mis en œuvre dans SpaceEx, l'un basé sur l'outil PHAVer pour les automates linéaires hybrides et l'autre basé sur les fonctions de support pour les dynamiques affines par morceaux. L'algorithme de fonction support a été mis au point et sa mise à l'échelle a été amélioré en basculant entre différentes représentations d'ensembles continus. Nous proposons un algorithme de calcul d'image des transition discrètes amélioré qui réduit l'erreur de sur-approximation et nous illustrons sa précision et son efficacité avec plusieurs études de cas. / In model based design, one constructs a mathematical model of the system and uses it to design the system so that it exhibits the desired properties. For safety critical systems, it can be of utmost importance to verify these safety properties on the model, e.g., to account for parameter variations. Computing a finite number of system behaviors via simulation is not sufficient to guarantee safety properties. With a reachability analysis one can compute a cover of all possible system behaviors, potentially infinite, accounting for any non-determinism in the model, and with which one can guarantee safety properties. Systems of interest often exhibit both continuous and discrete behavior and such systems are called hybrid systems. Reachability computation is considered hard for continuous and hybrid systems. Only recently, scalable methods for reachability computation have been developed based on implicit set representations using the mathematical construct of support functions. In this thesis, we develop an extendable tool called SpaceEx for reachability of hybrid systems. Two reachability algorithms have been implemented in SpaceEx, one based on the PHAVer tool for linear hybrid automata and the other based on support functions for piecewise affine dynamics. The support function based algorithm has been tuned and its scalability has been improved by switching set representations. We propose an improved image computation algorithm for discrete transition that further reduces the over-approximation error and illustrate its accuracy and efficiency with several case studies.

Les applications temps réel durs sont celles qui doivent exécuter en respectant des contraintes temporelles. L'ordonnancement temps réel a bien été étudié sur mono-processeurs depuis plusieurs années. Récemment, l'utilisation d'architectures multiprocesseurs a augmenté dans les applications industrielles et des architectures parallèles sont proposées pour que le logiciel devienne compatible avec ces plateformes. L'ordonnancement multiprocesseurs de tâches parallèles dépendantes n'est pas une simple généralisation du cas mono-processeur et la problématique d'ordonnancement devient plus complexe et difficile.
Dans cette thèse, nous étudions le problème d'ordonnancement temps réel de graphes de tâches parallèles acycliques sur des plateformes multiprocesseurs. Dans ce modèle, un graphe est composé d'un ensemble de sous-tâches dépendantes sous contraintes de précédence qui expriment les relations de précédences entre les sous-tâches. L'ordre d'exécution des sous-tâches est dynamique, c'est-à-dire que les sous-tâches peuvent s'exécuter en parallèle ou séquentiellement par rapport aux décisions de l'ordonnanceur temps réel. Pour traiter les contraintes de précédence, nous proposons deux méthodes pour l'ordonnancement des graphes : par transformation du modèle de graphe de sous tâches parallèles en un modèle de tâches séquentielles indépendantes, plus simple à ordonnancer et par ordonnancement direct des graphes en prenant en compte les relations de dépendance entre les sous-tâches. Nous proposons un ordonnancement des graphes en prenant directement en compte les paramètres temporels des graphes et un ordonnancement au niveau des sous-tâches, par rapport à des paramètres temporels attribués aux sous-tâches par un algorithme spécifique.
Enfin, nous prouvons que les deux méthodes d'ordonnancement de graphes ne sont pas comparables. Nous fournissons alors des résultats de simulation pour comparer ces méthodes en utilisant les algorithmes d'ordonnancement globaux EDF et DM. Nous avons développé un logiciel nommé YARTISS pour générer des graphes aléatoires et réaliser les simulations / The interest for multiprocessor systems has recently been increased in industrial applications, and parallel programming API's have been introduced to benefit from new processing capabilities. The use of multiprocessors for real-time systems, whose execution is performed based on certain temporal constraints is now investigated by the industry. Real-time scheduling problem becomes more complex and challenging in that context. In multiprocessor systems, a hard real-time scheduler is responsible for allocating ready jobs to available processors of the systems while respecting their timing parameters.
In this thesis, we study the problem of real-time scheduling of parallel Directed Acyclic Graph (DAG) tasks on homogeneous multiprocessor systems. In this model, a DAG task consists of a set of subtasks that execute under precedence constraints. At all times, the real-time scheduler is responsible for determining how subtasks execute, either sequentially or in parallel, based on the available processors of the system. We propose two DAG scheduling approaches to determine the execution form of DAG tasks. The first approach is the DAG Stretching algorithm, from the Model Transformation approach, which forces DAG tasks to execute as sequentially as possible. The second approach is the Direct Scheduling, which aims at scheduling DAG tasks while respecting their internal dependencies. We provide real-time schedulability analyses for Direct Scheduling at DAG-Level and at Subtask-Level.
Due to the incomparability of DAG scheduling approaches, we use extensive simulations to compare performance of global EDF with global DM scheduling using our simulation tool YARTISS