La conception de systèmes hétérogènes exige deux étapes importantes, à savoir : la modélisation et la simulation. Habituellement, des simulateurs sont reliés et synchronisés en employant un bus de co-simulation. Les approches courantes ont beaucoup d’inconvénients : elles ne sont pas toujours adaptées aux environnements distribués, le temps d’exécution de simulation peut être très décevant, et chaque simulateur a son propre noyau de simulation. Nous proposons une nouvelle approche qui consiste au développement d’un simulateur compilé multi-langage où chaque modèle peut être décrit en employant différents langages de modélisation tel que SystemC, ESyS.Net ou autres. Chaque modèle contient généralement des modules et des moyens de communications entre eux. Les modules décrivent des fonctionnalités propres à un système souhaité. Leur description est réalisée en utilisant la programmation orientée objet et peut être décrite en utilisant une syntaxe que l’utilisateur aura choisie. Nous proposons ainsi une séparation entre le langage de modélisation et la simulation. Les modèles sont transformés en une même représentation interne qui pourrait être vue comme ensemble d’objets. Notre environnement compile les objets internes en produisant un code unifié au lieu d’utiliser plusieurs langages de modélisation qui ajoutent beaucoup de mécanismes de communications et des informations supplémentaires. Les optimisations peuvent inclure différents mécanismes tels que le regroupement des processus en un seul processus séquentiel tout en respectant la sémantique des modèles. Nous utiliserons deux niveaux d’abstraction soit le « register transfer level » (RTL) et le « transaction level modeling » (TLM). Le RTL permet une modélisation à bas niveau d’abstraction et la communication entre les modules se fait à l’aide de signaux et des signalisations. Le TLM est une modélisation d’une communication transactionnelle à un plus haut niveau d’abstraction. Notre objectif est de supporter ces deux types de simulation, mais en laissant à l’usager le choix du langage de modélisation. De même, nous proposons d’utiliser un seul noyau au lieu de plusieurs et d’enlever le bus de co-simulation pour accélérer le temps de simulation. / The design of heterogeneous systems requires two main steps, modeling and simulation. Usually, simulators are connected and synchronized by using a cosimulation bus. These current approaches have many disadvantages: they are not always adapted to the distributed environments, the execution time can be very disappointing, and each simulator has its own core of simulation. We propose a new approach which consists in developing a multi-language compiled simulator where each model can be described by employing various modeling languages such as SystemC, ESyS.Net or others. Each model contains modules and communication links between them. These modules describe functionalities for a desired system. Their description is realized by using the programming object and can be described by using a syntax that a user will have chosen. We thus propose a separation between the language of modeling and simulation. The models are transformed into the same internal representation which could be seen like unique objects. Our environment compiles these internal objects by producing a unified code instead of using several languages of modeling which add many mechanisms of communications and extra informations. Optimizations can include various mechanisms such as merging processes into only one sequential process while respecting the semantics of the models. We will use two abstraction levels, the “register transfer level”(RTL) and the “transaction-level modeling”(TLM). RTL allows a low level abstraction for modeling and the communication between the modules is done with signals. The TLM is a modeling for transactional communication with a higher abstraction level than RTL. Our aim is to support these two types of simulation, but the user can choose the language of modeling. In the same way, we propose to use a single core and to remove the cosimulation bus to accelerate the simulation time.

La taille, la complexité et les performances des circuits électroniques de télécommunication sont de plus en plus contraignantes tandis que le temps et le coût de commercialisation doivent être réduits au maximum. Voulant répondre au vide existant sur le marché de la CAO dans ce domaine, ce travail est consacré à la simulation mixte de systèmes de communication complets parcourus par des signaux numériques, des signaux analogiques basse-fréquence, des signaux quasi-périodiques et des signaux RF à modulation digitale complexe. Le premier chapitre du manuscrit présente les différents types de circuits et de signaux que l'on veut simuler. La deuxième partie décrit d'abord les principales méthodes de simulation RF existantes. On développe ensuite les innovations apportées à la méthode de l'Equilibrage Harmonique, basée sur une utilisation efficace du spectre, et enfin celles apportées à l'algorithme de l'Enveloppe. Le troisième chapitre propose une nouvelle méthodologie pour simuler des circuits complets RF/Analogiques/Numériques dans le cadre de l'algorithme de l'Enveloppe : couplage avec un simulateur numérique, prise en compte de modèles comportementaux et partition analogique/RF des circuits. Enfin, la dernière partie illustre les potentialités de cette nouvelle technique d'analyse sur quelques circuits typiques. Pour la première fois, des systèmes complexes mixtes, décrits aux niveaux logique, transistor et comportemental, peuvent être simulés dans un seul flot et dans des temps raisonnables.

During the design and verification of the Hyperstone S5 flash memory controller, we developed a highly effective way to use the SystemVerilog direct programming interface (DPI) to integrate an instruction set simulator (ISS) and a software debugger in logic simulation. The processor simulation was performed by the ISS, while all other hardware components were simulated in the logic simulator. The ISS integration allowed us to filter many of the bus accesses out of the logic simulation, accelerating runtime drastically. The software debugger integration freed both hardware and software engineers to work in their chosen development environments. Other benefits of this approach include testing and integrating code earlier in the design cycle and more easily reproducing, in simulation, problems found in FPGA prototypes.

L'augmentation de la densité des transistors dans les circuits électroniques conduit à une augmentation de la consommation d'énergie induisant des phénomènes thermiques plus complexes à maitriser. Dans le cas de systèmes embarqués en environnement où la température ambiante varie dans des proportions importantes (automobile par exemple), ces phénomènes peuvent conduire à des problèmes de fiabilité. Parmi les mécanismes de défaillance observés, on peut citer les cycles thermiques (CT) qui induisent des déformations dans les couches métalliques de la puce pouvant conduire à des fissurations. L'objectif de la thèse est de proposer pour des architectures de type multiprocesseur sur puce une technique de réduction des CT subis par les processeurs, et ce en respectant les contraintes temps réel des applications. L'exemple du circuit MPC5517 de Freescale a été considéré. Dans un premier temps un modèle thermique de ce circuit a été élaboré à partir de mesures par une caméra thermique sur ce circuit décapsulé. Un environnement de simulation a été mis en oeuvre pour permettre d'effectuer simultanément des analyses thermiques et d'ordonnancement de tâches et mettre en évidence l'influence de la température sur la puissance dissipée. Une heuristique globale pour réduire à la fois les CT et la température maximale des processeurs a été étudiée. Elle tient compte des variations de la température ambiante et se base sur les techniques DVFS et DPM. Les résultats de simulation avec les algorithmes d'ordonnancement globaux RM, EDF et EDZL et avec différentes charges processeur (sur un circuit type MPC5517 et un UltraSparc T1) illustrent l'efficacité de la technique proposée.

La conception de systèmes hétérogènes exige deux étapes importantes, à savoir : la modélisation et la simulation. Habituellement, des simulateurs sont reliés et synchronisés en employant un bus de co-simulation. Les approches courantes ont beaucoup d’inconvénients : elles ne sont pas toujours adaptées aux environnements distribués, le temps d’exécution de simulation peut être très décevant, et chaque simulateur a son propre noyau de simulation. Nous proposons une nouvelle approche qui consiste au développement d’un simulateur compilé multi-langage où chaque modèle peut être décrit en employant différents langages de modélisation tel que SystemC, ESyS.Net ou autres. Chaque modèle contient généralement des modules et des moyens de communications entre eux. Les modules décrivent des fonctionnalités propres à un système souhaité. Leur description est réalisée en utilisant la programmation orientée objet et peut être décrite en utilisant une syntaxe que l’utilisateur aura choisie. Nous proposons ainsi une séparation entre le langage de modélisation et la simulation. Les modèles sont transformés en une même représentation interne qui pourrait être vue comme ensemble d’objets. Notre environnement compile les objets internes en produisant un code unifié au lieu d’utiliser plusieurs langages de modélisation qui ajoutent beaucoup de mécanismes de communications et des informations supplémentaires. Les optimisations peuvent inclure différents mécanismes tels que le regroupement des processus en un seul processus séquentiel tout en respectant la sémantique des modèles. Nous utiliserons deux niveaux d’abstraction soit le « register transfer level » (RTL) et le « transaction level modeling » (TLM). Le RTL permet une modélisation à bas niveau d’abstraction et la communication entre les modules se fait à l’aide de signaux et des signalisations. Le TLM est une modélisation d’une communication transactionnelle à un plus haut niveau d’abstraction. Notre objectif est de supporter ces deux types de simulation, mais en laissant à l’usager le choix du langage de modélisation. De même, nous proposons d’utiliser un seul noyau au lieu de plusieurs et d’enlever le bus de co-simulation pour accélérer le temps de simulation. / The design of heterogeneous systems requires two main steps, modeling and simulation. Usually, simulators are connected and synchronized by using a cosimulation bus. These current approaches have many disadvantages: they are not always adapted to the distributed environments, the execution time can be very disappointing, and each simulator has its own core of simulation. We propose a new approach which consists in developing a multi-language compiled simulator where each model can be described by employing various modeling languages such as SystemC, ESyS.Net or others. Each model contains modules and communication links between them. These modules describe functionalities for a desired system. Their description is realized by using the programming object and can be described by using a syntax that a user will have chosen. We thus propose a separation between the language of modeling and simulation. The models are transformed into the same internal representation which could be seen like unique objects. Our environment compiles these internal objects by producing a unified code instead of using several languages of modeling which add many mechanisms of communications and extra informations. Optimizations can include various mechanisms such as merging processes into only one sequential process while respecting the semantics of the models. We will use two abstraction levels, the “register transfer level”(RTL) and the “transaction-level modeling”(TLM). RTL allows a low level abstraction for modeling and the communication between the modules is done with signals. The TLM is a modeling for transactional communication with a higher abstraction level than RTL. Our aim is to support these two types of simulation, but the user can choose the language of modeling. In the same way, we propose to use a single core and to remove the cosimulation bus to accelerate the simulation time.

Cette thèse traite de la modélisation et la simulation de réseaux de capteurs sans fil afin de fournir des estimations précises de consommations d'énergie. Un cadre de conception et de simulation base sur SystemC au niveau système est proposé, nommé IDEA1. Elle permet l'exploration de l'espace de conception de réseaux de capteurs à un stade amont. Les résultats de simulation comprennent le taux de livraison de paquets, la latence de transmission et les consommations d'énergie. Sur un banc d'essai comportant 9 nœuds, la différence moyen entre les IDEA1 simulations et les mesures expérimentales est 4.6 %. Les performances d'IDEA1 sont comparées avec un autre simulateur largement utilisé, NS-2. Avec la co-simulation matérielle et logicielle, IDEA1 peut apporter des modèles plus détaillés de nœuds de capteurs. Pour fournir les résultats de la simulation au même niveau d'abstraction, IDEA1 réalise les simulations deux fois plus vite que NS-2.Enfin, deux études de cas sont accomplies pour valider le flot de conception d'IDEA1. La performance de l'IEEE 802.15.4 est globalement évaluée pour diverses charges de trafic et configurations de paramètres de protocole. Une application de contrôle actif des vibrations est également étudiée. Les simulations d'IDEA1 trouvent le meilleur choix de protocoles de communication.

Cette thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'analyse des phénomènes de "Pulling" et de "Pushing" dans les systèmes de boucles à verrouillage de phase (PLL), utilisant une approche globale où les effets de couplages électromagnétiques aux différents niveaux d'intégration (niveau puce, niveau assemblage, niveau report sur PCB) sont pris en compte de manière distribuée. L'approche de modélisation adopte une méthodologie hybride où l'analyse des couplages électromagnétiques combinée à des schémas équivalents large-bande (compatibles avec les modèles de composants actifs disponibles dans les librairies) est couplée à des représentations comportementales dynamiques. Les représentations comportementales développées permettent de capturer des effets de non-linéarités tant au niveau composant (caractéristique non-linéaire des Varicap en fonction des tensions de contrôle) qu'au niveau block de fonction (gain KVCO non uniforme de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO) en fonction de la fréquence).Cette méthodologie hybride permet l'évaluation d'effets compétitifs résultant de phénomènes de "pulling" et de "Pushing" au niveau de la puce (influence de la PLL, effets de l'amplificateur de puissance, intégrité des alimentations ou distribution des références de masse, etc.) , et des distorsions induites par des éléments extérieurs à la puce (exemple de composants sur PCB : Filtre SAW, capacités de découplages, réseaux d'adaptation).L'approche proposée est utilisée pour l'étude et la conception de deux types de circuits développés par NXP-semi-conducteurs pour des applications liées à la sécurité automobile (PLL fonctionnant aux alentours de 1.736GHz) et à la réception satellitaire (PLL de faible consommation fonctionnant à 9.75/10.6 GHz pour les circuits LNB).Les résultats de modélisation obtenus sont validés par corrélations avec les données expérimentales et par comparaison avec les résultats obtenus de différents outils (ADS Harmonic- Balance/Transient de Agilent, Spectre de Cadence

Submitted by Fernando Souza (fernandoafsou@gmail.com) on 2017-08-21T13:50:24Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2220137 bytes, checksum: 5d830e5d1ba6396c3e9ff56a19b08deb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-21T13:50:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2220137 bytes, checksum: 5d830e5d1ba6396c3e9ff56a19b08deb (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Multi-Robot System (MRS) consisting of multiple interacting robots, each running a specific control strategy, which is not driven centrally. Technical challenges arise from the need to develop complex, software-intensive products that take the constraints of the physical world into account. Make tools, methodologies and teams from different fields can work together is not an easy task to accomplish. Co-simulation represents on technique of validation in heterogeneous systems. Its fundamental principle is to provide support to execute different simulators in a cooperative way. A known standard is the High Level Architecture (HLA) that is a pattern described in IEEE 1516 series and has been developed to provide a common architecture to distributed model and simulation. Using HLA, several simulators and real applications could be simulated together. That way, this work presents a project for Multi-Robot Systems (SMR) simulation using ROS co-simulation with a network simulator, the OMNeT++, using HLA. The main goal is make the simulations more realistic, where the data exchange will be performed by using a simulated network, as if we had real robots interacting through a conventional network. To this end, an interface was developed between ROS and OMNeT++ using HLA. Experiments demonstrate that the packet losses were correctly simulated, adding realism to simulations. / Sistemas Multi-Robôs (SMR) consistem em múltiplos robôs interagindo, cada um executando uma estratégia de controle específica, que não é conduzida de forma centralizada. Alguns desafios surgiram da necessidade de desenvolver produtos que levem o mundo real em consideração. Fazer com que ferramentas, metodologias e equipes de diferentes áreas possam trabalhar juntas não é uma tarefa simples de ser realizada. Cossimulação representa uma técnica para validação de sistemas heterogêneos. Seu princípio fundamental é prover suporte à execução de diferentes simuladores de forma cooperativa. Um dos padrões para tal é conhecido como High Level Architecture (HLA), que é um padrão descrito no IEEE 1516 e tem sido desenvolvido para dispor uma arquitetura para modelagem e simulação distribuídos. Utilizando HLA, vários simuladores e aplicações reais podem ser simulados juntos. Sendo assim, este trabalho apresenta um projeto para simulação de Sistemas Multi-Robôs (SMR) utilizando ROS cossimulado com um simulador de redes de computadores, o OMNeT++ através do HLA. Seu principal objetivo é tornar as simulações mais próximas da realidade, onde os dados irão ser trocados através de uma rede simulada, como se tivéssemos robôs reais interagindo através de uma rede convencional. Para tal, foi desenvolvida a interface entre o ambiente ROS e o OMNeT++ com o HLA. Experimentos demonstraram que a perda de pacotes foi simulada corretamente, adicionando ao ambiente mais realismo

The move from Standard Definition (SD) to High Definition (HD) represents a six times increases in data, which needs to be processed. With expanding resolutions and evolving compression, there is a need for high performance with flexible architectures to allow for quick upgrade ability. The technology advances in image display resolutions, advanced compression techniques, and video intelligence. Software implementation of these systems can attain accuracy with tradeoffs among processing performance (to achieve specified frame rates, working on large image data sets), power and cost constraints. There is a need for new architectures to be in pace with the fast innovations in video and imaging. It contains dedicated hardware implementation of the pixel and frame rate processes on Field Programmable Gate Array (FPGA) to achieve the real-time performance. The following outlines the contributions of the dissertation. (1) We develop a target detection system by applying a novel running average mean threshold (RAMT) approach to globalize the threshold required for background subtraction. This approach adapts the threshold automatically to different environments (indoor and outdoor) and different targets (humans and vehicles). For low power consumption and better performance, we design the complete system on FPGA. (2) We introduce a safe distance factor and develop an algorithm for occlusion occurrence detection during target tracking. A novel mean-threshold is calculated by motion-position analysis. (3) A new strategy for gesture recognition is developed using Combinational Neural Networks (CNN) based on a tree structure. Analysis of the method is done on American Sign Language (ASL) gestures. We introduce novel point of interests approach to reduce the feature vector size and gradient threshold approach for accurate classification. (4) We design a gesture recognition system using a hardware/ software co-simulation neural network for high speed and low memory storage requirements provided by the FPGA. We develop an innovative maximum distant algorithm which uses only 0.39% of the image as the feature vector to train and test the system design. Database set gestures involved in different applications may vary. Therefore, it is highly essential to keep the feature vector as low as possible while maintaining the same accuracy and performance

Ziel dieser Arbeit ist es, eine simulationsbasierte Untersuchung des Betriebs eines PEM-Brennstoffzellensystems mit besonderem Fokus auf den Wasserhaushalt zu ermöglichen. In PEM-Brennstoffzellen sind die Wechselwirkungen in Bezug auf den Feuchtehaushalt z.B. von Transportmechanismen, Degradation und Leistung abhängig. Im PEM-Brennstoffzellensystem werden die Wechselwirkungen der Feuchte durch eine mögliche Rezirkulation und/oder eine passive Befeuchtung der Kathode erweitert, Um diese Abhängigkeiten korrekt darzustellen, wurde ein PEM-Brennstoffzellen Stack-Modell entwickelt, das einerseits einen hohen Grad an Detailtreue und andererseits hohe Anforderungen an die Laufzeit erfüllt, um akzeptable Simulationszeiten für Brennstoffzellensystemsimulationen zu ermöglichen. Der Kern des Modells ist eine neuartige 2-D + 1-D Struktur, die flächenspezifische Bedingungen, wie z.B. trockene Kathodeneinlass- und feuchte Kathodenauslassbedingungen in Abhängigkeit von Gleich- oder Gegenstromstrukturen, löst. Um diesen Anforderungen an die Laufzeit gerecht zu werden, wurde ein numerischer Löser entwickelt, der speziell an die Struktur und den Inhalt angepasst ist. Das Brennstoffzellenmodell und dessen Möglichkeiten zur Integration in eine Systemsimulation werden in dieser Arbeit vorgestellt. / The aim of this work is to enable simulation based investigation of the operation of a PEM fuel cell system, with the special focus on its water management. For PEM fuel cells their multi-level interaction regarding humidity is characteristic depending e.g. on transport mechanisms, degradation and performance. In the PEM fuel cell system, the interaction of the humidity is further enhanced by a possible recirculation and passive humidification systems of the cathode. In order to display these dependencies correctly, a PEM fuel cell stack model has been developed, which on the one hand meets high degree of resulting details and on the other hand meets high requirements concerning its runtime, to enable acceptable simulation times for fuel cell system simulations. The core of the model is a novel 2-D + 1-D structure that resolves area specific conditions, such as dry cathode inlet and wet cathode outlet conditions in dependence of co- or counter flow fields. To meet those requirements regarding its runtime a numerical solver has been developed that is specially adapted to the structure and content. The fuel cell model as well as its possibilities with respect to the integration in system simulation is presented in this work.