Alors que la recherche sur la qualité du code des systèmes a connu un formidable engouement, les systèmes d'exploitation sont encore aux prises avec des problèmes de fiabilité notamment dûs aux bogues de programmation au niveau des services noyaux tels que les pilotes de périphériques et l'implémentation des systèmes de fichiers. Des études ont en effet montré que que chaque version du noyau Linux contient entre 600 et 700 fautes, et que la propension des pilotes de périphériques à contenir des erreurs est jusqu'à sept fois plus élevée que toute autre partie du noyau. Ces chiffres suggèrent que le code des services noyau n'est pas suffisamment testé et que de nombreux défauts passent inaperçus ou sont difficiles à réparer par des programmeurs non-experts, ces derniers formant pourtant la majorité des développeurs de services. Cette thèse propose une nouvelle approche pour le débogage et le test des services noyau. Notre approche est focalisée sur l'interaction entre les services noyau et le noyau central en abordant la question des "trous de sûreté" dans le code de définition des fonctions de l'API du noyau. Dans le contexte du noyau Linux, nous avons mis en place une approche automatique, dénommée Diagnosys, qui repose sur l'analyse statique du code du noyau afin d'identifier, classer et exposer les différents trous de sûreté de l'API qui pourraient donner lieu à des fautes d'exécution lorsque les fonctions sont utilisées dans du code de service écrit par des développeurs ayant une connaissance limitée des subtilités du noyau. Pour illustrer notre approche, nous avons implémenté Diagnosys pour la version 2.6.32 du noyau Linux. Nous avons montré ses avantages à soutenir les développeurs dans leurs activités de tests et de débogage.

L'industrie des semi-conducteurs continue ses progrès impressionnants dans la miniaturisation des circuits intégrés VLSI. Les concepteurs ont inventé des méthodes permettant d'exploiter la complexité croissante des circuits intégrés à haute densité d'intégration. L'une d'elles consiste à concevoir des systèmes embarqués sur puce (SoC) à l'aide de blocs pré-existants et déjà validés (appelés IP, comme Intellectual Property), qu'ils aient été élaborés en interne à l'entreprise réalisant l'intégration du SoC ou issus d'une tierce partie. Disposer d'une bibliothèque de blocs IP paramétrés selon leurs performances en temps, surface et consommation est une clef pour optimiser le système intégré vis-à-vis de l'application ciblée. S'il existe un flot standard bien établi pour concevoir les blocs intégrés numériques, reposant sur une méthode de conception descendante, la conception de circuits analogiques reste toujours une opération sur mesure. Alors que les systèmes intégrés sur puce sont souvent mixtes analogique-numérique, les méthodes de conception diffèrent complètement entre les deux mondes. Dans cette thèse, nous proposons une méthode pour automatiser le dimensionnement et la polarisation d'un circuit analogique dans le cas général, conduisant ainsi à une définition possible d'un IP analogique. Cette méthode permet de générer automatiquement une procédure pour calculer les dimensions d'une topologie électrique connue et son point de fonctionnement en se fondant sur l'expression de la connaissance du concepteur. Cette méthode permet de détecter des hypothèses conflictuelles émises par le concepteur et de traiter les cycles résultant des boucles de contre-réaction. Plusieurs circuits analogiques sont présentés pour illustrer la généralité et la précision de cette approche.

Ce mémoire de thèse s'intéresse à la prise en compte de la dimension temporelle au sein des systèmes multi-agents (SMA) dans le contexte de systèmes industriels dynamiques.L'étude s'appuie sur l'approche Voyelles afin d'étudier l'impact du temps au sein de chacune des dimensions d'un SMA que cette approche distingue et afin de mettre en place un raisonnement temporel orienté multi-agents.Après avoir analysé les conséquences de la prise en compte du temps dans chacun de ses aspects, un ensemble de méthodes et d'outils sont proposés pour résoudre les problèmes mis en évidence. Le modèle de SMA temporel proposé présente notamment une prise en compte des aspects temporels au sein de l'interaction et del'organisation ainsi qu'un modèle d'agent permettant de les intégrer. Ces propositions sont ensuite confrontées à des applications concrètes issues du milieu industriel.

Au niveau système, un ensemble d'experts spécifient des propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles en utilisant chacun leurs propres modèles théoriques, outils et environnements. Chacun essaye d'utiliser les formalismes les plus adéquats en fonction des propriétés à vérifier. Cependant, chacune des vues d'expertise pour un domaine s'appuie sur un socle commun et impacte direct ou indirectement les modèles décrits par les autres experts. Il est donc indispensable de maintenir une cohérence sémantique entre les différents points de vue, et de pouvoir réconcilier et agréger chacun des points de vue avant de poursuivre les différentes phases d'analyse. Cette thèse propose un modèle, dénommé PRISMSYS, qui s'appuie sur une approche multi-vue dirigée par les modèles et dans laquelle pour chacun des domaines, chaque expert décrit les concepts de son domaine et la relation que ces concepts entretiennent avec le modèle socle. L'approche permet de maintenir la cohérence sémantique entre les différentes vues à travers la manipulation d'événements et d'horloges logiques. PRISMSYS est basé sur un profil UML qui s'appuie autant que possible sur les profils SysML et MARTE. Le modèle sémantique qui maintien la cohérence est spécifié avec le langage CCSL qui est un langage formel déclaratif pour la spécification de relations causales et temporelles entre les événements de différentes vues. L'environnement proposé par PRISMSYS permet la co-simulation du modèle et l'analyse. L'approche est illustrée en s'appuyant sur une architecture matérielle dans laquelle le domaine d'analyse privilégié est un domaine de consommation de puissance.

My thesis deals with register allocation. During this phase, the compiler has to assign variables of the source program, in an arbitrary big number, to actual registers of the processor, in a limited number k. Recent works, for instance the thesis of F. Bouchez and S. Hack, have shown that it is possible to split in two different decoupled step this phase: the spill - store the variables into memory to release registers - followed by the registers assignment. These works demonstrate the feasibility of this decoupling relying on a theoretic framework and some assumptions. In particular, it is sufficient to ensure after the spill step that the number of variables simultaneously live is below k.My thesis follows these works by showing how to apply this kind of approach when real-world constraints come in play: instructions encoding, ABI (application binary interface), register aliasing. Different approaches are proposed. They allow either to ignore these problems or to directly tackle them into the theoretic framework. The hypothesis of the models and the proposed solutions are evaluated and validated using a thorough experimental study with the compiler of STMicroelectronics. Finally, all these works have been done with the constraints of modern compilers in mind, the JIT (just-in-time) compilation, where the compilation time et the memory footprint of the compiler are key factors. We strive to offer solutions that cope with these criteria or improve the result until a given budget is reached. We, in particular, used the SSA (static single assignment) form to define algorithm like tree scan that generalizes linear scan based approaches proposed for JIT compilation.

Ce travail propose une méthodologie de conception du contrôle pour les systèmes reconfigurables sur FPGA, visant à améliorer la productivité des concepteurs et assurer l'efficacité de l'implémentation. Cette méthodologie est basée sur un modèle de contrôle semi-distribué qui se compose d'un ensemble de contrôleurs distribués modulaires assurant chacun les tâches d'observation, de prise de décision et de reconfiguration pour une région reconfigurable du système, et d'un coordinateur entre les décisions des contrôleurs distribués afin de respecter les contraintes et objectifs globaux du système. Cette prise de décision semi-distribuée est basée sur le formalisme des automates de modes. Cette combinaison entre modularité, division du contrôle et formalisme permet d'améliorer la flexibilité, réutilisabilité et scalabilité de la conception du contrôle. Un autre point peut être ajouté à cette combinaison pour améliorer la productivité des concepteurs, qui est l'automatisation. Pour cela, la méthodologie proposée est basée sur une approche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles permettant d'automatiser la génération du code à partir de modèles de haut-niveau d'abstraction. Cette approche fait usage du profil standard MARTE (Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems), permettant de rendre les détails techniques de bas niveau transparents aux concepteurs et d'automatiser la génération du code VHDL pour une implémentation matérielle des systèmes de contrôle modélisés afin d'assurer leur performance. Les systèmes de contrôle générés ont été validés par simulation. Les résultats de synthèse ont montré un coût acceptable en termes de temps d'exécution et de ressources pour des systèmes ayant différents nombres de contrôleurs. Un système de contrôle composé de quatre contrôleurs et d'un coordinateur a été également validé par implémentation physique dans un système FPGA pour une application de traitement d'images.

Les systèmes embarqués temps réel critiques intègrent des architectures complexes qui évoluent constamment a n d'intégrer des nouvelles fonctionnalités requises par les utilisateurs naux des systèmes (automobile, avionique, ferroviaire, etc.). Ces nouvelles architectures ont un impact direct sur la variabilité du comportement temporel des systèmes temps réel. Cette variabilité entraîne un sur-approvisionnement important si la conception du système est uniquement basée sur le raisonnement pire cas. Approches probabilistes proposent des solutions basées sur la probabilité d'occurrence des valeurs les plus défavorables a n d'éviter le sur-approvisionnement, tout en satisfaisant les contraintes temps réel. Les principaux objectifs de ce travail sont de proposer des nouvelles techniques d'analyse des systèmes temps réel probabilistes et des moyens de diminuer la complexité de ces analyses, ainsi que de proposer des algorithmes optimaux d'ordonnancement á priorité xe pour les systèmes avec des temps d'exécution décrits par des variables aléatoires. Les résultats que nous présentons dans ce travail ont été prouvés surs et á utiliser pour les systèmes temps réel durs, qui sont l'objet principal de notre travail. Notre analyse des systèmes avec plusieurs paramètres probabilistes a été démontrée considérablement moins pessimiste que d'autres types d'analyses. Cette analyse combinée avec des algorithmes d'ordonnancement optimaux appropriées pour les systèmes temps réel probabilistes peut aider les concepteurs de systèmes á mieux apprécier la faisabilité d'un systéme, en particulier de ceux qui sont jugé irréalisable par des analyses/algorithmes d'ordonnancement déterministes.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le thème de la modélisation et de l'aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes. Plus précisément, nous nous intéressons au couplage de simulations orientées agent à une méthode de résolution de problèmes inverses. Une architecture générique de système d'aide à la décision est ainsi proposée. Ces travaux sont appliqués à la conception d'un système d'aide à la décision dédié à l'entomologie médico-légale. Cette discipline à mi-chemin entre la criminalistique et l'entomologie vise à concevoir des méthodes de datation de la mort basées sur des indices entomologiques, i.e., les insectes (principalement des diptères nécrophages) ou restes d'insectes retrouvés sur ou à proximité du corps. Ainsi, dans le cadre de ce travail réalisé en collaboration avec le laboratoire d'entomologie médico-légale de l'Institut de Médecine Légale de Lille, nous présentons : * un modèle à base d'agents permettant de simuler le développement des diptères nécrophages dans un environnement complexe (e.g., un corps situé dans un écosystème donné), en prenant en compte plus de paramètres que les méthodes classiques, * une implémentation de l'architecture de système d'aide à la décision évoquée plus haut, basée sur ce modèle.

Le réseau local domestique est un environnement ouvert, hétérogène et distribué pour lequel il est primordial de garantir la qualité de service des applications multimédia. Des mécanismes de réservation de ressources (CPU, mémoire, réseau) et des architectures utilisant ces mécanismes existent. Les architectures et les mécanismes existants nécessitent de modifier les équipements ou les applications et ne prennent pas en compte l'hétérogénéité inhérente au domaine d'étude. Ces solutions ne sont pas adaptées au contexte du réseau local domestique. Pour répondre au problème de l'hétérogénéité, ce travail propose de limiter le nombre de mesures à réaliser et à stocker en agrégeant les quantités de ressources. Cette agrégation est automatisée à l'aide d'algorithmes basés sur du clustering ou du bin-packing. Cette thèse propose ensuite un framework de gestion des ressources peu intrusif, reposant sur une architecture configurable en fonction des équipements présents. Cette architecture utilise des composants globaux qui délèguent, aux composants locaux, la gestion des ressources locales. Les composants locaux utilisent les mécanismes de réservation du système d'exploitation Linux pour garantir les quantités de ressources aux applications. L'agrégation évaluée par simulation, réduit efficacement le nombre de mesures à réaliser et à stocker. De son côté, le framework de gestion des ressources est mis œuvre sur des équipements réels (des PCs, des ordinateurs portables et des équipements embarqués dédiés au multimédia), communiquant via des réseaux Wifi et Ethernet. Les évaluations du framework montrent que les réservations sont garanties même quand du bruit est généré sur les ressources utilisées, ce qui garantit aussi la qualité de service attendue.

Actuellement, il y a une demande croissante pour le déploiement de robots mobile dans des lieux publics. Pour alimenter cette demande, plusieurs chercheurs ont déployé des systèmes robotiques de prototypes dans des lieux publics comme les hôpitaux, les supermarchés, les musées, et les environnements de bureau. Une principale préoccupation qui ne doit pas être négligé, comme des robots sortent de leur milieu industriel isolé et commencent à interagir avec les humains dans un espace de travail partagé, est une interaction sécuritaire. Pour un robot mobile à avoir un comportement interactif sécuritaire et acceptable - il a besoin de connaître la présence, la localisation et les mouvements de population à mieux comprendre et anticiper leurs intentions et leurs actions. Cette thèse vise à apporter une contribution dans ce sens en mettant l'accent sur les modalités de perception pour détecter et suivre les personnes à proximité d'un robot mobile. Comme une première contribution, cette thèse présente un système automatisé de détection des personnes visuel optimisé qui prend explicitement la demande de calcul prévue sur le robot en considération. Différentes expériences comparatives sont menées pour mettre clairement en évidence les améliorations de ce détecteur apporte à la table, y compris ses effets sur la réactivité du robot lors de missions en ligne. Dans un deuxiè contribution, la thèse propose et valide un cadre de coopération pour fusionner des informations depuis des caméras ambiant affixé au mur et de capteurs montés sur le robot mobile afin de mieux suivre les personnes dans le voisinage. La même structure est également validée par des données de fusion à partir des différents capteurs sur le robot mobile au cours de l'absence de perception externe. Enfin, nous démontrons les améliorations apportées par les modalités perceptives développés en les déployant sur notre plate-forme robotique et illustrant la capacité du robot à percevoir les gens dans les lieux publics supposés et respecter leur espace personnel pendant la navigation.