Le travail présenté dans ce mémoire concerne une méthode de conception sûre de systèmes(COTS). Un COTS est un composant matériel ou logiciel générique qui est naturellement conçu pour être réutilisable et cela se traduit par une forme de flexibilité dans la mise en oeuvre de sa fonctionnalité : en clair, une même fonction peut être réalisée par un ensemble (potentiellement infini) de scénarios différents, tous réalisables par le COTS. La complexité grandissante des fonctions implémentées fait que ces situations sont très difficiles à anticiper d'une part, et encore plus difficiles à éviter par un codage correct. Réaliser manuellement une fonction composite correcte sur un système de taille industrielle, s'avère être très coûteuse. Elle nécessite une connaissance approfondie du comportement des COTS assemblés. Or cette connaissance est souvent manquante, vu qu'il s'agit de composants acquis, ou développés par un tiers, et dont la documentation porte sur la description de leur fonction et non sur sa mise en IJuvre. Par ailleurs, il arrive souvent que la correction manuelle d'une faute engendre une ou plusieurs autres fautes, provoquant un cercle vicieux difficile à maîtriser. En plus, le fait de modifier le code d'un composant diminue l'avantage lié à sa réutilisation. C'est dans ce contexte que nous proposons l'utilisation de la technique de synthèse du contrôleur discret (SCD) pour générer automatiquement du code de contrôle commande correct par construction. Cette technique produit des composants, nommés contrôleurs, qui agissent en contraignant le comportement d'un (ou d'un assemblage de) COTS afin de garantir si possible la satisfaction d'une exigence fonctionnelle. La méthode que nous proposons possède plusieurs étapes de conception. La première étape concerne la formalisation des COTS et des propriété de sûreté et de vivacité (P) en modèles automate à états et/ou en logique temporelle. L'étape suivante concerne la vérification formelle du modèle d'un(des) COTS pour l'ensemble des propriétés (P). Cette étape découvrir les états de violation des propriétés (P) appelés états d'erreur. La troisième étape concerne la correction automatique des erreurs détectées en utilisant la technique SCD. Dans cette étape génère on génère un composant correcteur qui sera assemblé au(x) COTS original(aux) pour que leur comportement général respecte les propriétés souhaitées. L'étape suivante concerne la vérification du système contrôlé pour un ensemble de propriétés de vivacité pour assurer la passivité du contrôleur et la vivacité du système. En fin, une étape de simulation est proposée pour observer le comportement du système pour quelque scénarios intéressent par rapport à son implémentation finale.

De nos jours, les systèmes embarqués temps-réels critiques intègrent de plus en plus de composants, et voient leur complexité augmenter. Les systèmes avioniques ont suivi cette évolution, voyant augmenter leurs processus de développement. Dès lors, les développeurs de plates-formes avioniques se sont tournés vers les méthodes de modélisation en avance de phase (i.e. en tout début de cycle de développement), afin d'anticiper les performances de celles-ci et aider à leur dimensionnement. Particulièrement, l'exploration de l'utilisation des ressources matérielles de la plate-forme par la partie applicative (l'ensemble des applications) est le point central de cette exploration des performances. Si les méthodes de modélisation actuelles offrent la possibilité de modéliser une plate-forme depuis les exigences jusqu'au niveau architectural, elles ne sont pas encore adaptées à la modélisation comportementale. Elles ne permettent donc pas l'étude du comportement et la comparaison de différentes architectures d'une plate-forme en avance de phase. Mes travaux de thèse ont pour but d'offrir un processus de modélisation et simulation de plate-forme avionique répondant à cette problématique. L'objectif est de compléter les méthodes de modélisation actuelles pour apporter une analyse plus fine des performances d'une plate-forme en avance de phase, et les comparer avec les exigences. Pour cela, nous proposons une approche en quatre étapes : i) une étape de modélisation des applications et d'extraction des stimuli applicatifs ; ii) une étape de modélisation architecturale du système basée sur AADL (Architecture Analysis and Design Language) et son annexe ARINC653 ; iii) une étape de génération d'un modèle comportemental de la partie matérielle et intergicielle du système en SystemC-TLM ; iv) une étape de simulation et d'analyses, où les stimuli applicatifs sont exécutés par le modèle comportemental, et les performances extraites comparées aux exigences système. Enfin, nous avons validé notre méthode sur un cas d'étude avionique que nous présenterons également.

Cette thèse vise à définir une méthodologie de mise en œuvre d'applications performantes sur les processeurs embarqués du futur. Ces architectures nécessitent notamment d'exploiter au mieux les différents niveaux de parallélisme (grain fin, gros grain) et de gérer les communications et les accès à la mémoire. Pour étudier cette méthodologie, nous avons utilisé un processeur cible représentatif de ces architectures émergentes, le processeur CELL. Le détecteurde points d'intérêt de Harris est un exemple de traitement régulier nécessitant des unités de calcul intensif. En étudiant plusieurs schémas de mise en oeuvre sur le processeur CELL, nous avons ainsi pu mettre en évidence des méthodes d'optimisation des calculs en adaptant les programmes aux unités spécifiques de traitement SIMD du processeur CELL. L'utilisation efficace de la mémoire nécessite par ailleurs, à la fois une bonne exploitation des transferts et un arrangement optimal des données en mémoire. Nous avons développé un outil d'abstraction permettant de simplifier et d'automatiser les transferts et la synchronisation, CELL MPI. Cette expertise nous a permis de développer une méthodologie permettant de simplifier la mise en oeuvre parallèle optimisée de ces algorithmes. Nous avons ainsi conçu un outil de programmation parallèle à base de squelettes algorithmiques : SKELL BE. Ce modèle de programmation propose une solution originale de génération d'applications à base de métaprogrammation. Il permet, de manière automatisée, d'obtenir de très bonnes performances et de permettre une utilisation efficace de l'architecture, comme le montre la comparaison pour un ensemble de programmes test avec plusieurs autres outils dédiés à ce processeur.

Les véhicules de transport tendent à utiliser de plus en plus des énergies dites propres. De ce fait, les structures des réseaux électriques embarqués se complexifient que ce soit en termes d'architecture, de nombre de convertisseurs d'électronique de puissance connectés ou bien des technologies utilisées dans ces derniers. En complément de l'approche normative, où le convertisseur est étudié seul dans un environnement normalisé, cette thèse de modélisation CEM de convertisseurs statiques se place dans le cadre particulier des réseaux pour lesquels : • la connaissance de la structure interne du convertisseur étudiée n'est pas nécessaire à la réalisation de son modèle. La méthode développée se base uniquement sur des mesures extra-convertisseurs. Cette approche possède l'avantage de garantir aux fabricants une certaine confidentialité sur l'architecture interne des convertisseurs tout en permettant à l'équipementier d'étudier les effets de ces derniers sur son réseau de bord ; • le réseau sur lequel les convertisseurs sont modélisés peut posséder une architecture complexe par rapport à l'approche « convertisseur seul sur RSIL ». Pour plus de réalisme, le fonctionnement normal d'un convertisseur peut être soumis au fonctionnement d'autres convertisseurs du réseau. Ainsi, les impédances qui seront mises face au convertisseur étudié devront représenter la réalité de ce réseau qui ne sera alors pas nécessairement bien connu. Même si ce n'est pas ce qui a été réalisé au cours de cette thèse, ce point est important puisqu'il remet en question l'utilisation systématique des RSIL puisqu'ils faussent le comportement réel sur réseau ; • la montée en fréquence des technologies utilisées dans les convertisseurs conduit à la nécessité d'un modèle sur une plage de fréquences allant au-delà des 30MHz conventionnels imposés par les normes. Pour ce travail, une plage allant de la fréquence de découpage jusqu'à 100MHz était visée. En définitive, l'objectif principal de cette thèse a été de réaliser un protocole d'identification clairement défini dans le but de renseigner un modèle de type « boîte noire » compatible avec les convertisseurs statiques. Ce modèle a été choisi pour : • son faible nombre d'éléments, le rendant compatible avec l'analyse d'un réseau où de nombreux convertisseurs seront présents ; • sa généricité qui permet d'établir une méthode d'analyse systématique. • sa compatibilité avec l'étude classique en mode commun – mode différentiel qui, dans le cadre de la séparation de modes, le rend même plus simple à utiliser. L'envie de donner du sens physique aux éléments de ce modèle a été une clé dans son identification. De ce fait, les nombreux modèles CEM de convertisseurs statiques qui existent et qui possèdent une utilité (par exemple, dans le cadre du dimensionnement des filtres CEM d'entrée) n'ont pas été laissés de côté. Il a donc été choisi de réaliser dès que possible un lien formel entre les différents modèles. / Energy saving in stationary or embedded systems is a general trend in the modern society. Therefore, the “More Electrical” concept is widely developed, using the Power by Wire idea. The need of increased efficiency and the various ways the electricity is produced, used or stored has led to the generalization of power electronics use. If this solution is effective regarding weight and losses, the high switching frequencies and sharp commutations (several mega-volts or mega-amps per microseconds) generate Electromagnetic Interferences (EMI) which have to be managed. This phenomenon is especially dramatic with the new wide band gap devices, with always increasing commutation speed. Electromagnetic models (EMC) of power electronics converters are thus needed to manage EMC aspects of More Electrical Systems. Depending on the needs, many solutions have been proposed in the literature, to account for the high frequency behavior of power electronics converters (from the switching frequency to several tens of Megahertz). In addition to the classical normative approach, the “EMC system model for power electronics converter” presented here aims to be suitable for embedded networks. In opposition to EMC filter design method, no inner knowledge (as an accurate description of each element and propagation path) from the studied converter is needed. Only external measurements are needed to get the model. Thus, non-disclosure agreement is guaranteed and the embedded network can be studied. Regarding the network structure, the “LISN + Converter” approach can be far away from its complexity. A more global approach might be achievable with “black-box” approach. For the normative approach, only EMI under 30MHz are considered. By increasing the switching frequency, the “EMC system model” has to be valid up to 100MHz. The aim of the Ph.D. is to achieve an entire identification protocol of a “Black-box” model. This modification has been chosen for: • Its tiny number of elements. This means that it can be use in network analysis with multiple converters. • Its generalist form lead to a systematic method of analysis. • Its links with the classical common mode and differential mode approach which give some interesting connection with classical converters modelization. Those links lead to a physical consideration about the meaning of this non-comprehensive model.

Ces travaux avaient pour objectif la preuve de concept et le développement d’un dispositif embarqué sur un T-shirt visant à terme à se substituer au corset afin de pouvoir améliorer la prise en charge des patients scoliotiques. Il s’agissait d’orienter les soins de la scoliose vers un traitement permettant au patient de conserver l’ensemble de sa mobilité et de rééquilibrer l’activité des muscles de son tronc. Tout d’abord, une étude clinique comparative entre sujets sains, patients scoliotiques lombaires et patients scoliotiques thoraciques a été menée afin de mettre en évidence des différences cinématiques et posturales potentiellement corrigeables, à travers l’étude de mouvements simples standardisés. Ensuite, le dispositif baptisé « kinésithérapeute embarqué » a été développé. Son but est de détecter des anomalies cinématiques ou de mauvaises postures chez le patient afin de les lui signaler pour lui permettre une autocorrection de ses défauts. Le T-shirt permet alors une mesure précise des mouvements de l’utilisateur en temps-réel et sans dispositif externe, à l’aide de centrales inertielles. Deux feedbacks ont été conçus répondant à deux utilisations différentes, l’un vibro-tactile pour une correction posturale en ambulatoire au cours de la journée, et l’autre visuel permettant d’apprendre et d’entraîner des mouvements spécifiques lors de séances de kinésithérapie à domicile. / The purpose of this thesis was the proof of concept and the development of an embedded device on a T-shirt aiming in the future to replace the brace for improving the medical care of scoliotic patients. The aim was to orient scoliosis care toward a treatment allowing a patient to keep his/her full mobility and rebalancing his trunk muscles. First, a comparative clinical study between healthy subjects, lumbar scoliotic patients and thoracic scoliotic patients was conducted in order to highlight kinematic and postural differences potentially correctable through the study of simple and standardized movements. Then, the so-called “embedded physiotherapist” device has been developed. Its aim is to detect patient’s kinematic singularities or bad postures and to alert him/her for an auto-correction of the defect. Thus, the T-shirt is able to accurately measure user’s motion in real-time and without any external device, using inertial measurement units. Two feedback have been designed for satisfying two different purposes, first a vibro-tactile one for postural corrections during the day, and a visual one allowing the user to learn and train specific motions during physiotherapy sessions at home.

L’état de l’art aujourd’hui dans la CEM en électronique de puissance permet d’avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L’objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type « réseau de bord ». Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d’analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l’idée originale de ces modèle CEM « système » a été développé sous forme d’un modèle type boîte noire prenant en compte l’ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l’expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau. / Today, the state of the art in EMC in power electronics allows to have some knowledge on conducted emissions generated by a converter on a Line Impedance Stabilization Network. Now, the new challenge is to include several converters connected in an embedded network. This PHD has been funded trhough the PEPS CEM sub-project, part of O2M project. It proposes a method to obtain the EMC interferences on a complex network including several converters. Based on the original idea of a “system” type EMC model, we came up with a theoretical approach based on a “Black Box” model. This model, including the converter load, has been validated through complex simulations as well as experimentations taking in account several static converters connected to the same network.

La tomographie d’émission par positrons est une technique d’imagerie médicale importante dans les domaines clinique et préclinique. Elle permet de diagnostiquer des cancers, des maladies cardiovasculaires ou encore des maladies neurodégénératives. Dans le domaine préclinique, la TEP permet de mener des recherches de pointe pour mieux comprendre les métabolismes au niveau moléculaire afin de développer des thérapies ciblées qui seront utilisées dans la médecine de demain. C’est pourquoi, depuis plus de quinze ans, le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS) et le Centre d’Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) collaborent pour concevoir des scanners TEP permettant d’obtenir des images avec un contraste et une résolution inégalée. Pour obtenir ces images, les paramètres des scanners doivent être optimisés de manière minutieuse. L’un des paramètres les plus importants en TEP est la mesure temporelle pour minimiser les coïncidences fortuites et ainsi améliorer le rapport signal sur bruit de l’image. La mesure temporelle peut être entachée d’une part, de bruit statistique provenant de différentes sources comme le bruit thermique, le bruit d’amplification, la pente du signal au point de discrimination et d’autre part, les variations systémiques qui peuvent être corrigées par un traitement approprié de l’information. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception d’une nouvelle méthode embarquée et automatisée faisant appel à une sonde d’alignement temporel pour effectuer cet alignement et corriger la dispersion temporelle systémique dans le scanner. Cette méthode a été testée sur le scanner LabPET II, la dernière génération de scanner développé au GRAMS et a permis une amélioration de la mesure temporelle de 47%.

Les plaies chroniques restent un problème de santé important dans le monde. La compression de la jambe inférieure est un traitement efficace dans la prévention des maladies veineuses et lymphatiques, avec des résultats qui dépendent fortement du gradient de compression appliqué de bas en haut le long de la jambe. Un outil d'aide à la pose des bandes et au contrôle du maintien des niveaux de pressions dans le temps serait donc très utile pour améliorer l'efficacité du traitement. L'objectif de cette étude est donc de développer un "système de mesure embarqué" capable de détecter les pressions de contention et d'enregistrer automatiquement leur valeur en fonction du temps, à distance et sans fil de connexion. Ceci nécessite de mettre au point un capteur de pression souple et fin et un système électronique embarqué miniaturisé qui communiquera les valeurs mesurées à une station d'enregistrement. Ce travail a été réalisé au sein du Laboratoire de recherche et de conception (LRC) d'URGO à Chenôve du Laboratoire d'Electronique, d'Informatique et d'Images (LE2I - uMR 5158) de l'Université de Bourgogne. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche européen associant des partenaires industriels et universitaires (CEA-Léti, Philips, Fraunhofer, etc.).Ce projet collaboratif, intitulé STELLA (STretchable ELectronic for Large area Applications) nous a permis de bénéficier de l'aide de tous nos partenaires. L'optimisation du capteur de pression représente l'avancée majeure de ce travail de thèse. En effet, le fait d'ajouter des éléments d'une certaine dureté à l'interface entre le capteur et la peau a permis d'améliorer les caractéristiques métrologiques liées à la mesure de pression en thérapie de compression. Cette réalisation a fait l'objet d'un dépôt d'une demande de brevet (FR0950147). Nos choix pour la réalisation du prototype final ont été détaillés dans ce mémoire de thèse. Ils ont été guidés par un cahier des charges fonctionnel établi en début de projet. / Chronic wounds are a major health problem worldwide.The compression of the lower leg is an effective treatment in preventing venous and lymphatic disease, with results that depend strongly on the gradient of compression applied upward along the leg. A tool for laying tape and control the maintenance of pressure levels over time would be very useful to improve the effectiveness of treatment. The objective of this study is to develop a "board measurement system" capable of detecting pressure containment and automatically record their value over time, distance and wireless electrical connection. This requires to develop a pressure sensor thin and flexible and a miniaturized electronic system to communicate the values measured at a recording station. This work was performed at the Laboratoires Recherche et Conception (LRC) of URGO Chenôve and at the Laboratoire d'Electronique d'Informatique et d'Images (LE2I - UMR 5158) of the University of Burgundy. It is part of a European research project involving partners from industry and academia (CEA - LETI, Philips, Fraunhofer, etc.). This collaborative project, called STELLA (STretchable ELectronic for Large Area Applications) enabled us to benefit from the assistance of our partners. The optimization of the pressure sensor is the major breakthrough of this thesis. Indeed, the addition of elements of a certain hardness at the interface between the sensor and the skin has improved matrological characteristics related to the measurement of pressure in compression therapy. This achievement has been the subject of an application for a patent (FR0950147). Our choices for the realization of the final prototype were detailed in this thesis. They were guided by functional requirements established at the beginning of the project.

Le test de circuits analogiques et mixtes est de plus en plus difficile du fait de l’intégration d’un nombre croissant de composants complexes au sein d’un même système. Les techniques de BIST permettent la réalisation d’un test efficace en intégrant au système les ressources nécessaires au test. Dans cette thèse, nous présentons une structure BIST pour les Convertisseurs Analogiques-Numériques (CAN) tout numérique. Le générateur de stimuli est un oscillateur Sigma-Delta numérique délivrant, après un simple filtrage analogique, une sinusoïde. L’analyse de la réponse se fait au moyen d’un banc de filtres numériques séparant les différentes composantes harmoniques du signal issu du CAN. A partir de ces composantes harmoniques, différents paramètres spectraux sont calculés. Afin de valider cette structure, différents prototypes ont été conçu sur FPGA. Les résultats expérimentaux confirment la capacité de notre structure à tester efficacement un CAN 12 bits ayant un SNR de 70 dB. / Analog and mixed circuit testing is more and more difficult because of the integration of agrowing number of complex components in one system. BIST techniques allow the realizationof an effective test system by integrating the test resources to the system. In this thesis, wepresent a BIST Structure for Analog to Digital Converters (ADC). The stimuli generatoris a digital Sigma-Delta oscillator delivering a sine wave after a simple analog filtering. Abank of digital filters separating the different harmonic components of the signal from theADC is used to analyze of the response. From these harmonic components, different spectralparameters are calculated. To validate this structure, different prototypes have been designedon FPGA. The experimental results confirm the ability of our structure to effectively test a12-bit ADC with a 70-dB-SNR.

Cette thèse étudie la reconnaissance des émotions à partir de signaux physiologiques dans le contexte des jeux vidéo et la faisabilité de sa mise en œuvre sur un système embarqué. Les défis suivants sont abordés : la relation entre les états émotionnels et les réponses physiologiques dans le contexte du jeu, les variabilités individuelles des réponses psycho-physiologiques et les problèmes de mise en œuvre sur un système embarqué. Les contributions majeures de cette thèse sont les suivantes. Premièrement, nous construisons une base de données multimodale dans le cadre de l'Affective Gaming (DAG). Cette base de données contient plusieurs mesures concernant les modalités objectives telles que les signaux physiologiques de joueurs et des évaluations subjectives sur des phases de jeu. A l'aide de cette base, nous présentons une série d'analyses effectuées pour la détection des moments marquant émotionnellement et la classification des émotions à l'aide de diverses méthodes d'apprentissage automatique. Deuxièmement, nous étudions la variabilité individuelle de la réponse émotionnelle et proposons un modèle basé sur un groupe de joueurs déterminé par un clustering selon un ensemble de traits physiologiques pertinents. Nos travaux mettent en avant le fait que le modèle proposé, basé sur un tel groupe personnalisé, est plus performant qu'un modèle général ou qu'un modèle spécifique à un utilisateur. Troisièmement, nous appliquons la méthode proposée sur un système ARM A9 et montrons que la méthode proposée peut répondre à l'exigence de temps de calcul. / This thesis investigates physiological-based emotion recognition in a digital game context and the feasibility of implementing the model on an embedded system. The following chanllenges are addressed: the relationship between emotional states and physiological responses in the game context, individual variabilities of the pschophysiological responses and issues of implementation on an embedded system. The major contributions of this thesis are : Firstly, we construct a multi-modal Database for Affective Gaming (DAG). This database contains multiple measurements concerning objective modalities: physiological signals (ECG, EDA, EMG, Respiration), screen recording, and player's face recording, as well as subjective assessments on both game event and match level. We presented statistics of the database and run a series of analysis on issues such as emotional moment detection and emotion classification, influencing factors of the overall game experience using various machine learning methods. Secondly, we investigate the individual variability in the collected data by creating an user-specific model and analyzing the optimal feature set for each individual. We proposed a personalized group-based model created the similar user groups by using the clustering techniques based on physiological traits deduced from optimal feature set. We showed that the proposed personalized group-based model performs better than the general model and user-specific model. Thirdly, we implemente the proposed method on an ARM A9 system and showed that the proposed method can meet the requirement of computation time.