Le domaine de l'embarqué connaît depuis quelques années un essor important avec le développement d'applications de plus en plus exigeantes en calcul auxquels les architectures traditionnelles à base de processeurs (mono/multi cœur) ne peuvent pas toujours répondre en termes de performances. Si les architectures multiprocesseurs ou multi cœurs sont aujourd'hui généralisées, il est souvent nécessaire de leur adjoindre des circuits de traitement dédiés, reposant notamment sur des circuits reconfigurables, permettant de répondre à des besoins spécifiques et à des contraintes fortes particulièrement lorsqu'un traitement temps-réel est requis. Ce travail présente l'étude des problèmes d'ordonnancement dans les architectures hétérogènes reconfigurables basées sur des processeurs généraux (CPUs) et des circuits programmables (FPGAs). L'objectif principal est d'exécuter une application présentée sous la forme d'un graphe de précédence sur une architecture hétérogène CPU/FPGA, afin de minimiser le critère de temps d'exécution total ou makespan (Cmax). Dans cette thèse, nous avons considéré deux cas d'étude : un cas d'ordonnancement qui tient compte des délais d'intercommunication entre les unités de calcul CPU et FPGA, pouvant exécuter une seule tâche à la fois, et un autre cas prenant en compte le parallélisme dans le FPGA, qui peut exécuter plusieurs tâches en parallèle tout en respectant la contrainte surfacique. Dans un premier temps, pour le premier cas d'étude, nous proposons deux nouvelles approches d'optimisation, GAA (Genetic Algorithm Approach) et MGAA (Modified Genetic Algorithm Approach), basées sur des algorithmes génétiques. Nous proposons également de tester un algorithme par séparation et évaluation (méthode Branch & Bound). Les approches GAA et MGAA proposées offrent un très bon compromis entre la qualité des solutions obtenues (critère d'optimisation de makespan) et le temps de calcul nécessaire à leur obtention pour résoudre des problèmes à grande échelle, en comparant à la méthode par séparation et évaluation (Branch & Bound) proposée et l'autre méthode exacte proposée dans la littérature. Dans un second temps, pour le second cas d'étude, nous avons proposé et implémenté une méthode basée sur les algorithmes génétiques pour résoudre le problème du partitionnement temporel dans un circuit FPGA en utilisant la reconfiguration dynamique. Cette méthode fournit de bonnes solutions avec des temps de calcul raisonnables. Nous avons ensuite amélioré notre précédente approche MGAA afin d'obtenir une nouvelle approche intitulée MGA (Multithreaded Genetic Algorithm), permettent d'apporter des solutions au problème de partitionnement. De plus, nous avons également proposé un algorithme basé sur le recuit simulé, appelé MSA (Multithreaded Simulated Annealing). Ces deux approches proposées, basées sur les méthodes métaheuristiques, permettent de fournir des solutions approchées dans un intervalle de temps très raisonnable aux problèmes d'ordonnancement et de partitionnement sur système de calcul hétérogène / The domain of the embedded systems becomes more and more attractive in recent years with the development of increasing computationally demanding applications to which the traditional processor-based architectures (either single or multi-core) cannot always respond in terms of performance. While multiprocessor or multicore architectures have now become generalized, it is often necessary to add to them dedicated processing circuits, based in particular on reconfigurable circuits, to meet specific needs and strong constraints, especially when real-time processing is required. This work presents the study of scheduling problems into the reconfigurable heterogeneous architectures based on general processors (CPUs) and programmable circuits (FPGAs). The main objective is to run an application presented in the form of a Data Flow Graph (DFG) on a heterogeneous CPU/FPGA architecture in order to minimize the total running time or makespan criterion (Cmax). In this thesis, we have considered two case studies: a scheduling case taking into account the intercommunication delays and where the FPGA device can perform a single task at a time, and another case taking into account parallelism in the FPGA, which can perform several tasks in parallel while respecting the constraint surface. First, in the first case, we propose two new optimization approaches GAA (Genetic Algorithm Approach) and MGAA (Modified Genetic Algorithm Approach) based on genetic algorithms. We also propose to compare these algorithms to a Branch & Bound method. The proposed approaches (GAA and MGAA) offer a very good compromise between the quality of the solutions obtained (optimization makespan criterion) and the computational time required to perform large-scale problems, unlike to the proposed Branch & Bound and the other exact methods found in the literature. Second, we first implemented an updated method based on genetic algorithms to solve the temporal partitioning problem in an FPGA circuit using dynamic reconfiguration. This method provides good solutions in a reasonable running time. Then, we improved our previous MGAA approach to obtain a new approach called MGA (Multithreaded Genetic Algorithm), which allows us to provide solutions to the partitioning problem. In addition, we have also proposed an algorithm based on simulated annealing, called MSA (Multithreaded Simulated Annealing). These two proposed approaches which are based on metaheuristic methods provide approximate solutions within a reasonable time period to the scheduling and partitioning problems on a heterogeneous computing system

Le vol et la contrefaçon touchent toutes les sphères industrielles de nos sociétés. En particulier, les produits électroniques représentent la deuxième catégorie de produits la plus concernée par ces problèmes. Parmi les produits électroniques les plus touchés, on retrouve les téléphones mobiles, les tablettes, les ordinateurs mais aussi des éléments bien plus basiques comme des circuits analogiques ou numériques et les circuits intégrés. Ces derniers sont au coeur de la plupart des produits électroniques et un téléphone mobile peut être considéré comme contrefait s’il possède ne serait-ce qu’un seul circuit intégré contrefait. Le marché de la contrefaçon de circuits intégrés représente entre 7 et 10% du marché total des semi-conducteurs, ce qui implique une perte d’au moins 24 milliards d’euros en 2015 pour les entreprises concevant des circuits intégrés. Ces pertes pourraient s’élever jusqu’à 36 milliards d’euros en 2016. Il est donc indispensable de trouver des solutions pratiques et efficaces pour lutter contre la contrefaçon et le vol de circuits intégrés. Le projet SALWARE, financé par l’Agence Nationale de la Recherche et par la Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace, a pour but de lutter contre le problème de la contrefaçon et du vol de circuits intégrés et propose l’étude et la conception de matériels salutaires (ou salwares). En particulier, l’un des objectifs de ce projet est de combiner astucieusement plusieurs mécanismes de protection participant à la lutte contre la contrefaçon et le vol de circuits intégrés, pour construire un système d’activation complet. L’activation des circuits intégrés après leur fabrication permet de redonner leur contrôle au véritable propriétaire de la propriété intellectuelle. Dans ce manuscrit de thèse, nous proposons l’étude de trois mécanismes de protection participant à la lutte contre la contrefaçon et le vol de circuits intégrés. Dans un premier temps, nous étudierons l’insertion et la détection de watermarks dans les machines à états finies des systèmes numériques synchrones. Ce mécanisme de protection permet de détecter un vol ou une contrefaçon. Ensuite, une fonction physique non-clonable basée sur des oscillateurs en anneaux dont les oscillations sont temporaires est implantée et caractérisée sur FPGA. Ce mécanisme de protection permet d’identifier un circuit grâce à un identifiant unique créé grâce aux variations du processus de fabrication des circuits intégrés. Enfin, nous aborderons l’implantation matérielle d’algorithmes légers de chiffrement par bloc, qui permettent d’établir une communication sécurisée au moment de l’activation d’un circuit intégré / Counterfeiting and theft affects all industrial activities in our society. Electronic products are the second category of products most concerned by these issues. Among the most affected electronic products, we find mobile phones, tablets, computers as well as more basic elements such as analog and digital circuits or integrated circuits. These are the heart of almost all electronic products and we can say that a mobile phone is counterfeited if it has at least one counterfeit integrated circuit inside. The market of counterfeit integrated circuit is estimated between 7 and 10% of the global semi-conductors market, which represents a loss of at least 24 billion euros for the lawful industry in 2015. These losses could reach 36 billion euros in 2016. Therefore, there is an absolute necessity to find practical and efficient methods to fight against counterfeiting and theft of integrated circuits. The SALWARE project, granted by the French "Agence Nationale de la Recherche" and by the "Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace", aims to fight against the problem of counterfeiting and theft of integrated circuitsFor that, we propose to design salutary hardwares (salwares). More specifically,we propose to cleverly combine different protection mechanisms to build a completeactivation system. Activate an integrated circuit after its manufacturing helpsto restore the control of integrated circuits to the true owner of the intellectualproperty.In this thesis, we propose the study of three different protection mechanismsfighting against counterfeiting and theft of integrated circuits. First, the insertionand the detection of watermark in the finite state machine of digital and synchronoussystems will be studied. This mechanism helps to detect counterfeit or theftparts. Then, a physical unclonable function based on transcient effect ring oscillatoris implemented and characterized on FPGA. This protection mechanism is used toidentify integrated circuit with a unique identifier created thanks to the extractionof entropy from manufacturing process variations. Finally, we discuss the hardwareimplementations of lightweight block ciphers, which establish a secure communicationduring the activation of an integrated circuit

À l'heure actuelle, les dispositifs embarqués regroupent une grande variété d'applications, ayant des fonctionnalités complexes et demandant une puissance de calcul de plus en plus importante. Ils évoluent actuellement de systèmes multiprocesseur sur puce vers des architectures many-core et posent de nouveaux défis au développement de logiciel embarqué. En effet, Il a classiquement été guidé par les performances et donc par les besoins spécifiques des plates-formes. Or, cette approche s'avère trop couteuse avec les nouvelles architectures matérielles et leurs évolutions rapprochées. Actuellement, il n'y a pas un consensus sur les environnements à utiliser pour programmer les nouvelles architectures embarquées. Afin de permettre une programmation plus rapide du logiciel embarqué, la chaîne de développement a besoin d'outils pour la mise au point des applications. Cette mise au point s'appuie sur des techniques d'observation, qui consistent à recueillir des informations sur le comportement du système embarqué pendant l'exécution. Les techniques d'observation actuelles ne supportent qu'un nombre limité de processeurs et sont fortement dépendantes des caractéristiques matérielles. Dans cette thèse, nous proposons EMBera~: une approche à base de composants pour l'observation de systèmes multiprocesseurs sur puce. EMBera vise la généricité, la portabilité, l'observation d'un grand nombre d'éléments, ainsi que le contrôle de l'intrusion. La généricité est obtenue par l'encapsulation de fonctionnalités spécifiques et l'exportation d'interfaces génériques d'observation. La portabilité est possible grâce à des composants qui, d'une part, ciblent des traitements communs aux MPSoCs, et d'autre part, permettent d'être adaptés aux spécificités des plates-formes. Le passage à l'échelle est réussi en permettant une observation partielle d'un système en se concentrant uniquement sur les éléments d'intérêt~: les modules applicatifs, les composants matériels ou les différents niveaux de la pile logicielle. Le contrôle de l'intrusion est facilité par la possibilité de configurer le type et le niveau de détail des mécanismes de collecte de données. L'approche est validée par le biais de différentes études de cas qui utilisent plusieurs configurations matérielles et logicielles. Nous montrons que cette approche offre une vraie valeur ajoutée dans le support du développement de logiciels embarqués. / Embedded software development faces new challenges as embedded devices evolve from Multiprocessor Systems on Chip (MPSoC) with heterogeneous CPU towards many-core architectures. The classical approach of optimizing embedded software in a platform-specific way is no longer applicable as it is too costly. Moreover, there is no consensus on the programming environments to be used for the new and rapidly changing embedded architectures. MPSoC software development needs debugging tools. These tools are based on observation techniques whose role is to gather information about the embedded system execution. Current techniques support only a limited number of processors and are highly dependent on hardware characteristics. In this thesis, we propose EMBera, a component-based approach to MPSoC observation. EMBera aims at providing genericity, portability, scalability and intrusion control. Genericity is obtained by encapsulating specific embedded features and exporting generic observation interfaces. Portability is achieved through components targeting common treatments for MPSoCs but allowing specialization. Scalability is achieved by observing only the elements of interest from the system, namely application modules, hardware components or the different levels of the software stack. Intrusion control is facilitated by the possibility to configure the type and the level of detail of data collection mechanisms. The EMBera approach is validated by different case studies using different hardware and software configurations. We show that our approach provides a real added value in supporting the embedded software development.

Ces technologies ont poussé les chercheurs à imaginer la possibilité d'automatiser et émuler les capacités de perception visuels des animaux et de l'homme lui-même. Depuis quelques décennies le domaine de la vision par ordinateur a essayé plusieurs approches et une vaste gamma d'applications a été développée avec un succès partielle: la recherche des images basé sur leur contenu, la exploration de donnés à partir des séquences vidéo, la ré-identification des objets par des robots, etc. Quelques applications sont déjà sur le marché et jouissent déjà d'un certain succès commercial.La reconnaissance visuelle c'est un problème étroitement lié à l'apprentissage de catégories visuelles à partir d'un ensemble limité d'instances. Typiquement deux approches sont utilisées pour résoudre ce problème: l'apprentissage des catégories génériques et la ré-identification d'instances d'un objet un particulière. Dans le dernier cas il s'agit de reconnaître un objet ou personne en particulière. D'autre part, la reconnaissance générique s'agit de retrouver tous les instances d'objets qui appartiennent à la même catégorie conceptuel: tous les voitures, les piétons, oiseaux, etc.Cette thèse propose un système de vision par ordinateur capable de détecter et suivre plusieurs objets dans les séquences vidéo. L'algorithme pour la recherche de correspondances proposé se base sur les matrices de covariance obtenues à partir d'un ensemble de propriétés des images (couleur et texture principalement). Son principal avantage c'est qu'il utilise un descripteur qui permet l'introduction des sources d'information très hétérogènes pour représenter les cibles. Cette représentation est efficace pour le suivi d'objets et son ré-identification.Quatre contributions sont introduites dans cette thèse.Tout d'abord cette thèse s'intéresse à l'invariance des algorithmes de suivi face aux changements du contexte. Nous proposons ici une méthodologie pour mesurer l’importance de l'information couleur en fonction de ses niveaux d’illumination et saturation. Puis, une deuxième partie se consacre à l'étude de différentes méthodes de suivi, ses avantages et limitations en fonction du type d'objet à suivre (rigide ou non rigide par exemple) et du contexte (caméra statique ou mobile). Le méthode que nous proposons s'adapte automatiquement et utilise un mécanisme de commutation entre différents méthodes de suivi qui considère ses qualités complémentaires. Notre algorithme se base sur un modèle de covariance qui fusionne les informations couleur-texture et le flot optique (KLT) modifié pour le rendre plus robuste et adaptable face aux changements d’illumination. Une deuxième approche se appuie sur l'analyse des différents espaces et invariants couleur à fin d'obtenir un descripteur qui garde un bon équilibre entre pouvoir discriminant et robustesse face aux changements d'illumination.Une troisième contribution porte sur le problème de suivi multi-cibles ou plusieurs difficultés apparaissent : la confusion d'identités, les occultations, la fusion et division des trajectoires-détections, etc.La dernière partie se consacre à la vitesse des algorithmes à fin de fournir une solution rapide et utilisable dans les applications embarquées. Cette thèse propose une série d'optimisations pour accélérer la mise en correspondance à l'aide de matrices de covariance. Transformations de mise en page de données, la vectorisation des calculs (à l'aide d'instructions SIMD) et certaines transformations de boucle permettent l'exécution en temps réel de l'algorithme non seulement sur les grands processeurs classiques de Intel, mais aussi sur les plateformes embarquées (ARM Cortex A9 et Intel U9300). / Visual recognition is the problem of learning visual categories from a limited set of samples and identifying new instances of those categories, the problem is often separated into two types: the specific case and the generic category case. In the specific case the objective is to identify instances of a particular object, place or person. Whereas in the generic category case we seek to recognize different instances that belong to the same conceptual class: cars, pedestrians, road signs and mugs. Specific object recognition works by matching and geometric verification. In contrast, generic object categorization often includes a statistical model of their appearance and/or shape.This thesis proposes a computer vision system for detecting and tracking multiple targets in videos. A preliminary work of this thesis consists on the adaptation of color according to lighting variations and relevance of the color. Then, literature shows a wide variety of tracking methods, which have both advantages and limitations, depending on the object to track and the context. Here, a deterministic method is developed to automatically adapt the tracking method to the context through the cooperation of two complementary techniques. A first proposition combines covariance matching for modeling characteristics texture-color information with optical flow (KLT) of a set of points uniformly distributed on the object . A second technique associates covariance and Mean-Shift. In both cases, the cooperation allows a good robustness of the tracking whatever the nature of the target, while reducing the global execution times .The second contribution is the definition of descriptors both discriminative and compact to be included in the target representation. To improve the ability of visual recognition of descriptors two approaches are proposed. The first is an adaptation operators (LBP to Local Binary Patterns ) for inclusion in the covariance matrices . This method is called ELBCM for Enhanced Local Binary Covariance Matrices . The second approach is based on the analysis of different spaces and color invariants to obtain a descriptor which is discriminating and robust to illumination changes.The third contribution addresses the problem of multi-target tracking, the difficulties of which are the matching ambiguities, the occlusions, the merging and division of trajectories.Finally to speed algorithms and provide a usable quick solution in embedded applications this thesis proposes a series of optimizations to accelerate the matching using covariance matrices. Data layout transformations, vectorizing the calculations (using SIMD instructions) and some loop transformations had made possible the real-time execution of the algorithm not only on Intel classic but also on embedded platforms (ARM Cortex A9 and Intel U9300).

De nombreux systèmes numériques nécessitent des primitives de cryptographie asymétrique de plus en plus performantes mais aussi robustes aux attaques et peu coûteuses pour les applications embarquées. Dans cette optique, la cryptographie sur courbe hyperelliptique (HECC) a été proposée comme une alternative intéressante aux techniques actuelles du fait de corps finis plus petits. Nous avons étudié des cryptoprocesseurs HECC matériels performants, flexibles et robustes contre certaines attaques physiques. Tout d’abord, nous avons proposé une nouvelle architecture d’opérateurs exécutant, en parallèle, plusieurs multiplications modulaires (A × B) mod P, où P est un premier générique de quelques centaines de bits et configurable dynamiquement. Elle permet le calcul de la grande majorité des opérations nécessaires pour HECC. Nous avons développé un générateur d’opérateurs, distribué en logiciel libre, pour l'exploration de nombreuses variantes de notre architecture. Nos meilleurs opérateurs sont jusqu'à 2 fois plus petits et 2 fois plus rapids que les meilleures solutions de l'état de l'art. Ils sont aussi flexibles quant au choix de P et atteignent les fréquences maximales du FPGA. Dans un second temps, nous avons développé des outils de modélisation et de simulation pour explorer, évaluer et valider différentes architectures matérielles pour la multiplication scalaire dans HECC sur les surfaces de Kummer. Nous avons implanté, validé et évalué les meilleures architectures sur différents FPGA. Elles atteignent des vitesses similaires aux meilleures solutions comparables de l’état de l’art, mais pour des surfaces réduites de moitié. La flexibilité obtenue permet de modifier lors de l'exécution les paramètres des courbes utilisées. / Many digital systems require primitives for asymmetric cryptography that are more and more efficient but also robust to attacks and inexpensive for embedded applications. In this perspective, and thanks to smaller finite fields, hyperelliptic curve cryptography (HECC) has been proposed as an interesting alternative to current techniques. We have studied efficient and flexible hardware HECC cryptoprocessors that are also robust against certain physical attacks. First, we proposed a new operator architecture able to compute, in parallel, several modular multiplications (A × B) mod P, where P is a generic prime of a few hundred bits and configurable at run time. It allows the computation of the vast majority of operations required for HECC. We have developed an operator generator, distributed in free software, for the exploration of many variants of our architecture. Our best operators are up to 2 times smaller and twice as fast as the best state-of-the-art solutions. They are also flexible in the choice of P and reach the maximum frequencies of the FPGA. In a second step, we developed modeling and simulation tools to explore, evaluate and validate different hardware architectures for scalar multiplication in HECC on Kummer surfaces. We have implemented, validated and evaluated the best architectures on various FPGA. They reach speeds similar to the best comparable solutions of the state of the art, but for halved surfaces. The flexibility obtained makes it possible to modify the parameters of the curves used during execution.

Les besoins de nouveaux services dans les rames ferroviaires ( le comptage, l’efficience énergétique, le confort et la sécurité des passagers etc.), risquent de saturer à terme les systèmes de communication filaires mis en place il y a une vingtaine d’années. Les réseaux de capteurs sans fil, par leurs avantages (déploiement facile, capacité à s’adapter à plusieurs types d’environnements, faible consommation d’énergie), ouvrent de nombreuses perspectives pour les systèmes de gestion énergétique. Le but de ce travail de thèse est d’étudier et mettre en oeuvre un réseau de capteurs sans fil à l’intérieur des trains pour l’efficience énergétique. Ainsi, quelques protocoles de communication dédiés à la gestion énergétique ont été présentés puis une étude comparative des différents réseaux de communication sans fil réalisée. Cette étude comparative a permis de faire le choix du réseau ZigBee comme étant le plus adéquat pour la plateforme. L’architecture hybride proposée permet l’utilisation du réseau IP existant comme colonne vertébrale de l’ensemble des réseaux ZigBee. Afin de tenir compte de l’effet de l’environnement ferroviaire dans la planification et le déploiement du réseau, une étude du canal de propagation, basée sur des mesures réalisées dans un métro et un wagon de RER a été menée. L’impact de la coexistence entre le ZigBee et le WiFi et de la présence humaine sur la communication du réseau sans fil a été démontré. Le prototype d’une plateforme basée sur le réseau ZigBee allant de la collecte des données à l’affichage des informations a été réalisé et testé. / The need of new services in railway trains (services for metering, energy efficiency, the comfort and safety of users etc.) may eventually saturate the wired communication systems installed since twenty years ago years. The several advantages of wireless sensor networks (easy deployment, ability to adapt on different environments and low energy consumption) offer many possibilities for energy management systems. The aim of this thesis is to study and implement a wireless network sensors inside trains for energy efficiency. Thus, some communication protocols dedicated to energy management were presented and then a comparative study of the various wireless communication networks carried out. This comparative study shows that the ZigBee network is the most suitable for the platform. The proposed hybrid architecture allows the use of the existing IP network as the backbone of all ZigBee networks. In order to take into account the effect of the railway environment in the planning and deployment of the network, a study of the propagation channel was carried out, based on measurements realized in a subway and a RER car. The impact of the coexistence between ZigBee and WiFi and of the human presence on wireless communication have been demonstrated. The prototype of a platform based on the ZigBee network, allows data collection, informations traitement and monitoring, was carried out.

La peau est un organe capable de se régénérer et de cicatriser. Elle constitue la première barrière de protection de notre organisme contre les agressions physico-chimiques extérieures. Depuis plusieurs décennies des recherches ont été menées pour maîtriser la culture du derme pour plusieurs applications telles que la greffe des grands brulés. L’aspect technologique de ce domaine a fait l’objet de plusieurs travaux. Dans les années 2000, l'équipe de notre laboratoire a proposé la méthode de culture du derme associée à des microsystèmes en silicium. C’est l’unique méthode actuelle qui permet la mesure des forces isométrique du derme équivalent lors de sa culture.Dans une première étude, nous avons proposé des nouvelles méthodes de mesure des forces isométriques qui s’exercent dans des peaux reconstruites en culture entre deux lames de silicium afin de fabriquer un bio-dispositif miniaturisé à faible coût. Ainsi, les dimensions optimales ont été calculées et des nouvelles lames ont été fabriquées. L’optimisation que nous avons retenue est relative à l’amélioration de la sensibilité de la mesure des forces. Afin de quantifier le fléchissement de lames due aux forces isométriques appliquées par le derme en culture, nous avons opté pour la mesure des déplacements des lames sous l’effets des forces isométriques, à l’aide d’ondes acoustiques de surface (SAW). Ce choix se justifie par la simplicité de l’intégration des transducteurs interdigités qui génèrent les ondes acoustiques, de la possibilité d’utiliser une interrogation sans fils et la réalisation physique de l’intercorrélation des ondes générées.A l’aide de simulation nous avons identifié les déformations des ondes et les écarts de fréquence qu’elles provoquent. En effet, la dissymétrie de la courbe d’intercorrélation des signaux transmis et reçus, par les transducteurs interdigités, est intiment liée à l’écart de fréquence de l’onde reçue. Nous avons démontré que le fléchissement engendre bien la dissymétrie dans l’axe du temps qui peut être mesurée plus précisément dans les limites d‘échantillonnage. Deux démonstrateurs sont modélisés et fabriqués dans la salle blanche afin de valider l’instrumentation et le principe de transduction d’un signal chirpé avec une onde acoustique de surface. Les résultats obtenus montrent que la méthode de mesure à l’aide d’une onde acoustique nous permet de faire de mesure de force mais dans une gamme d’intensité plus élevée que celle attendue. Par la suite, nous avons étudié la méthode de mesure de forces par les capteurs à base de piézorésistances. Sachant que la technique est basée sur la variation de résistivité du matériau déformé, nous avons décidé de replacer les grilles de lame prévue pour l’accrochage du derme en culture par le matériau piézorésistif implanté sur les micro poutres. Afin d’améliorer la résolution de détection de faibles forces une série de calcul et de simulations de la position et les dimensions du matériau piézorésistif et des micropoutres sont effectués et présentés. Une autre étude que nous avons menée en parallèle concerne le développement d’une instrumentation embarquée permettant de suivre la croissance du derme en culture basé sur un système de vision. Vu les conditions strictes de notre cahier de charges qui exigeait la portabilité et l’autonomie de système final, nous avons prévu le développement d’un système de vision embarqué basé sur un module de caméra et une carte FPGA. La caméra à haute définition montée sur le système de boite de culture finale avec un objectif permet de prendre des images de fluorescences des cellules en culture. / The skin is an organ which can regenerate and heal. It is the first shield of protection of our body against external physico-chemical aggression. For several decades, researches have been conducted to control the dermis culture for several applications such as grafting large burns. The technological aspect of this area has been the subject of several works. In the 2000s, the team of our laboratory proposed the dermis culture method associated with silicon microsystems. This is the only current method that allows the measurement of isometric forces of the equivalent dermis during its culture.In a first stage of study, in order to produce a miniaturized and low-cost bio-device, we proposed new methods to measure isometric forces in reconstructed skins in culture between two silicon beams. Thus, the optimal dimensions were calculated and new beams were fabricated. The chosen optimization is related to improve the sensitivity of the force measurement. To quantify the deflection of the beams due to the isometric forces applied by the dermis in culture, we opted for the measurement of the displacements of the beams under the influence of the isometric forces by using surface acoustic waves (SAW). This choice is justified by the simplicity of the integration of the interdigital transducers (IDT) that generate the SAW, the possibility of using a wireless interrogation and the physical realization of the cross-correlation of the generated waves.Using simulation, we have identified the frequency deviations caused by wave deformations. Indeed, the dissymmetry of the cross-correlation curve of the signals generated and received by IDT is closely related to the frequency deviation of the received wave. We have evidenced that the beam deflection generates the dissymmetry in the time axis which can be measured more precisely within the limits of sampling. Two demonstrators were designed and manufactured in the clean room to validate the instrumentation and the principle of transducing a chirped signal with a SAW. The obtained results show that the proposed SAW-based force measuring method allows us to measure force, but in a higher intensity range than expected. Subsequently, we studied the method of force measurement by piezoresistors. Considering that the technique is based on the variation of resistivity of the deformed material, we decided to replace the silicon grids provided for the attachment of the dermis in culture by the piezoresistive material implanted on the silicon micro-beams. To improve the low-resolution detection, a series of calculations and simulations of the positions and the dimensions of the piezoresistive material and the micro-beams have been carried out and presented. Another study that we conducted in parallel concerns the development of an on-board instrumentation to monitor the growth of the dermis in culture based on a vision system. Considering of the strict conditions of our specifications that required the portability and autonomy of the final system, we developed an embedded vision system based on a camera module and a FPGA card. The high definition camera mounted on the system of final culture box with a lens allows to take fluorescence images of cells in culture.

Cette thèse aborde différents aspects de la conception d'un réseau de télécommunications. Un tel réseau utilise des technologies hétérogènes : liens antennes-satellites, radio, fibres optiques ou bien encore réseaux embarqués dans un satellite. Les problématiques varient en fonction de la partie du réseau considérée, du type de requêtes et de l'objectif. Le cas des requêtes de type paquets est abordé dans le cadre des réseaux en forme de grille, mais le thème principal est le routage de requêtes de type connections (unicast et multicast). Les objectifs considérés sont : la conception d'un réseau embarqué dans un satellite de télécommunication, de taille minimum et tolérant des pannes de composants; le dimensionnement des liens d'un réseau afin qu'il supporte des pannes corrélées ou qu'il offre une bonne qualité de service, ou s'il autorise des connections {\em multicast}; le dimensionnement de la taille des buffers d'un réseau d'accés radio; et l'optimisation de l'utilisation des ressources d'un réseau dynamique orienté connections. Dans tous ces cas la problématique du routage de connections est centrale. Mon approche consiste à utiliser la complémentarité de techniques algorithmique et d'optimisation combinatoire ainsi que d'outils issus de la théorie des graphes tels la pathwidth et des notions reliées -process number, jeux de captures et treewidth-, différents types de coloration -impropre et pondérée, proportionnelle, directed star colouring-, les graphes d'expansion et des techniques de partitions telle la quasi partition.

La problématique de cette thèse se tient à l'interface des domaines scientifiques de l'adéquation algorithme architecture, des systèmes de vision bio-inspirée en robotique mobile et du traitement d'images. Le but est de rendre un robot autonome dans son processus de perception visuelle, en intégrant au sein du robot cette tâche cognitive habituellement déportée sur un serveur de calcul distant. Pour atteindre cet objectif, l’approche de conception employée suit un processus d'adéquation algorithme architecture, où les différentes étapes de traitement d'images sont analysées minutieusement. Les traitements d'image sont modifiés et déployés sur une architecture embarquée de façon à respecter des contraintes d'exécution temps-réel imposées par le contexte robotique. La robotique mobile est un sujet de recherche académique qui s'appuie notamment sur des approches bio-mimétiques. La vision artificielle étudiée dans notre contexte emploie une approche bio-inspirée multirésolution, basée sur l'extraction et la mise en forme de zones caractéristiques de l'image. Du fait de la complexité de ces traitements et des nombreuses contraintes liées à l'autonomie du robot, le déploiement de ce système de vision nécessite une démarche rigoureuse et complète d'exploration architecturale logicielle et matérielle. Ce processus d'exploration de l'espace de conception est présenté dans cette thèse. Les résultats de cette exploration ont mené à la conception d'une architecture principalement composée d'accélérateurs matériels de traitements (IP) paramétrables et modulaires, qui sera déployée sur un circuit reconfigurable de type FPGA. Ces IP et le fonctionnement interne de chacun d'entre eux sont décrits dans le document. L'impact des paramètres architecturaux sur l'utilisation des ressources matérielles est étudié pour les traitements principaux. Le déploiement de la partie logicielle restante est présenté pour plusieurs plate-formes FPGA potentielles. Les performances obtenues pour cette solution architecturale sont enfin présentées. Ces résultats nous permettent aujourd'hui de conclure que la solution proposée permet d'embarquer le système de vision dans des robots mobiles en respectant les contraintes temps-réel qui sont imposées.

Je présente dans ce document mes résultats de recherche sur la conception sûre de systèmes embarqués sûrs. La première partie concerne la répartition automatique de programmes synchrones. Le caractère automatique de la répartition apporte un réel degré de sûreté dans la conception de systèmes répartis car c'est la partie la plus délicate de la spécification qui est automatisée. Grâce à cela, l'absence d'inter-blocage et l'équivalence fonctionnelle entre le programme source centralisé et le programme final réparti peuvent être formellement démontrées. La deuxième partie traite le sujet de l'ordonnancement et de la répartition de graphes de tâches flots-de-données sur des architectures à mémoire répartie, avec contraintes de tolérance aux fautes et de fiabilité. Je présente principalement des heuristiques d'ordonnancement statique multiprocesseur avec pour but la tolérance aux fautes et la fiabilité des systèmes, mais également l'utilisation de méthodes formelles telles que la synthèse de contrôleurs discrets ou les transformations automatiques de programmes. Enfin, la troisième partie concerne les autoroutes automatisées, avec deux volets : la commande longitudinale de véhicules autonomes et les stratégies d'insertion dans les autoroutes automatisées.