<p>In the field of embedded computer and communication systems, the demands for the </p><p>interconnection networks are increasing rapidly. To satisfy these demands much advancement has </p><p>been made at the chip level as well as at the system level and still the research works are going </p><p>on, to make the interconnection networks more flexible to satisfy the demands of the real-time </p><p>applications. </p><p> </p><p>This thesis mainly focuses on the interconnection between the nodes in an embedded system via a </p><p>reconfigurable backplane. To satisfy the project goals, an algorithm is written for the </p><p>reconfigurable topology that changes according to the given traffic specification like throughput. </p><p>Initially the connections are established between pairs of nodes according to the given throughput </p><p>demands. By establishing all the connections, a topology is formed. Then a possible path is </p><p>chosen for traversing the data from source to destination nodes. Later the algorithm is </p><p>implemented by simulation and the results are shown in a tabular form. Through some application </p><p>examples, we both identify problems with the algorithm and propose an improvement to deal </p><p>with such problems.</p>

In the field of embedded computer and communication systems, the demands for the interconnection networks are increasing rapidly. To satisfy these demands much advancement has been made at the chip level as well as at the system level and still the research works are going on, to make the interconnection networks more flexible to satisfy the demands of the real-time applications. This thesis mainly focuses on the interconnection between the nodes in an embedded system via a reconfigurable backplane. To satisfy the project goals, an algorithm is written for the reconfigurable topology that changes according to the given traffic specification like throughput. Initially the connections are established between pairs of nodes according to the given throughput demands. By establishing all the connections, a topology is formed. Then a possible path is chosen for traversing the data from source to destination nodes. Later the algorithm is implemented by simulation and the results are shown in a tabular form. Through some application examples, we both identify problems with the algorithm and propose an improvement to deal with such problems.

High-performance reconfigurable computing has demonstrated its potential to accelerate demanding computational applications. Thus, the current trend is towards combining the microprocessor with the power of reconfigurable hardware in embedded system research area. However, integrating hardware and software that is the interface of communication is challenging. In this thesis, we present a methodology flow to improve the cohesion between hardware and software for reconfigurable embedded system design through IRES (I-link for Reconfigurable Embedded System), Hardware-Software integration platform. In IRES, we set up the platform and produce the Executor through I-link (Hardware-Software Integration Link). The Executor consists of tasks and hardware bitstreams which are provided by user design, bootloader and operation system which are provided by system, and PSPs (Program Segment Prefix) which are from the files given above. We initial the system through bootloader which will scan the PSPs of Executor to construct Task Control Block (TCB), Hardware Control Block (HCB) and Netlist IP Information Block (NIB) data structure. User can get the hardware information from those data structures, and communicate with hardware by using simple functions like ¡§read()¡¨ and ¡§write()¡¨. Then, the system transmits the data to and from multi-hardware through Hardware Management Unit (HMU) which also has data buffering ability. Finally, we successfully accomplish IRES Hardware-Software integration platform in HSCP, which is developed in our laboratory, and verify the feasibility of communication between hardware and software.

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Le milieu plasma correspond au 4ème état de la matière présentant une permittivité diélectrique complexe qui peut être exploitée pour les systèmes de communication. Sa permittivité négative a été étudiée dans de nombreux travaux de recherche démontrant que le plasma peut avoir des caractéristiques similaires à celles d'un métal en termes de conductivité électrique. En considérant une perméabilité positive, le plasma peut ainsi réagir de la même manière qu'un métal en présence d'une onde électromagnétique. Cette thèse a pour objectif de démontrer que le plasma est une alternative au métal pour la réalisation d'antennes reconfigurables. La première partie du travail concerne la caractérisation du milieu plasma en utilisant des sources plasma commerciales à savoir des lampes à Néon. Cette caractérisation est primordiale afin de pouvoir ensuite simuler ce type de source. La seconde partie des recherches a concerné la conception et la réalisation d'antennes plasma reconfigurables en rayonnement et ceci à la fréquence de 2.4 GHz. Le premier concept est un réflecteur circulaire et le second un réflecteur à angle droit tous les deux réalisés à partir de différentes lampes à Néon et illuminés par une antenne source monopole. Le réflecteur circulaire permet de dépointer le faisceau d'antennes sur 360° alors que le réflecteur à angle droit permet de reconfigurer le faisceau rayonnant et de passer d'un faisceau directif à deux faisceaux avec un creux dans l'axe. Ces dispositifs rayonnants innovants basés sur des lampes à Néon ont été validés expérimentalement et les résultats de mesure (S11 et rayonnement) sont en bonne adéquation avec les résultats de simulation. Ces deux types d'antennes réflecteurs possèdent également de bons résultats en termes de gain, ce qui valide l'utilisation et la caractérisation des lampes plasma de commerce utilisées. Dans la troisième partie du travail, ce même type de lampe à néon a été utilisé pour concevoir cette fois un élément rayonnant excité par couplage capacitif. La réalisation d'un prototype à permis de démontrer la faisabilité d'une telle source rayonnante. Enfin, la dernière partie des recherches concerne une étude de la Surface Equivalente Radar des antennes réflecteur conçues précédemment. L'étude a démontré que ces antennes réflecteurs plasma présentent des SER largement inférieures lorsqu'elles sont éteintes ainsi qu'à fréquence haute (8 GHz) comparativement à celles d'antennes métalliques équivalentes ce qui en fait des antennes furtives d'un point de vue radar. / Plasma is the 4th state of matter with complex permittivity that can be exploited to give advantages in communication system. Its negative permittivity has been studied in many research papers and it was proven to have similar characteristics as metal material in terms of electrical conductivity. While keeping permeability in the positive region, plasma will respond to electromagnetic waves in the similar manner as metal. Therefore, this thesis aimed to use plasma as an alternative to metal in the construction of reconfigurable antennas. The first part of this thesis is dedicated to characterize a plasma model based on the commercially available plasma source. Since there are many type of plasma source in terms of their electrical properties and physical shapes, it is important to characterize a particular plasma source so that it can be modeled in simulations to construct other types of plasma antennas. The second part presents the realization of plasma reflector antennas. Two types of plasma reflector antennas have been simulated, fabricated and measured at 2.4 GHz. The first one is are round reflector antenna (RRA) and the second one is corner reflector antenna (CRA). The performances of RRA have been validated and it was proven to provide beam shaping and beam scanning capability. The measured radiation patterns are in a good agreement with simulation ones. The capability of RRA is exceptional since it can steer its main beam from 0° up to 360°. Moreover, the scanning gain remains the same as the main beam is being moved from one direction to another. The CRA that has been introduced in this thesis is a novel design since it integrates two corner-reflector antennas on a single ground plane. The CRA offers three beam shapes which are electrically switchable from one shape to another. The CRA was simulated, fabricated and finally its performances were validated throughout a series of agile measurements. The measured reflected radiation patterns are in good agreements with the simulation ones. The measured gains of the RRA and CRA are 5 dB higher than the gain of classical monopole antenna with an identical size of finite ground plane. The fourth part deals with plasma as radio waves radiator. Two plasma antennas using commercially available U-shaped compact fluorescent lamp (CFL) have been fabricated and measured and it was proven that these antennas can be to radiate radio signal. The last part discusses about radar cross section performance of the plasma reflector antennas. The two plasma reflector antennas (RRA and CRA) were tested and measured for their RCS performance.

Le plasma est le quatrième état de la matière avec une permittivité complexe qui peut être exploitée pour donner des avantages aux systèmes de communications. Entre autres, une permittivité négative lui permet d'avoir des caractéristiques similaires aux matériaux métalliques en termes de conductivité électrique. Depuis de nombreuses années, les antennes plasma ont été étudiées en raison de leur capacité à être conductrices ou transparentes vis-à-vis des ondes électromagnétiques. Le principal avantage de l'utilisation d'antennes à base de plasma au lieu d'éléments métalliques est qu'elles permettent un contrôle électrique plutôt que mécanique. Par conséquent, cette thèse vise à utiliser le plasma comme une alternative au métal dans la construction des antennes reconfigurables. La première partie de cette thèse est consacrée à l'état de l'art sur l'utilisation du milieu plasma dans les systèmes de communications. Une lampe fluorescente spirale utilisée comme une cage de Faraday afin de protéger des antennes est présentée dans la deuxième partie. Deux types d'antennes (patch et monopôle) fonctionnant à 2,45 GHz sont placés à l'intérieur de cette lampe spirale. La troisième partie se focalise sur les réseaux d'antennes utilisant des tubes plasma pour reconfigurer l'ouverture du diagramme de rayonnement dans le plan H. Deux types de réseaux d'antennes sont étudiés : le premier est un réseau de patches imprimés et le second est un réseau d'antennes à fentes permettant de supporter des hautes puissances. La quatrième partie traite l'utilisation du plasma comme élément rayonnant. Deux antennes plasma (monopole et dipôle) utilisant une lampe fluorescente disponible dans le commerce ont été étudiées. Tous les systèmes antennaires présents dans cette thèse ont été simulés, fabriqués et mesurés. / Plasma is the 4th state of matter with complex permittivity that can be exploited to give advantages in communication systems. Its negative permittivity allows to have similar characteristics as metal material in terms of electrical conductivity. Since many years, plasma antennas have been studied due to their ability to be conductor or transparent for electromagnetic waves. The main advantage of using plasma antennas instead of metallic ones is that they allow electrical control rather than mechanical one. Therefore, this thesis aimed to use plasma as an alternative to metal in the design of reconfigurable antennas. The first part of this thesis is dedicated to the state of the art on plasma in communication systems in order to protect antennas. The second part presents the use of plasma spiral lamp as Faraday Shield effect. Two types of antennas (patch and monopole) operating at 2.45 GHz are placed inside this plasma spiral lamp. The third part discusses about reconfigurable antennas using plasma tubes and in order to reconfigure the half-power-beam-width of the radiation pattern in H plane. Two types of antenna array have been studied: The first one is a printed patches antenna array and the second one is a slotted antenna array allowing high power utilization. The fourth part deals with plasma as radiating element. Two plasma antennas using commercially available fluorescent lamp have been studied. All the antenna systems presented in this thesis have been simulated, manufactured and measured.

Les applications embarquées ont besoin de plus en plus de puissance de calcul et doivent être déployées sur des architectures spécifiques pour assurer les contraintes non-fonctionnelles du système. Ces architectures peuvent être composées d'unités de calcul hétérogènes, comme des processeurs ou des accélérateurs matériels. Cette hétérogénéité rend le déploiement d'applications de plus en plus complexe, notamment avec l'apparition de circuits reconfigurables dynamiquement. Un des verrous majeurs à ce déploiement réside dans la gestion des communications entre les parties statiques et dynamiques des applications.Le verrou adressé dans cette thèse concerne la gestion des communications entre les blocs fonctionnels de l'application répartis de manière statique en logiciel et de manière dynamique en matériel. Pour faciliter le déploiement des applications existantes et à venir, notre approche s'appuie sur deux contributions complémentaires : une méthodologie de conception basée sur le raffinement progressif d'acteurs flot-de-données, et un middleware distribué assurant les communications entre les acteurs une fois ceux-ci déployés sur la plateforme.Nous avons validé ces concepts sur une application dynamique de suivi de cible en traitement d'images.Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la virtualisation des communications au sein de la plateforme pour faire communiquer les parties matérielles et logicielles de l'application de manière transparente. Nos contributions ont permis d'aboutir à un démonstrateur opérationnel dans le cadre du projet FOSFOR. / Applications require more computing power and need to be implemented on specific architectures to ensure the non-functioning constraints of the system. These architectures can be composed of heterogeneous processing units, such as processors or hardware accelerators. This heterogeneity makes the deployment of applications on such architectures increasingly complex, especially with the emergence of dynamically reconfigurable devices. One of the hardest obstacles to this deployment is to manage the communication between the static parts and the dynamic ones of the applications.This thesis deals with the communication management issue between the application functional blocks, ones being statically implemented in software, and the others dynamically in hardware. In order to facilitate the deployment of existing applications and those to come, our approach relies on two complementary contributions: a methodology of conception based on the progressive refinement of data-flow actors, and a distributed middleware ensuring the communication between the actors deployed on the platform.These concepts have been validated on a dynamic tracking target application relying on image processing. In this context, we were interested in the virtualization of the communication within the platform in order to allow the communications between the software and the hardware parts of the application in a transparent way. Our contributions permits us to achieve an operational demonstrator in the frame of the FOSFOR project.

L'émergence de nouveaux systèmes de radar et de télécommunication nécessite des antennes adaptables en temps réel. Les antennes reconfigurables permettent de répondre à ce besoin par le biais d'une reconfiguration en fréquence, en polarisation ou en diagramme de rayonnement. En outre, les switchs MEMS sont des composants particulièrement attrayants pour reconfigurer une antenne car ils consomment peu et ont de faibles niveaux de pertes. La thèse porte sur l'intégration de MEMS dans une antenne spirale ultra large bande; les objectifs étant : • maitriser l'intégration de MEMS packagés dans une antenne ; • reconfigurer la spirale pour rejeter les fréquences en dehors de la bande utile ; • réaliser des prototypes et effectuer des validations expérimentales. Le mécanisme de rayonnement d'une spirale a été étudié pour identifier les possibilités de reconfiguration de l'élément rayonant. L'une d'elles a été étudiée et mise en œuvre en ajoutant des éléments au cœur de l'antenne spirale. Des antennes spirales avec et sans mécanismes de reconfiguration ont été réalisées et testées. L'antenne de base (sans résonateurs) présente des caractéristiques particulièrement intéressantes : fonctionnement sur la bande 4-20 GHz, gain relativement important de 5 à 9 dBi, et une faible épaisseur de 3.5 mm. La réjection obtenue en simulation s'est avérée difficile à prouver expérimentalement du fait des difficultés d'intégration de MEMS packagés sur l' antenne. / The evolution of radar and telecommunication systems needs antennas, which are able to adapt their performances in real time. Reconfigurable antennas can provides such characteristics through a reconfiguration of the frequency of operation, the polarisation or the radiation patterns. Besides, MEMS switches present attractive assets for reconfiguring a radiating element as they consume low power and have low losses. The thesis is about the integration of MEMS within an ultra wide band spiral antenna. The objectives of the thesis are: • To master the integration of packaged MEMS in an antenna • To reconfigure the spiral antenna for the achievement of a band rejection • To manufacture some prototypes and carry out experimental validations The radiation property of the spiral antenna has been studied. A reconfiguration of the spiral, which consists of inserting added elements within the radiating structure, has been investigated and applied. Spiral antennas with and without the reconfiguration mechanism have been manufatured and tested. The basic spiral antenna (without the reconfiguration mechanism) presents interesting properties: ultra wide band characteristics from 4 to 20 GHz, a relatively high gain of 5 to 9 dBi, and a low profile thickness of 3.5 mm. In practice, the achieved rejection has been difficult to prove due to the difficulties related to the integration of the packaged MEMS.

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