Cette thèse s’inscrit dans le contexte des systèmes embarqués qui sont qualifiés de complexes car leur développement nécessite une expertise pluridisciplinaire. Une stratégie de développement s'avère incontournable pour concevoir ces systèmes. Cette complexité est encore plus sévère dans le domaine du développement des systèmes embarqués pour UAV.Nous proposons une approche de développement orientés systèmes embarqués basés COTS. Cette démarche combine plusieurs méthodes issues du génie logiciel classique que nous avons adapté aux systèmes embarqués. Nous avons appliqué cette approche pour développer un système de capteurs embarqués pour un micro-UAV à voilures fixes.Le système embarqué développé a été déployé sur un robot classique, une bicyclette et un modèle réduit d'avion. L'objectif est de valider la consistance des données capteurs, compte tenu de la disparité des dynamiques entres ces systèmes. Ces expériences ont permis de mettre en évidence des similitudes théoriques entre ces 3 dynamiques. L'objectif est de pouvoir valider des systèmes embarqués pour UAV sur des plateformes à moindre coût et à moindre complexité, tout en garantissant la consistance des données capteurs et leur interprétation par rapport aux trois plateformes. Nous avons construit, aussi, une plateforme de simulation dont l’objectif est de supporter l’approche de développement proposée. Nous avons utilisé cette plateforme pour concevoir un système de contrôle, guidage et navigation pour un UAV à voilures fixes. Ces applications montrent, ainsi, l’efficacité de l’approche de développement proposée. / This thesis tackles the problem of embedded system design, which are often qualified as complex systems because their development requires multidisciplinary expertise. A development strategy is then essential to design these systems. As an application, we focused on UAV embedded systems, which show very severe development constraints.We propose a development approach oriented COTS-based embedded systems. This approach combines several methods from classic software engineering filed that we have adapted for embedded systems. We applied this approach to develop an embedded sensors system for a micro fixed wings UAVs.The designed embedded system has been deployed on an UAV, a mobile and a bicycle. The aim is to validate the UAV embedded system using a lower cost platforms and with less complexity, while ensuring sensors data consistency and interpretation regarding the dynamic of the three platforms. These experiments highlight the theoretical similarities between those three dynamics. Furthermore, we built a simulation platform that aims to support the proposed development approach. We used this platform to design a control, guidance and navigation system for a fixed wings UAV. These applications show the effectiveness of the proposed development approach.

La présence de systèmes et d'objets embarqués communicants dans notre vie quotidienne nous a apporté une myriade d'avantages, allant de l'ajout de commodité et de divertissement à l'amélioration de la sûreté de nos déplacements et des soins de santé. Cependant, les défauts et les vulnérabilités de ces systèmes exposent leurs utilisateurs à des risques de dommages matériels, de pertes financières, et même des dommages corporels. Par exemple, certains véhicules commercialisés, qu'ils soient connectés ou conventionnels, ont déjà souffert d'une variété de défauts de conception entraînant des blessures et la mort. Dans le même temps, alors que les véhicules sont de plus en plus connectés (et dans un avenir proche, autonomes), les chercheurs ont démontré la possibilité de piratage de leurs capteurs ou de leurs systèmes de contrôle interne, y compris l'injection directe de messages sur le bus CAN.Pour assurer la sûreté des utilisateurs et des passants, il faut considérer plusieurs facteurs. La sûreté conventionnelle suggère qu'un système ne devrait pas contenir de défauts logiciels et matériels qui peuvent l'empêcher de fonctionner correctement. La "sûreté de la fonction attendue" consiste à éviter les situations que le système ou ses composants ne peuvent pas gérer, comme des conditions environnementales extrêmes. Le timing peut être critique pour certains systèmes en temps réel, car afin d'éviter des situations dangereuses, le système devra réagir à certains événements, comme l'évitement d'obstacles, dans un délai déterminé. Enfin, la sûreté d'un système dépend de sa sécurité. Un attaquant qui peut envoyer des commandes fausses ou modifier le logiciel du système peut changer son comportement et le mettre dans diverses situations dangereuses. Diverses contre-mesures de sécurité et de sûreté pour les systèmes embarqués, en particulier les véhicules connectés, ont été proposées. Pour mettre en oeuvre correctement ces contre-mesures, il faut analyser et vérifier que le système répond à toutes les exigences de sûreté, de sécurité et de performance, et les faire la plus tôt possible dans les premières phases de conception afin de réduire le temps de mise sur le marché, et éviter les reprises. Cette thèse s'intéresse à la sécurité et la sûreté des les systèmes embarqués, dans le contexte du véhicule autonome de l'Institut Vedecom. Parmi les approches proposées pour assurer la sûreté et la sécurité des les systèmes embarqués, l'ingénierie dirigée par modèle est l'une de ces approches qui couvre l'ensemble du processus de conception, depuis la définition des exigences, la conception du matériel et des logiciels, la simulation/vérification formelle et la génération du code final. Cette thèse propose une méthodologie de modélisation pour une conception sûre et sécurisée, basée sur la méthodologie SysML-Sec, qui implique de nouvelles méthodes de modélisation et de vérification. La modélisation de la sécurité est généralement effectuée dans les dernières phases de la conception. Cependant, la sécurité a un impact sur l'architecture/allocation; les décisions de partitionnement logiciel/matériel devraient être prises en fonction de la capacité de l'architecture à satisfaire aux exigences de sécurité. Cette thèse propose comment modéliser les mécanismes de sécurité et l'impact d'un attaquant dans la phase de partitionnement logiciel/matériel. Comme les protocoles de sécurité ont un impact négatif sur le performance d'un système, c'est important de mesurer l'utilisation des composants matériels et les temps de réponse du système. Des composants surchargés peuvent entraîner des performances imprévisibles et des retards indésirables. Cette thèse traite aussi des mesures de latence des événements critiques pour la sécurité, en se concentrant sur un exemple critique pour les véhicules autonomes : le freinage/réponse après la détection d'obstacles. Ainsi, nos contributions soutiennent la conception sûre et sécurisée des systèmes embarqués. / The presence of communicating embedded systems/IoTs in our daily lives have brought a myriad of benefits, from adding conveniences and entertainment, to improving the safety of our commutes and health care. However, the flaws and vulnerabilities in these devices expose their users to risks of property damage, monetary losses, and personal injury. For example, consumer vehicles, both connected and conventional, have succumbed to a variety of design flaws resulting in injuries and death. At the same time, as vehicles are increasingly connected (and in the near future, autonomous), researchers have demonstrated possible hacks on their sensors or internal control systems, including direct injection of messages on the CAN bus.Ensuring the safety of users or bystanders involves considering multiple factors. Conventional safety suggests that a system should not contain software and hardware flaws which can prevent it from correct function. `Safety of the Intended Function' involves avoiding the situations which the system or its components cannot handle, such as adverse extreme environmental conditions. Timing can be critical for certain real-time systems, as the system will need to respond to certain events, such as obstacle avoidance, within a set period to avoid dangerous situations. Finally, the safety of a system depends on its security. An attacker who can send custom commands or modify the software of the system may change its behavior and send it into various unsafe situations. Various safety and security countermeasures for embedded systems, especially connected vehicles, have been proposed. To place these countermeasures correctly requires methods of analyzing and verifying that the system meets all safety, security, and performance requirements, preferably at the early design phases to minimize costly re-work after production. This thesis discusses the safety and security considerations for embedded systems, in the context of Institut Vedecom's autonomous vehicle. Among the proposed approaches to ensure safety and security in embedded systems, Model-Driven Engineering is one such approach that covers the full design process, from elicitation of requirements, design of hardware and software, simulation/formal verification, and final code generation. This thesis proposes a modeling-based methodology for safe and secure design, based on the SysML-Sec Methodology, which involve new modeling and verification methods. Security modeling is generally performed in the last phases of design. However, security impacts the early architecture/mapping and HW/SW partitioning decisions should be made based on the ability of the architecture to satisfy security requirements. This thesis proposes how to model the security mechanisms and the impact of an attacker as relevant to the HW/SW Partitioning phase. As security protocols negatively impact performance, it becomes important to measure both the usage of hardware components and response times of the system. Overcharged components can result in unpredictable performance and undesired delays. This thesis also discusses latency measurements of safety-critical events, focusing on one critical to autonomous vehicles: braking as after obstacle detection. Together, these additions support the safe and secure design of embedded systems.

En raison de la complexité croissante des systèmes automobiles embarqués, la sûreté de fonctionnement est devenue un enjeu majeur de l’industrie automobile. Cet intérêt croissant s’est traduit par la sortie en 2011 de la norme ISO 26262 sur la sécurité fonctionnelle. Les défis auxquelles sont confrontés les acteurs du domaine sont donc les suivants : d’une part, la conception de systèmes sûrs, et d’autre part, la conformité aux exigences de la norme ISO 26262. Notre approche se base sur l’application systématique de l’injection de fautes pour la vérification et la validation des exigences de sécurité, tout au long du cycle de développement, des phases de conception jusqu’à l’implémentation. L’injection de fautes nous permet en particulier de vérifier que les mécanismes de tolérance aux fautes sont efficaces et que les exigences non-fonctionnelles sont respectées. L’injection de faute est une technique de vérification très ancienne. Cependant, son rôle lors de la phase de conception et ses complémentarités avec la validation expérimentale, méritent d’être étudiés. Notre approche s’appuie sur l’application du modèle FARM (Fautes, Activations, Relevés et Mesures) tout au long du processus de développement. Les analyses de sûreté sont le point de départ de notre approche, avec l'identification des mécanismes de tolérance aux fautes et des exigences non-fonctionnelles, et se terminent par la validation de ces mécanismes par les expériences classiques d'injection de fautes. Enfin, nous montrons que notre approche peut être intégrée dans le processus de développement des systèmes embarqués automobiles décrits dans la norme ISO 26262. Les contributions de la thèse sont illustrées sur l’étude de cas d’un système d’éclairage avant d’une automobile. / Due to the rising complexity of automotive Electric/Electronic embedded systems, Functional Safety becomes a main issue in the automotive industry. This issue has been formalized by the introduction of the ISO 26262 standard for functional safety in 2011. The challenges are, on the one hand to design safe systems based on a systematic verification and validation approach, and on the other hand, the fulfilment of the requirements of the ISO 26262 standard. Following ISO 26262 recommendations, our approach, based on fault injection, aims at verifying fault tolerance mechanisms and non-functional requirements at all steps of the development cycle, from early design phases down to implementation. Fault injection is a verification technique that has been investigated for a long time. However, the role of fault injection during design phase and its complementarities with the experimental validation of the target have not been explored. In this work, we investigate a fault injection continuum, from system design validation to experiments on implemented targets. The proposed approach considers the safety analyses as a starting point, with the identification of safety mechanisms and safety requirements, and goes down to the validation of the implementation of safety mechanisms through fault injection experiments. The whole approach is based on a key fault injection framework, called FARM (Fault, Activation, Readouts and Measures). We show that this approach can be integrated in the development process of the automotive embedded systems described in the ISO 26262 standard. Our approach is illustrated on an automotive case study: a Front-Light system.

L’évolution actuelle des systèmes embarqués à bord des systèmes complexes (avions,satellites, navires, automobiles, etc.) les rend de plus en plus vulnérables à des attaques,en raison de : (1) la complexité croissante des applications ; (2) l’ouverture des systèmes vers des réseaux et systèmes qui ne sont pas totalement contrôlés ; (3) l’utilisation de composants sur étagère qui ne sont pas développés selon les méthodes exigées pour les systèmes embarqués critiques ; (4) le partage de ressources informatiques entre applications, qui va de pair avec l’accroissement de puissance des processeurs. Pour faire face aux risques de malveillances ciblant les systèmes embarqués, il est nécessaire d’appliquer ou d’adapter les méthodes et techniques de sécurité qui ont fait leurs preuves dans d’autres contextes : Méthodes formelles de spécification, développement et vérification ;Mécanismes et outils de sécurité (pare-feux, VPNs, etc.) ; Analyse de vulnérabilités et contre-mesures. C’est sur ce dernier point que portent nos travaux de thèse.En effet, cet aspect de la sécurité a peu fait l’objet de recherche, contrairement aux méthodes formelles. Cependant, il n’existe pas actuellement de modèle formel capable de couvrir à la fois des niveaux d’abstraction suffisamment élevés pour permettre d’exprimer les propriétés de sécurité désirées, et les détails d’implémentation où se situent la plupart des vulnérabilités susceptibles d’être exploitées par des attaquants : fonctions des noyaux d’OS dédiées à la protection des espaces d’adressage, à la gestion des interruptions et au changement de contextes, etc. ; implémentation matérielle des mécanismes de protection et d’autres fonctions ancillaires. C’est sur ces vulnérabilités de bas niveau que se focalise notre étude.Nos contributions sont résumées par la suite. Nous avons proposé une classification des attaques possibles sur un système temps-réel. En nous basant sur cette classification,nous avons effectué une analyse de vulnérabilité sur un système réaliste : une plateforme avionique expérimentale fournie par Airbus. Il s’agit d’un noyau temps-réel critique ordonnancé avec plusieurs autres applications, le tout exécuté sur une plateforme Freescale QorIQ P4080. C’est à travers une application dite « malveillante », présente parmi l’en-semble des applications, que nous essayons de modifier le comportement des autres applications ou du système global pour détecter des vulnérabilités. Cette méthode d’analyse de vulnérabilités a permis de détecter plusieurs problèmes concernant les accès mémoire,la communication entre applications, la gestion du temps et la gestion des erreurs qui pouvaient conduire à la défaillance du système global. Enfin, nous avons proposé des contre-mesures spécifiques à certaines attaques et des contre-mesures génériques pour le noyau temps-réel qui permet d’empêcher une application d’obtenir des accès privilégiés ou encore de perturber le comportement du système. / Security is becoming a major concern for embedded computing systems in variouscritical industrial sectors (aerospace, satellites, automotive, etc.). Indeed, recent trendsin the development and operation of such systems, have made them more and morevulnerable to potential attacks, for the following reasons : 1) increasing complexity of theapplications ; 2) openness to applications and networks that are note completely undercontrol ; 3) Use Commercial-Off-The-Shelf (COTS) hardware and software components ;4) Resource sharing among different applications, driven by the increase of processorscapabilities.To improve the security of such systems, it is necessary to apply or adapt methodsand techniques that have proven their efficiency in other contexts : Formal methods forspecification, development and verification ; Security mechanisms and tools (firewalls,VPNs, etc.) ; Vulnerability assessment and countermeasure provision.The research carried out in this thesis adresses the latter technique. This aspect ofsecurity analysis cannot be easily covered by current formal methods, since no exist-ing model is able to cover both high-level abstractions, where security properties canbe defined, and low-level implementation details, where most vulnerabilities that couldbe exploited by attackers lie : OS kernel implementation of address space protection,interrupt management, context switching, etc. ; hardware implementation of protectionmechanisms and other ancillary functions. Very few research projects are addressing thisaspect of security, which is the main objective of this thesis. In particular, our researchfocuses on low-level vulnerabilities, but contrarily with common practice, we aim todiscover and analyze them during the development process.Our contributions are summarized as follows. We elaborated a classification of low-level vulnerabilities for different implementations of real-time embedded systems. Basedon this classification, we carried out a vulnerability analysis study on a realistic system :An experimental avionic platform provided by Airbus. It consists of a critical real-timekernel scheduling the execution of different applications on a freescale QorIQ P4080platform. The identification and analysis of vulnerabilities is carried out based on a“malicious” application hosted on the platform that attempts to corrupt the behavior ofthe other applications or the global system considering different types of low level attacks.Such experiments allowed us to identify some problems related to the management ofmemory accesses, the communication between applications, time management and errorhandling that could lead to the global system failure.We have also proposed genericcounter measures to protect the real-time kernel against specific attacks, and to preventa given application from escalating its privileges or trying to compromise the systembehavior

Les besoins en ressources CPU dans l'automobile sont en constante augmentation. Le standard de développement logiciel AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) - développé au sein d'un consortium regroupant des fabricants de véhicules et des sous-traitants - offre désormais la possibilité de s'orienter vers de nouvelles architectures : les microcontrôleurs multicœur. Leur introduction au sein des systèmes embarqués critiques apporte un lot de problèmes allant à l'encontre des objectifs de sûreté de fonctionnement ISO 26262. Par exemple, le parallélisme des cœurs impose de maîtriser l'ordonnancement pour respecter les contraintes de dépendance entre les tâches, et le partage des données intercœur doit être effectué en assurant leur cohérence. Notre approche s'articule en deux volets. Pour vérifier les contraintes de dépendance entre les tâches, les exigences sur les flots de données sont utilisées pour synthétiser des moniteurs à l'aide de l'outil Enforcer. Un service de vérification en ligne utilise ces moniteurs (injectés dans le noyau du système d'exploitation) pour vérifier le comportement du système. Enfin, pour maîtriser le partage des données intercœur, nous proposons une alternative aux protocoles bloquants. Le protocole wait-free STM-HRT (Software Transactional Memory for Hard Real-Time systems), est conçu sur les principes des mémoires transactionnelles afin d'améliorer la robustesse des systèmes.

Cette thèse aborde la problématique de la décision partagée homme-robot dans une perspective de résolution interactive de problème à laquelle prennent part l'homme et le robot. Le robot et l'homme poursuivent des objectifs communs et doivent déterminer ensemble les moyens de les réaliser (les capacités et les compétences de chacun étant différentes). Les questions à traiter concernent ce partage des rôles, le partage d'autorité dans l'exécution d'une tche (prise d'initiative), les connaissances à exhiber afin que l'un et l'autre puissent jouer un rôle optimal dans la résolution du problème commun. Nous avons développé un planificateur de tâche nommé HATP (Human Aware Task Planner). Ce planificateur est conçu sur la base de la planification hiérarchique qu'on a enrichie avec des règles sociales. Il permet de produire des plans qui sont socialement acceptables, c'est-à-dire des plans qui rendent lisibles les actions et les intentions du robot. Le planificateur a également la capacité de planifier pour le robot et l'humain tout en garantissant l'optimalité pour chacun d'eux. Nous nous sommes également intéressés à une approche hybride, qui mixe la planification de tâche à la planification géométrique. Cette approche permet au robot d'avoir un contrôle sur la séquence d'actions qu'il produit mais également sur la façon de la réaliser. Ce qui permet de traiter le problème de l'interaction homme-robot de manière plus fine mais également sur plusieurs niveaux.

La mémoire est considérée comme étant gloutonne en consommation d'énergie, un problème sensible, particulièrement dans les systèmes embarqués. L'optimisation globale de fonctions multimodales est également un problème délicat à résoudre du fait de la grande quantité d'optima locaux de ces fonctions. Dans ce mémoire, je présente différents nouveaux algorithmes hybrides et distribués afin de résoudre ces deux problèmes d'optimisation. Ces algorithmes sont comparés avec les méthodes classiques utilisées dans la littérature et les résultats obtenus sont encourageants. En effet, ces résultats montrent une réduction de la consommation d'énergie en mémoire d'environ 76% jusqu'à plus de 98% sur nos programmes tests, d'une part. D'autre part, dans le cas de l'optimisation globale de fonctions multimodales, nos algorithmes hybrides convergent plus souvent vers la solution optimale globale. Des versions distribuées et coopératives de ces nouveaux algorithmes hybrides sont également proposées. Elles sont, par ailleurs, plus rapides que leurs versions séquentielles respectives. / Résumé en anglais : Memory is considered to be greedy in energy consumption, a sensitive issue, especially in embedded systems. The global optimization of multimodal functions is also a difficult problem because of the large number of local optima of these functions. In this thesis report, I present various new hybrid and distributed algorithms to solve these two optimization problems. These algorithms are compared with conventional methods used in the literature and the results obtained are encouraging. Indeed, these results show a reduction in memory energy consumption by about 76% to more than 98% on our benchmarks on one hand. On the other hand, in the case of global optimization of multimodal functions, our hybrid algorithms converge more often to the global optimum solution. Distributed and cooperative versions of these new hybrid algorithms are also proposed. They are more faster than their respective sequential versions.

Les systèmes embarqués sont largement utilisés de nos jours. Pour des raisons d'efficacité, les plus contraints en termes de ressources sont toujours programmés en C et en assembleur. L'adoption de langages de plus haut niveau tels que C# ou Java offrirait plus d'abstraction au programmeur, ce qui réduirait les temps de développement et par conséquent le coût de ces systèmes. Certains d'entre eux ont déjà migré vers de tels langages, comme les téléphones mobiles ou les tablettes tactiles, mais ils sont équipés d'une grande quantité de mémoire externe et ne reflètent pas la majorité des systèmes embarqués.Cette thèse s'intéresse à l'implémentation de Java et .NET pour l'embarqué, et plus spécifiquement à la compilation efficace du polymorphisme. Ce polymorphisme génère un certain coût à l'exécution, comme des indirections dans le cas des appels de méthodes (polymorphisme d'inclusion), ou de la duplication de code dans le cas de la généricité (polymorphisme paramétrique). De nombreuses techniques d'implémentation ont été proposées, notamment pour Java. Il reste cependant à identifier lesquelles sont applicables pour le type de systèmes que nous ciblons, et à en concevoir de nouvelles pour certains aspects comme la généricité. Nous partons du principe que les techniques globales (hypothèse du monde clos) sont les mieux adaptées. Par l'analyse de types, nous détectons qu'une partie importante des programmes est monomorphe et qu'elle peut donc être compilée sans surcoût. Pour implémenter le polymorphisme restant, nous choisissons la technique la mieux adaptée au matériel cible. Nous proposons également une implémentation de la généricité qui est adaptée aux systèmes embarqués. D'après nos évaluations, l'impact négatif du polymorphisme sur l'efficacité est largement réduit. L'efficacité du code optimisé devrait s'approcher de celle du C, et les techniques que nous employons pourraient être applicables dans le contexte plus général du chargement dynamique. / Nowadays, embedded systems are ubiquitous. For efficiency reasons, most constrained systems are still programmed in C and assembly. Adopting higher-level languages such as C# or Java should enhance the level of abstraction offered to programmers and reduce development time and cost for these systems. A small part of them have migrated to such languages, like smartphones and tablet computers, but they have a large amount of external memory available and do not represent the majority of embedded systems.This thesis focuses on the implementation of Java and .NET for embedded systems, and more especially on the efficient compilation of polymorphism. Polymorphism generates an overhead at run-time, such as indirections when methods are invoked (inclusion polymorphism) or code duplication in the case of generics (parametric polymorphism). Many implementation techniques have been proposed, especially for Java. However, it remains to identify which ones are applicable in the context of low-end embedded systems. We consider that whole program optimization (closed-world assumption) is well-suited in this context. Using type analysis, we observe that most part of programs is monomorph, therefore it can be compiled with no overhead with respect to C. In order to implement the remaining polymorphism, we choose the technique which is better suited for the target hardware. We also propose an appropriate implementation of run-time generics. Our results show that the negative impact of polymorphism is mostly reduced. The efficiency of the optimized code should be comparable with C, and the techniques we employ could be applicable in the context of dynamic loading (open-world assumption).

L’accroissement continu de la complexité des systèmes embarqués pose un problème majeur pour leur développement lequel doit aussi prendre en compte les exigences extra-fonctionnelles et les contraintes du domaine telles que la limitation et le partage des ressources, la distribution, et les contraintes temporelles et de fiabilité. De ce fait, les systèmes embarqués requièrent de nouvelles solutions pouvant efficacement et de manière prévisible répondre à l’ensemble de ces besoins. L’ingénierie logicielle basée composants est un paradigme qui a déjà démontré des aptitudes pour appréhender la complexité logicielle. Cependant, pour supporter de manière efficace les propriétés extra-fonctionnelles, un modèle de composants doit posséder des mécanismes spécifiques. L’objectif de cette thèse est de construire un tel support. Pour ce faire, nous avons analysé de manière systématique des modèles de composants existants à ce jour et identifié des challenges relatifs à la réalisation d’une approche basée composants dédiée au développement des systèmes embarqués. S’appuyant sur ces challenges, nous avons avancé l’état de l’art en développant ProCom, un nouveau modèle de composants qui répond aux attentes des systèmes embarqués au travers de sa sémantique d’exécution et de sa structuration en niveaux. Centré autour de ProCom, nous avons aussi développé PRIDE, son environnement de développement intégré. PRIDE couvre le procédé de développement des premières phases de spécification jusqu’à la synthèse et le déploiement et fournit des moyens d’intégrer différents outils d’analyse et de vérification. La contribution principale de cette thèse réside dans la modélisation et la réalisation d’un support pour la gestion des propriétés extra-fonctionnelles pour les systèmes embarqués construits à base de composants logiciels. Ce support facilite la spécification, le management et l’intégration de propriétés multi-valuées tenant compte du contexte dans lequel elles ont été établies. Les propriétés peuvent être attachées aux éléments architecturaux des modèles de composants et leurs valeurs peuvent être comparées et raffinées durant le développement. En particulier, le fait d’avoir des valeurs multiples avec leur contexte d’évaluation permet de comparer des valeurs provenant de différentes sources. Les concepts proposés ont été illustrés au travers d’exemples représentatifs de systèmes. / The continuously increasing complexity of embedded systems is a major issue for their development, which, in addition, must also consider specific extra-functional requirements and constraints, such as limited and shared resources, distribution, timing, and dependability. Thus, embedded systems call for development solutions that can efficiently and predictably cope with these issues. Component-based software engineering is a proven paradigm to handle complexity. Yet, for efficiently managing extra-functional properties, a component model needs to have dedicated mechanisms that provide a suitable support for their management. The objective of this thesis is to build this support. We have performed a systematic analysis of existing component models and identified challenges of applying a component-based approach to embedded system development. Based on these challenges we have advanced the current state-of-the-art by developing a new component model, called ProCom, that accommodates the specifics of embedded systems through its well-defined execution semantics and layered structure. Centered around ProCom, we have also developed PRIDE, the ProCom Integrated Development Environment. PRIDE supports the development from early specification to synthesis and deployment, providing the means to aggregate various analysis and verification tools. The main contribution of the thesis is in the design and implementation of an extra-functional property management framework that enables to seamlessly specify, manage and integrate multi-valued context-aware extra-functional properties of component-based embedded systems. Properties can be attached to architectural elements of component models and their values can be compared and refined during the development process. In particular, having multiple context-aware values allows values from different sources to be compared. The proposed concepts have been demonstrated on several representative example systems.

Les véhicules électriques présentent désormais une alternative crédible aux véhicules équipés demoteurs à combustion interne. Ils sont plus propres et plus confortables à l’utilisation. La gestion del’énergie d’un véhicule électrique est actuellement focalisée sur le fonctionnement du moteur, principalconsommateur d’énergie, sans tenir compte du confort de l’utilisateur.Le travail présenté dans cette thèse intègre la prise en compte des préférences utilisateur au seinde la gestion de l’énergie des véhicules électriques. La contribution est réalisée par un canevas logicielnommé ORQA. Dans un premier temps, les organes du véhicule sont caractérisés par leurs besoinsénergétiques et par les niveaux de qualité de service qu’ils proposent. Un gestionnaire d’énergie estensuite intégré au système logiciel du véhicule. Il se base sur les caractéristiques des organes et propose àl’utilisateur une solution de configuration de trajet prenant en compte ses préférences d’utilisation ainsique d’éventuelles contraintes de temps et d’énergie. Cette solution définit des contraintes d’utilisationsur le moteur et les organes de confort lors du déroulement du trajet.Le gestionnaire d’énergie est exécuté au sein des systèmes embarqués du véhicule dont les platesformessont fortement contraintes. Pour satisfaire celles-ci, il est primordial de proposer une configurationefficace du gestionnaire d’énergie. L’intérêt et la validité de l’approche employée sont démontrésau travers de la comparaison entre la configuration originelle et une configuration optimisée sur deuxvéhicules exemples. / Electric vehicles are nowadays a viable alternative to vehicles built around an internal combustionengine. They offer a cleaner and more comfortable driving thanks to the electric engine. The energymanagement of an electric vehicle is usually focused on the engine operation, the biggest energyconsumer, thus ignoring the user comfort.The contribution presented in this thesis allows for the consideration of the user preferences insidethe energy management of electric vehicles. It takes shape with a framework named ORQA. First,the vehicle devices are characterised by their energy requirements and the quality levels they offer.An energy manager based on the devices characteristics is then integrated into the software systemof the vehicle. The manager offers the user a solution to configure a trip request. The configuration isbased on the usage preferences and optional constraints over duration and consumption. The solutiondefines a set of constraints on the motor and on the comfort-related devices during the trip execution.The energy manager is executed in the embedded systems of the vehicle which platforms are highlyconstrained. Thus, the energy manager’s implementation is optimised to satisfy the execution platformconstraints. The interest and the validity of the chosen approach are attested by the comparison ofthe original configuration and an optimised configuration on two example vehicles.