Présentée et soutenue par : Directeur(s) de Thèse : Rapporteurs

Mme Badache, M Christian, Fraboul Jean
2016 unpublished
Remerciements Je tiens à remercier en premier lieu mon directeur de thèse, Christian Fraboul, ainsi que mes encadrants, Jean-Luc Scharbarg et Katia Jaffres-Runser, sans qui je n'en serais certainement pas là. Merci pour leur patience, leur enthousiasme et leur confiance. Je suis très reconnaissante envers Emmanuel Grolleau, Professeur à l'ISAE-ENSMA et membre du LIAS de Poitiers, et Alexandre Caminada, Professeur à l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard et membre du SET, d'avoir
more » ... pté d'être les rapporteurs de cette thèse. Je remercie également Benoît Viaud, Responsable du pôle Aero de Artal Technologies d'avoir accepté de faire partie du jury. Je leur transmets toute ma gratitude pour leurs commentaires constructifs et les perspectives ouvertes lors des discussions qui ont suivi la soutenance de la thèse. Merci à Katia et Emmanuel de m'avoir écoutée, soutenue et "adoptée" pendant ses années de thèse. Merci à Yamine pour les discussions qui m'ont permise de voir les choses avec philosophie. Je remercie l'ensemble du personnel de l'IRIT, avec une attention particulière pour Sylvie Eichen et Sylvie Armengaud-Metche qui ont toujours été disponibles pour m'aider à gérer les formalités administratives. Encore merci à toutes les deux pour leur bonne humeur et leur efficacité. Une pensée pour tous les membres de l'équipe IRT et toutes les personnes avec qui j'ai partagé des cafés, des repas, des fous rires, des petites et grandes soirées et des moments précieux : Emmanuel, Andès-Luc, Gentian, Julien, Riadh, Béatrice; mes camarades et maintenant amis JB, Renaud, Clément, Aziz, Emilie, Cécile, Guigui, Farouk, Bouchra, Adnan, Xiaoting . Je remercie les toulousains, la dream team de la bonne humeur, des sorties au lac et des barbecues au soleil: ChristophE, Yvan, Adrien, Emilie, Marj, Sandra, Pierre, Magalie, Ren, Thomas, Edd. Aux "colocs", qui ont pris soin de moi pendant ses années de thèse, couplées à un boulot à temps plein. Vous avez su me rendre heureuse avec du Saint Nectaire, du pain maison, des repas de rois, des moments de toute beauté et un soutien sans faille. Je vous remercie infiniment. Une pensée particulière à Barbara, ma bb, ma chtimi pour son amour et son amitié en or. J'espère t'avoir dans ma vie pour toujours. À mes amis de toujours, Sanaa, Katsu, Amel, Manel, Nassiba , Houda. Vous êtes les meilleures! Je ne peux terminer sans remercier de tout coeur ma famille, en particulier mes parents pour leur soutien et leurs encouragements ainsi que mes frères, Sami, Réda et Djallil, qui m'ont poussée i Abstract The evolution of real-time embedded systems architectures to modular architectures has introduced more functionality through the use of distributed computers and communication interfaces and standardized service. We focus in this thesis on Integrated modular avionics architectures (IMA) standardized in ARINC 653 and ARINC 664 standard Part 7. This development has introduced new design challenges, among others, with respect to applying timing constraints mandatory for the proper functioning of such systems. The design of a modular system is an integration problem under constraints which features some difficult issues (design, spatial and temporal resource allocation). These difficulties advocate for the implementation of scalable integration and design tools. The design of such tools is the purpose of this thesis. We are interested primarily in the allocation of timing resources to the global distributed system. In particular, we determine the execution time of distributed embedded functions that guarantee the application timing constraints and offer a high degree of scalability of the system, given a distribution of avionics functions on the computers. Our approach takes into account the temporal upper-bounded variability of the communication network. The first contribution of this thesis is the formulation of the problem of integration of an IMA system in a multi-criteria optimization problem with timing constraints. For a distribution of avionics functions to computers, execution periods of IMA partitions are sought in order to ensure freshness and non-loss of transmitted data. Among all temporary allocations satisfying the timing constraints, we perform a multi-criteria search that optimizes both the load of calculators and temporal margin in the network. These two criteria facilitate a future extension of the proposed architecture. The second contribution of this thesis is the proposal of two multi-criteria search heuristics adapted to our problem. Note that the number of valid temporary allocations grows exponentially with the number of modules and partitions hosted on them. We offer two multi-criteria optimization algorithms: (i) EXHAUST, optimal exhaustive search algorithm, (ii) TABOO an approximation algorithm based on the Tabu metaheuristic. For both algorithms, the cardinality of the problem is reduced by a local optimization phase for each module, made possible by the linearity of the two selected optimization metrics. This first local optimization step helps to solve medium size problems to optimility using EXHAUST. We show that for larger systems, the TABOO algorithm is a very good candidate because it extracts satisfactory solutions in a reasonable time while testing a limited number of valid allocations. These two heuristics are applied to an IMA system example. The analysis of the solutions obtained allows us to highlight the quality of Pareto-optimal solutions obtained by both algorithms. They have the sought characteristics of scalability and concurrent load minimization and network margin maximization. Our latest contribution lies in a detailed analysis of the trade-off solutions obtained using EXHAUST and TABOO. The analysis highlights different classes of Pareto-optimal solutions with different compromises between the load of the system and the network margin. The knowledge of these solutions allows the system integrator to choose a solution among solution classes that offer the compromise between the search criteria and network load margin.
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