centre de competences
systèmes embarqués critiques
Quel que soit le domaine industriel, la plupart des fonctions assurées par les systèmes embarqués dépendent d'architectures de calcul et de communication complexes et performantes, exploitant les dernières technologies en matière de conception de puces et de mise en réseau.
Dans ce contexte, nous relevons le défi sans cesse renouvelé d'exploiter ces technologies de manière efficace et sûre, c’est-à-dire en maximisant l’usage des ressources disponibles, en minimisant l'effort de développement et en assurant le niveau de sûreté requis.
Dans ce but, nous menons des recherches selon trois axes principaux :
- Le temps réel, pour garantir que les services seront fournis dans un délai maîtrisé ;
- La co-conception matériel/logiciel, la concurrence et la distribution, pour garantir que les capacités de traitement du matériel seront exploitées efficacement ;
- La sûreté de fonctionnement, pour garantir que le système se comportera comme prévu, avec le niveau approprié de fiabilité et de disponibilité en présence de défaillances physiques ou intentionnelles.
Nous proposons notre expertise sur les différents éléments impliqués dans une architecture de calcul, incluant les unités de traitement (SoCs, FPGAs, GPUs, accélérateurs de réseaux neuronaux...), les systèmes d'exploitation temps réel, les hyperviseurs, les réseaux de communication et les outils/technologies utilisés pour construire un code exécutable à partir d'un modèle (un programme C, un modèle d'apprentissage automatique).
Domaines R&T
CALCUL EN TEMPS REEL
Nous réalisons nos recherches pour répondre à un double objectif.
D'une part, nous devons fournir les plateformes de calcul à haute performance répondant aux nouveaux besoins induit, notamment, par la recherche d’une plus grande autonomie des systèmes.
D'autre part, nous devons maîtriser la complexité inhérente à ces plateformes afin de fournir des services fiables et apporter les justifications requises par les autorités de certification.
Une activité fondamentale du développement de la plupart des systèmes embarqués est la démontration du respect des contraintes temporelles. Cependant, avec les composants modernes très complexes conçus pour fournir des performances très élevées en moyenne, cette démonstration est devenue très complexe.
Face à ce problème, notre centre de compétences explore depuis plusieurs années des méthodes et des outils permettant de garantir le respect des propriétés temporelles. Nos recherches abordent les multiples dimensions du problème du déterminisme temporel : de l'analyse temporelle des processeurs commerciaux à la conception d'architectures de processeurs déterministes, en passant par l'utilisation de modèles de calcul déterministes.
ARCHITECTURES INFORMATIQUES FIABLES
Dans le domaine spatial, le déploiement de très grandes constellations de satellites de petite taille et de faible coût repose sur l'utilisation de composants sur étagère (COTS) de haute performance. Or, ces composants ne sont pas conçus pour un environnement spatial soumis à de hauts niveaux de radiations.
Dans ce contexte, nous proposons des architectures pour la mise en œuvre de stratégies FDIR (Fault Detection Isolation and Recovery) permettant de tolérer les effets de ces radiations (SEUs, MBUs, etc.). Cela inclut, par exemple, la conception d'architectures d’IPs FPGA tolérantes aux fautes. Nous développons également les moyens de modélisation et d'évaluation pour estimer la disponibilité de l'architecture résultante afin d'en effectuer, par exemple, l’analyse du compromis disponibilité/coût.
COMMUNICATIONS PREVISIBLES DANS LE TEMPS
Un système embarqué comprend généralement une pluralité de capteurs, d'actionneurs et d’unités de traitement interconnectés via un ou plusieurs réseaux de communication, dont les caractéristiques temporelles jouent un rôle essentiel dans le service rendu par le système. Couvrant un large éventail de cas d'utilisation et d'objectifs de performance, la norme TSN (Time-Sensitive Network) vise à remplacer de nombreuses technologies de mise en réseau existantes et spécifiques à un domaine.
Dans ce contexte, nous soutenons et accompagnons les industriels pour comprendre la norme, en définir le sous-ensemble adapté à leurs besoins et en évaluer la performance, la fiabilité et, plus généralement, les capacités de son implémentation. Nos activités de recherche couvrent également la configuration des réseaux TSN, l'estimation de la limite supérieure des latences de bout en bout et l'analyse des capacités de synchronisation.
Ces travaux sont soutenus par une plateforme d'évaluation représentative des architectures cibles réelles et des moyens de génération de trafic, permettant d'évaluer différentes configurations TSN. Ce domaine de recherche est étroitement lié à ceux du Calcul en Temps Réel et des Architectures Informatiques Fiables.
EMBARQUABILITE ET VERIFICATION DES APPLICATIONS DE MACHINE LEARNING
Dans ce domaine de recherche, notre objectif est d’aider les industriels à trouver des solutions efficaces et sûres pour le déploiement d'algorithmes d'apprentissage automatique sur des plateformes embarquées. À cette fin, nous exploitons conjointement nos compétences en matière d’architectures temps-réel haute-performance et celles apportées par le centre de compétence "IA pour les systèmes critiques".
Nous mettons en œuvre nos expertises en matière d'algorithmes d'apprentissage automatique, de chaînes d'outils de déploiement et de plateformes matérielles. Nos recherches s’intéressent aussi à la définition et la formalisation des activités de Vérification et de Validation des systèmes intégrant des algorithmes d'apprentissage automatique, à l'aide de techniques d'ingénierie système basée sur des modèles et cas d'assurance.
Notre offre
- Support pour l'analyse des propriétés de timing des architectures logicielles, matérielles et de communication
- Support pour le déploiement optimal d'algorithmes d'apprentissage automatique sur des cœurs de traitement, des GPU, des FPGA, etc.
- Plateforme pour l'évaluation de la solution de déploiement de l'apprentissage automatique pour les systèmes embarqués
- Analyse des standards de communication TSN, support pour la configuration des réseaux TSN
- Plateforme d'évaluation des réseaux TSN
- Guides méthodologiques
- Rapports de thèses, publications scientifiques, présentations à des conférences
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