Syst

1
Systèmes temporisés et hybrides
2
Membres

• Eugene Asarin, Prof. UJF (-2003)
• Thao Dang, CR CNRS
• Goran Frehse, MdC UJF (2006-)
• Oded Maler, DR CNRS
• Christophe Rippert, MdC UJF (2005-)
• Stavros Tripakis, CR CNRS (-2005)
• Sergio Yovine, DR CNRS

3
Doctorants

• Abdelkarim Kerbaa
• Ismail Assayad
• Ramzi Ben Salah
• Christos Sofronis
• Alexandre Donze
• Scott Cotton
• Moez Krichen
• Tarik Nahhal
• Dejan Nickovic
• Gillaume Salagnac
• Colas Le Guernic
• Aldric Degorre

• Thèses soutenues
• Yasmina Abdeddaim, 2002
• Moez Mahfoudh, 2002
• Gerardo Schneider, 2002
• Marcelo Zanconi, 2004
• Adrian Curic, 2005

4
Domaines principaux de recherche

• Vérification, synthèse, test et surveillance
  pour les systèmes hybrides
• Méthodes efficaces pour lanalyse des systèmes
  temporisés
• Techniques avancées pour le développement des
  systèmes embarqués

5
Systèmes hybrides généralités

• Systèmes hybrides modèles de systèmes à
  dynamique continue et discrète
• Automates hybrides combinaison des automates et
  déquations différentielles
• Concepts, théories, algorithmes et outils pour
  aider au développement et analyse de tels
  systèmes
• Exporter des idées venant de linformatique vers
  des disciplines de génie et de sciences plus
  physiques (y compris la biologie)

6
Systèmes hybrides calcul datteignabilité
7
Systèmes hybrides résultats principaux

• Systèmes PCD Caractérisation complète de la
  dynamique sur le plan Asarin, Yovine, Schneider
• Systèmes linéaires une amélioration énorme en
  performance, calcul détats atteignables pour
  systèmes en 200 dimensions en utilisant des
  zonotopes Le Guernic, Girard, Maler
• Systèmes non-linéaires
• Hybridisation approximation des systèmes
  non-linéaires par systèmes affines par morceaux
  (Asarin, Dang, Girard)
• Équations algébriques g(x,x)0 (Dang)
• Techniques spécialisées pour systèmes bilinéaires
  x axbuxcu et multi-affines x1x1x2x32x1u
  (Asarin, Dang)
• Réduction de dimensions
• Abstraction par projection considérer des
  variables continus comme des entrées incertaines
  (Asarin, Dang)

8
Systèmes hybrides applications et outils

• Validation des systèmes de commande, par exemple
  contrôleurs automobiles (Dang)
• Vérification de petits circuits analogiques
  (Dang, Donze, Maler, Frehse)
• Analyse de réseaux biochimiques (Asarin, Dang)
• Implantation de notre outil d/dt, distribué
  gratuitement, et ayant des utilisateurs actifs
  aux USA(5), Allemagne(4), France(3), Pays Bas,
  Italie, Russie, Chine, Brésil.

9
Systèmes hybrides test

• Pour des systèmes trop grands la verif est
  remplacée par la simulation
• Couverture de la partie atteignable despace des
  états par un nombre fini des trajectoires
• Combinaison de la recherche guidée et aléatoire
  inspirée par la planification des chemins en
  robotique (Dang, Nahhal)
• synthèse de contrôleur optimal par exploration
  intelligente des trajectoires (Donzé)

10
Systèmes hybrides monitoring

• Formalismes pour la spécification de propriétés
  temporisées et hybrides (expressions régulières
  temporisées, logique temporelle des signaux)
• Nouveaux résultats théoriques à propos des
  logiques temps réel (Maler, Nickovic, Pnueli)
• Génération automatique de testeurs qui observent
  la sortie des simulateurs numériques et détectent
  la violation dune propriété

11
Vérification légère (monitoring)

• Langage de spécification des propriétés de
  signaux analogiques et mixtes
• Génération automatique des observateurs de
  propriétés
• Un outil prototype déjà appliqué au modèle de
  mémoire FLASH
• Projet PROSYD (Maler, Nickovic)
• La base pour lextension future (AMS) du standard
  PSL

12
Systèmes hybrides évaluation

• Parmi les fondateurs et leaders mondiaux dans le
  domaine
• Participation à la création de la série HSCC des
  colloques internationaux (100-150 participants),
  membre du comité du pilotage (chaire 2003-2006).
• Co-chaire du CP pour HSCC03 (Prague)
• Organisation dun atelier sur la vérification des
  circuits analogiques (Edinburgh 05)
• Organisation dun colloque sur la commande, le
  calcul et la biologie (Santa Barbara 06, 100
  participants)
• Coordination des projets européens VHS
  (Verification of Hybrid Systems) et CC (Control
  and Computation) projets européens principaux
  dans le domaine

13
Systèmes temporises généralités
14
Systèmes temporisés résultats principaux

• Un cadre pour la modélisation et la résolution
  des problèmes dordonnancement dynamique sous
  incertitude (Abdeddaim, Asarin, Bozga, Maler)
• Techniques dabstraction pour composants
  temporisés et circuits (BenSalah, Bozga, Maler).
  
• Amélioration dalgorithme de vérification pour
  les automates temporises en exploitant la
  convexité (BenSalah, Bozga, Maler)
• Développement dun solveur SAT performant pour
  difference logic (Cotton)
• Plusieurs résultats théoriques fondamentaux

15
Systèmes temporises évaluation

• VERIMAG est parmi les pionniers de la verif
  temporisée (KRONOS Sifakis, Yovine, , Tripakis,
  , Bozga)
• Création et comité du pilotage de FORMATS (depuis
  2003, 50-70 participants).
• Organisation des colloques TPTS02 et
  FORMATS/FTRTFT04
• Coordination scientifique du projet IST AMETIST
• Compréhension pluri-disciplinaire de
  lordonnancement
• Solveur SAT pour difference logic parmi les
  meilleurs au monde

16
Collaborations internes

• Équipe DCS Marius Bozga (analyse des systèmes
  temporisés), Saddek Bensalem (observation et
  planification)
• Équipe Synchrone Paul Caspi (contrôle,
  génération du code pour systèmes embarqués)

17
Collaborations externes

• Grenoble LMC, LAG, INRIA, ST
• France LIAFA, LSV, LIF, ILOG
• Europe Weizmann, ETHZ, Lund, CWI, Aalborg,
  Nijmegen, Trento, Graz, MPI, IBM
• Monde CMU, Penn, NYU, Berkeley, INTEL

18
Publications
19
Projets
20
Sommaire

• Plusieurs domaines dapplication en dehors de
  linformatique peuvent bénéficier de la
  modélisation dans une sémantique propre,
  accompagnée par des algorithmes efficaces
• Deux obstacles
• Barrière du langage entre théoriciens et
  ingénieurs investir plus en simplification des
  présentations et se rapprocher de leur
  terminologie
• Passage à léchelle on doit pouvoir résoudre
  avec nos méthodes propres au moins des problèmes
  de même taille que ceux que peuvent résoudre les
  méthodes ad-hoc. Cest là lessentiel de nos
  efforts

21
Plans pour lavenir

• Étendre le calcul datteignabilité à des classes
  importantes de systèmes non-linéaires
  applications aux circuits analogiques et en
  biologie
• Intégration de nos outils (vérification,
  monitoring, synthèse) dans une chaîne unifiée
  (besoin dun ingénieur)
• Appliquer nos techniques dordonnancement aux
  nouvelles architectures multi-processeur (ST,
  Intel)
• Continuer le développement du solveur SAT étendu
  (projet avec ILOG) comme un outil majeur de
  calcul hybride

22
Implantation guidée par les contraintes
logicielles, matérielles et de lenvironnement

• Problématique Complexité croissante au niveau
  logiciel et matériel
• Croissance soutenue du logiciel (e.g., SoC code
  140 / an vs gates 50 / an)
• Langages haut niveau et RTOS (e.g., Java VM,
  mémoire dyn., multithreading)
• Architectures complexes (e.g., Wasabi (Philips,
  HDTV), IXP2800 (Intel, NP))
• Incertitude (e.g., temps dexécution variable,
  environnement non déterministe)
• Etat de lart Absence dapproche complète
   généraliste 
• Dépendantes de la plate-forme
• Modèle dexécution fixe
• Pas de synthèse de code
• Pas de support pour contraintes quantitatives,
  architecturales,
• Approche Synthèse dimplantations guidée par
  lapplication
• Propriétés quantitatives (contraintes, exigences,
  QoS, )
• Propriétés du support physique
• Propriétés liées a la logique des applications

23
Résultats marquants

• Synthèse de code temporisé séquentiel avec
  ordonnanceur vérifié pour programmes Esterel avec
  temps dexécution variable interagissant avec
  environnements asynchrones temporisés IEEE
  Proc03
• Outil précompétitif compilateur Esterel (FTRD)
  KRONOS (V.)
• Point fort Code embarquable exécuté à la
  vérification
• Applications Alcatel GSM radio, FTRD mobile
  phone prototype, PATH AVCS
• Synthèse de code natif (C noyau dexécution)
  temporisé multithread avec ordonnanceur
  synthétisé pour des programmes Java utilisant le
  profile Real Time Spécification for Java (RTSJ)
  EMSOFT02-03,ECRTS03,ASE04
• Outil précompétitif compilateur Java (Silicomp)
  noyau TR (Aonix/Thales) synthèse (V.)
• Points forts
• Méthodologie de synthèse automatique
  dordonnanceur efficace (90 de réduction)
• Implémentation efficace des ordonnanceurs sur OS
  testé sur eCos et FastOS (Thalès)
• Applications cas détude Thalès, bras de robot

24
Nouvelle équipe / Travaux en cours

• Equipe
• Permanents (2) S. Yovine (DR CNRS), Ch. Rippert
  (MdC ENSIMAG)
• Thésards (2) I. Assayad (BDI CNRS), G. Salagnac
  (BDI Région Rhône-Alpes)
• Ingénieurs contractuels (4) F-X. Defaut, Ch.
  Nakhli, W. Redrovan, M. Zanconi
• Synthèse dimplantations avec gestion de mémoire
  dynamique prédictible
• Quantification polynomiale paramétrée de la
  mémoire allouée FTfJP05,JOT06
• Xylophone Synthèse de gestionnaire mémoire en
  régions AIOOL05,ICOOOLPS06
• Passage à léchelle (testé sur application Thalès
  Avionics)
• Intégré avec JITS VM (JavaCard, Lille), en cours
  dintégration dans Sun HotSpot
• Implantation de logiciels multithread sur
  architectures multiprocesseurs
• Jahuel Framework de génération de code (langage
  de spec/outil) DFMA05,ICFEM05
• Traçabilité des décisions dimplantation,
  extensible et re-ciblable
• Prototype intégré avec technologie de compilation
  FlexCC2 (ST)
• Applications IPv4, PATH AVCS, MPEG-4, AER/NCA
• P-Ware Framework de modélisation/simulation
  logiciel/matériel IES06
• Simulation (niveau TLM) rapide (jusquà 6 105
  cycles/sec) et précise (5-20 )
• Applications IPv4 s/ Intel IXP2800 NP, MPEG-4
  encoder s/ Philips Wasabi/Cake NoC

25
Bilan et perspectives

• Production scientifique
• Articles 13 conférences, 2 journaux
• Thèses 2 soutenues, 2 en cours / Autres 3
  DEA, 1 DESS, 2 CNAM
• Logiciels 2 prototypes précompétitifs aboutis,
  3 prototypes académiques en cours de
  développement
• Coopérations fluides, dynamiques et productives
• Internationales Université de Buenos Aires (1
  thèse et plusieurs stagiaires en co-tutelle en
  cours, plusieurs projets et articles communs,
  école ARTIST2 de printemps Argentine 2007)
• Nationales LIFL Lille, G. Grimaud, ICPS
  Strasbourg, Ph. Clauss (intégration doutils)
• Laboratoire groupe de travail sur BIP (DCS)
• Industrielles ST (forte, projets en cours
  MEDEA NEVA, Minalogic SCEPTRE), Thalès
  (naissante)
• Visibilité
• Systèmes temporisés Reconnue (As.Ed. FMSD, PC
  conf., jurys, éval. projets, )
• Gestion de la mémoire dynamique Naissante
  (revues darticles, séminaires invités, )
• Analyse systèmes multiprocesseurs En gestation
  avec forte coopération industrielle (ST)
• Directions de travail
• Framework de modélisation, analyse et synthèse de
  code intégrant Jahuel / P-Ware / BIP(DCS)
• Méthodologie et outillage orientés au
  développement dapplications Java embarquées