Réalisation d'un système d'exploitation pour l'architecture reconfigurable dynamiquement OLLAF

118 Pages·2013·3.54 MB·French

École Nationale d’Ingénieurs de Sfax
Cycle de Formation doctorale dans la discipline
Ingénierie des Systèmes Informatiques
&
Université de Cergy-Pontoise
Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie
Spécialité: Sciences et Technologies de l'Information et de la
Communication
THESE
En vue de l’obtention du
DOCTORAT
Par
Ismail KTATA
(Ingénieur Génie Electrique)
Réalisation d'un système d'exploitation pour
l'architecture reconfigurable dynamiquement
OLLAF
Soutenu le 21 Juin 2013, devant le jury composé de :
M. Nouri MASMOUDI Président
M. Abdellatif MTIBAA Rapporteur
M. Sébastien PILLEMENT Rapporteur
M. Mohamed ABID Directeur
M. Bertrand GRANADO Directeur
M. Fakhreddine GHAFFARI Examinateur
Dédicaces
A mon cher père et ma chère mère
pour toute la peine qu’ils se sont donné pour moi,
pour leur amour et leurs encouragements.
Le plaisir que j’ai de leur dédier ce travail n’arrivera nullement à compenser
leurs sacrifices qu’ils ont consentis pour m’aider à réussir.
Que Dieu vous garde en bonne santé et vous prête longue vie…
A ma femme qui m’a toujours encouragé,
acceptant tout ce temps soustrait à ma présence auprès d’elle,
Tu es une épouse exemplaire, ton affectation, ton aide et ta sympathie
sont l’essence de ma vie et le garent de ma réussite.
J’espère que tu trouve dans ce travail l’expression de mon amour sans limites.
A mon aimable fils AHMAD
pour le peu de temps que je lui ai consacré pendant mon travail.
Que Dieu te garde et te bénisse.
A mon frère, pour son amour et ses encouragements.
Qu’il puisse trouver ici tous mes sentiments de fraternité et fidélité.
A ma chère tante et sa famille qui m’ont été d’un grand soutien tout au long de
la période de ma thèse, que se soit en Tunisie mais surtout en France,
A mes beaux parents, mes beaux frères et ma belle sœur,
A toutes les familles KTATA & TURKI…
A mes amis…
A tous ceux que j’aime et qui me sont chers, je dédie ce travail
en témoignage de ma profonde gratitude et inestimable respect.
Remerciements
Je voudrais exprimer ma gratitude et mes remerciements les plus sincères à l’égard de toutes
les personnes qui m’ont aidé aussi bien par leur soutient moral que par leur savoir et savoir-faire
pour mener à bien ce travail :
Je voudrais remercier mes directeurs de thèse Mr. Mohamed ABID, Professeur à l’ENIS,
et Mr. Bertrand GRANADO, Professeur à l’UCP, pour m’avoir accueilli au sein de leurs
équipes de recherche CES & ETIS, pour m’avoir fait l’honneur d’encadrer mes travaux, pour
leurs directives fructueuses et astucieuses, pour la confiance particulière qu’ils m’ont accordé,
pour leur aides, leurs patiences et leurs dévouements durant toute la période de ma thèse. Je
tiens à remercier aussi Mr Fakhreddine GHAFFARI pour son co-encadrement, ses nombreux
conseils tout au long de cette thèse.
Mes remerciements s’adressent pareillement à Mr Nouri Masmoudi, Professeur à l’ENIS,
pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail en acceptant de me faire l’honneur de présider le jury de
ma soutenance.
Je tiens également à remercier Mr Abdellatif MTIBAA, et Mr Sébastien Pillement d’avoir
bien voulu me faire l’honneur d’être rapporteurs de ma thèse.
Mes remerciements distingués pour tous les chercheurs dans les deux laboratoires de
recherche, en particulier : Samuel, Thomas, Guy, Amel, Jad, Yamen, côté ETIS ; Kais, Mossaad,
côté CES, pour leur ambiance agréable, leur soutien et l’accueil chaleureux dont j’ai profité.
Ils ont été les meilleurs compagnons durant la période du projet et qui m’ont donné beaucoup de
soutien par leurs idées inspirées et par leurs enthousiasmes communicatifs…
ٌﻞــﺋﺎــــﻤﺷ ُﻪــْ ﻔـِ ﻨـَ ﺘــ ﻜْ َﺗ ﻢﻟ نْ إ ﻢُ ــ ﻠِْ ــﻌﻟاو
قِ ﺎـــﻔـ ﺧْ ﻹا َﺔـﱠـ ﻴـ ﻄِ ﻣَ نﺎــﻛ ﻪِـﻴِﻠـ ﻌْ ُﺗ
ُ ﻩَﺪـ ﺣْ و ﻊُ ــﻔﻨﻳ َ ﻢــ ﻠْـﻌﻟا ﻦﱠ ــﺒﺴﺤـﺗ ﻻ
قِ ﻼــــــَ ﺨـِـ ﺑ ُ ﻪـــــﱡـ ﺑر جْ ﱠﻮــــَ ﺘــــُ ﻳ ﻢـﻟ ﺎـــﻣ
ﻢﻴﻫاﺮﺑإ ﻆﻓﺎﺣ
*VerseofthepoetHafedh Ibrahim:
Neverthinkthatsciencealoneisabenefit,unlesstheowneriscrownedbythemorality
*VersdupoèteHafedh Ibrahim:
Nepensezjamaisqueseulelascienceestunavantage,àmoinsquesonpropriétairesoitcouronnéparlamorale.
Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
Table des Matières
Chapitre I. Introduction générale...........................................................................................1
1. Contexte de l’étude...........................................................................................................3
2. Problématiques de l’étude...............................................................................................5
3. Contributions....................................................................................................................6
4. Organisation du manuscrit..............................................................................................6
Chapitre II. Reconfiguration dynamique et ordonnancement temps réel : État de l’art..8
1. Introduction......................................................................................................................9
2. Les architectures reconfigurables...................................................................................9
2.1. La reconfiguration dynamique..............................................................................10
2.2. Différents niveaux de reconfiguration...................................................................12
2.2.1. Architecture reconfigurable au niveau logique................................................12
2.2.2. Architecture reconfigurable au niveau fonctionnel..........................................17
3. Les systèmes d'exploitation pour les systèmes reconfigurables.................................20
3.1. MARC.1................................................................................................................21
3.2. ReConfigME.........................................................................................................21
3.3. OS pour plateformes embarquées reconfigurables................................................22
3.4. OS4RS...................................................................................................................23
3.5. BORPH..................................................................................................................23
3.6. Discussion.............................................................................................................24
4. OLLAF : nouvelle ARD.................................................................................................25
4.1. Définitions et caractéristiques...............................................................................26
4.2. Gestion des contextes............................................................................................29
5. L'ordonnancement temps réel.......................................................................................32
5.1. Caractéristiques générales.....................................................................................33
5.2. Ordonnancement temps réel..................................................................................34
5.3. Ordonnancement pour les architectures reconfigurables......................................36
5.4. Ordonnancement d’atelier.....................................................................................37
5.5. Discussion.............................................................................................................40
6. Conclusion.......................................................................................................................41
Chapitre III. Modélisation haut niveau pour OLLAF........................................................42
i
Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
1. Introduction....................................................................................................................43
2. Approche AAA pour OLLAF.......................................................................................43
3. Approches de modélisation............................................................................................45
3.1. Techniques de modélisation existantes.................................................................46
a) Machine à états finis ou automate fini (FSM).......................................................47
b) Diagramme de flots de données, ou DFD.............................................................47
c) Réseau de Petri (Rdp)............................................................................................48
d) Réseau PERT.........................................................................................................49
3.2. Discussion.............................................................................................................50
4. Modélisation haut niveau d’une application implémentée sur OLLAF....................51
4.1. Modèle de tâche.....................................................................................................51
4.2. Modèle de présentation visuel...............................................................................53
4.3. Comparaison des modèles.....................................................................................55
5. Conclusion.......................................................................................................................59
Chapitre IV. Approche d’Ordonnancement Prédictif........................................................60
1. Introduction....................................................................................................................61
2. Caractéristiques des tâches...........................................................................................61
3. Approches d'ordonnancement sous incertitudes.........................................................62
3.1. Approche proactive...............................................................................................63
3.2. Approche réactive..................................................................................................63
3.3. Approche proactive-réactive.................................................................................64
3.4. Discussion.............................................................................................................65
4. Estimation des paramètres dynamiques......................................................................66
5. Approche d’ordonnancement proposée.......................................................................68
5.1. Phase hors ligne.....................................................................................................69
5.2. Phase en ligne........................................................................................................70
6. Conclusion.......................................................................................................................74
Chapitre V. Expérimentations & Validation.......................................................................75
1. Introduction....................................................................................................................76
2. Exemple de graphe de tâches générées aléatoirement................................................77
3. Application de vision robotique....................................................................................79
3.1. Présentation...........................................................................................................79
3.2. Modélisation..........................................................................................................81
3.3. Prédiction...............................................................................................................84
ii
Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
4. Application de synthèse 3D............................................................................................89
4.1. Présentation et modélisation..................................................................................89
4.2. Analyse de la prédiction........................................................................................89
5. Application de traitement du flux de visioconférence.................................................91
5.1. Présentation...........................................................................................................91
5.2. Analyse de la prédiction........................................................................................91
6. Conclusion.......................................................................................................................93
Conclusion générale & perspectives.....................................................................................95
Bibliographie...........................................................................................................................97
iii
Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
Liste des figures
Figure1.1. Evolution de la complexité algorithmique et de la performance des processeurs...3
Figure1.2. Projet SMILE...........................................................................................................5
Figure 2.1. Compromis Flexibilité/Performances de différents types d'architectures............10
Figure 2.2. Bloc logique de l’AT40K.....................................................................................13
Figure 2.3. Bloc logique de type Virtex..................................................................................14
Figure 2.4. Architecture d’un ALM du Stratix-II.....................................................................16
Figure 2.5. Architecture d’un cluster de DART......................................................................18
Figure 2.6. L'architecture Systolic Ring: (a) Le Dnode, (b) Couche opérative........................19
Figure 2.7. L’architecture XPP................................................................................................20
Figure 2.8. Vue globale de l’architecture OLLAF...................................................................27
Figure 2.9. Vue fonctionnelle d’un élément logique dans OLLAF.........................................28
Figure 2.10. La hiérarchie mémoire des contextes...................................................................31
Figure 2.11. Exemple de préemption dans OLLAF.................................................................31
Figure 3.1. Flot «Y » d’implantation d’une application sur l’architecture OLLAF................45
Figure 3.2. Différents types de modélisation : (a), (b), (d) utilisant des graphes (c) type
textuel.......................................................................................................................................47
Figure 3.3. Réseau de PERT....................................................................................................50
Figure 3.4. Illustration du modèle de tâches utilisé..................................................................52
Figure 3.5. Présentation des nœuds dans le modèle GMVDS.................................................53
Figure 3.6. Présentation du paramètre de temps d’exécution d'une tâche permanente dans le
modèle GMVDS.......................................................................................................................54
Figure 3.7. Présentation du paramètre des ressources dans le modèle GMVDS.....................54
Figure 3.8. Présentation des arcs dans le modèle GMVDS .....................................................55
Figure 3.9. Exemple de graphe selon le modèle GMVDS proposé.........................................56
Figure 3.10. (a) Représentation en modèle de RdP de l’exemple du figure 3.9 ; (b)
Représentation en modèle de DFD de l’exemple du figure 3.9...............................................57
Figure 3.11. Représentation en RdP de tâche à temps d’exécution variable ...........................58
Figure 4.1. Vue globale de l’approche d’ordonnancement proposée.......................................69
Figure 4.2. Exemple de tâche critique......................................................................................70
Figure 4.3. Pondération des observations précédentes.............................................................73
Figure 5.1. Hiérarchie mémoire de l’architecture OLLAF.....................................................77
iv
Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
Figure 5.2. Modèle de graphe généré aléatoirement................................................................78
Figure 5.3. Diagramme de Gantt du graphe présenté dans la figure 5.2..................................79
Figure 5.4. Description fonctionnelle de l’application de vision robotique.............................80
Figure 5.5. Modèle proposé pour l’application de vision robotique........................................83
Figure 5.6. Temps d’exécution mesuré pour la tâche de recherche.........................................83
Figure 5.7. Nombre de points d’intérêt détectés dans une séquence d’image..........................84
Figure 5.8. Comparaison entre valeurs réelles du durée d’exécution de la tâche T27 et celles
estimées par la méthode (a)......................................................................................................86
Figure 5.9. Comparaison entre valeurs réelles du durée d’exécution de la tâche T27 et celles
estimées par la méthode (b)......................................................................................................87
Figure 5.10. Comparaison entre valeurs réelles du durée d’exécution de la tâche T27 et celles
estimées par la méthode (c)......................................................................................................87
Figure 5.11. Comparaison entre valeurs réelles du durée d’exécution de la tâche T27 et celles
estimées par la méthode (d)......................................................................................................88
Figure 5.12. Taux d’erreur de prédiction des différentes méthodes d’estimations du temps
d’exécution présenté dans la figure 5.6....................................................................................88
Figure 5.13. Modélisation de l’application de synthèse 3D.....................................................90
Figure 5.14. Organigramme de la méthode proposée de traitement des diapositives.............92
Figure 5.15. Modèle proposé pour l’application de codage des diapositives .........................92
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Approche de modélisation et d'ordonnancement prédictif pour l'exploitation d'OLLAF
Liste des tableaux
Tableau 5.1. Temps de transfert pour chaque niveau de l’hiérarchie mémoire d’OLLAF......77
Tableau 5.2. Résultats d’exécution du graphe généré..............................................................79
Tableau 5.3. Identification des tâches de l’application de vision robotique............................82
Tableau 5.4. Coût de reconfiguration en mode lent.................................................................86
Tableau 5.5. Caractéristiques des tâches d’une scène 3D........................................................90
vi