Configuration and Reconfiguration of Critical and Distributed Real-Time Embedded Systems
Configuration et Reconfiguration des Systèmes Temps-Reél Répartis Embarqués Critiques et Adaptatifs
Résumé
Nowadays, more and more industrial systems rely on distributed real-time embedded software (DRES) applications. Implementing such applications requires answering to an important set of heterogeneous, or even conflicting, constraints. To satisfy these constraints, it is sometimes necessary to equip DRES with adaptation capabilities. Moreover, real-time applications often control systems of which failures can have dramatic economical - or worst human - consequences. In order to design such application, named critical applications, it is necessary to rely on rigorous methodologies, of which certain have already been used in industry. However, growth complexity of critical DRES applications requires proposing always new methodologies in order to answer to all of these stakes. Yet, as far as we know, existing design processes do not tackle the issue of adaptation mechanisms that require to modify deeply the software configuration. This PhD thesis work presents a new methodology that answers this problem by relying on the notion of operational mode : each possible behaviour of the system is represented by an operational mode, and a software configuration is associated to this mode. Modeling transition rules betwen these modes, it becomes possible to generate and analyze the reconfigurations of the software architecture that implement the system adaptations. The generated code respects the implementation requirements of critical systems, and relies on safe and analyzable adaptation mechanisms. To achieve this objective, we define a new architecture description language (COAL : Component Oriented Architecture Language), specific to this domain, that enables to profit from advantages of component-based software engineering (based on Lightweight CCM), and analysis, static deployment and configuration techniques that provides architecture description languages (and in particular AADL : Architecture Analysis and Design Language). This methodology also relies on a new component framework, MyCCM-HI (Make your Component Container Model - High Integrity), that exploits COAL constructs so as to (i) generate AADL models enabling static deployment and configuration of DRES applications, (ii) generate code to deploy and configure Lightweight CCM components, (iii) generate code implementing the system adaptation mechanisms, and (iv) formally analyse the behaviour of the system, including during adaptation. The adopted approach thus reduces complexity of development of adaptative and critical DRES by automating production of adaptation mechanisms while easing their analysis. These two steps, analysis and production, are then part of the automatic production tool chain pro- vided by MyCC-HI. This component framework is availabe under (L)GPL license at address http ://myccm-hi.sourceforge.net.
Aujourd'hui, de plus en plus de systèmes industriels s'appuient sur des applications logicielles temps-réel réparties embarquées (TR2E). La réalisation de ces applications demande de répondre à un ensemble important de contraintes très hétérogènes, voire contradictoires. Pour satisfaire ces contraintes, il est presque toujours nécessaire de fournir à ces systèmes des capacités d'adaptation. Par ailleurs, certaines de ces applications pilotent des systèmes dont la défection peut avoir des conséquences financières - voire humaines - dramatiques. Pour concevoir de telles applications, appelées applications critiques, il faut s'appuyer sur des processus de développpement rigoureux capables de repérer et d'éliminer les erreurs de conception potentielles. Malheureusement, il n'existe pas à notre connaissance de processus de développement capable de traiter ce problème dans le cas où l'adaptation du système à son environnement conduit à modifier sa configuration logicielle. Ce travail de thèse présente une nouvelle méthodologie qui répond à cette problématique en s'appuyant sur la notion de mode de fonctionnement : chacun des comportements possibles du système est représenté par le biais d'un mode de fonctionnement auquel est associé une configuration logicielle. La spécification des règles de transition entre ces modes de fonctionnement permet alors de générer l'implantation des mécanismes de changement de mode, ainsi que des reconfigurations logicielles associées. Le code ainsi produit respecte les contraintes de réalisation des systèmes critiques et implante des mécanismes de reconfiguration sûrs et analysables. Pour ce faire, nous avons défini un nouveau langage de description d'architecture (COAL : Component Oriented Architecture Language) qui permet de bénéficier à la fois des avantages du génie logiciel à base de composants (de type Lightweight CCM), et des techniques d'analyse, de déploiement et de configuration statique, qu'apporte l'utilisation des langages de description d'architecture (et en particulier AADL : Architecture Analysis and Description Language). Nous avons alors réalisé un nouveau framework à composant, MyCCM-HI (Make your Component Container Model - High Integrity), qui exploite les constructions de COAL pour (i) générer le modèle AADL permettant de réaliser le déploiement et la configuration statique de l'application TR2E, (ii) générer le code de déploiement et de configuration des composants logiciels de type Lightweight CCM, (iii) générer le code correspondant aux mécanismes d'adaptation du système, et (iv) analyser formellement le comportement du système, y compris en cours d'adaptation. Ce framework à composant est disponible au téléchargement à l'adresse http ://myccm-hi.sourceforge.net.
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