Continuous/Discrete Co-Simulation Interfaces from Formalization to Implementation

Today's systems-on-chip are growing in complexity as a result of a higher density of components on the same chip, and also on account of the heterogeneity of different modules that are particular to different application domains (i.e. mechanical, electrical, optical, biological and chemical). These systems can be found in a broad and diverse spectrum of applications in many industries, including but not limited to Automotive, Aerospace, Health Care and, Consumer Electronics. These multi-domain heterogeneous systems enable new applications and the creation of new markets. This thesis focuses on the design and the simulation of heterogeneous embedded systems, more specifically on continuous/discrete heterogeneous systems. Continuous-time and discrete-event models are at the core of the design of multi-domain systems. We present here a generic, language independent methodology for the design of continuous/discrete heterogeneous systems. This methodology is the basis for design of a new framework providing the interfaces that are in charge with the heterogeneous components adaptation. The methodology was successfully used for the implementation of different continuous/discrete systems such as: a glycemia level regulator, an analog/digital converter, a PID controller, a production chain control system and wimax system. Parts of the proposed methodology were adapted for the formalization, modeling and verification of an optical network on chip.

Résumé

Les systèmes sur puce sont de plus en plus complexes, pas seulement en terme de densité de composants sur la même puce mais aussi en terme d‘hétérogénéité des modules spécifiques pour différents domaines d'application (mécanique, électrique, optique, biologique chimique). On retrouve ces systèmes dans un grand éventail d'applications et dans divers industries tels que l'automobile, l'aéronautique, la santé, l'électroniques et autres. Ces systèmes hétérogènes multi-domaine permettent de nouvelles applications et la création de nouveaux marchés. Cette thèse se concentre sur la conception et la simulation des systèmes hétérogènes embarqués. Les modèles temps-continu et événement discret sont le noyau de la conception des systèmes multi-domaine. On présente ici l'analyse de modèles d'exécution et modèles de synchronisation des systèmes hétérogènes continu/discret, la définition d'une méthodologie générique pour la conception des outils de co-simulation des systèmes hétérogènes continus/discrets et la validation de la méthodologie par applications – la réalisation d'un cadre de co-simulation pour les systèmes continu/discret. La méthodologie exploite les techniques de vérification formelle et de la simulation. La conception des outils de simulation est basée sur la définition d'une architecture générique des interfaces de simulation ainsi que sur des modèles de synchronisation vérifiés formellement. La méthodologie a été utilisée pour l'implémentation d'un régulateur de niveau de glycémie. Une partie de la méthodologie a été adaptée pour la formalisation, la modélisation et la vérification formelle d'un réseau optique sur puce.