Thèse Doctorat Romain Lemaire - TEL (thèses-en

INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
N° attribué par la bibliothèque
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T H E S E
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INP Grenoble
Spécialité : « Micro et Nano Électronique »
préparée au CEA-LETI
dans le cadre de l’Ecole Doctorale « Électronique, Électrotechnique,
Automatique et Traitement du Signal »
présentée et soutenue publiquement
par
Romain LEMAIRE
le 11 octobre 2006
Conception et modélisation d’un système
de contrôle d’applications de télécommunication
avec une architecture de réseau sur puce (NoC)
Directeur de Thèse
Ahmed Amine JERRAYA
JURY
M. Guy Mazaré , Président
M. Stanislaw Piestrak , Rapporteur
M. Lionel Torres , Rapporteur
M. Ahmed Amine Jerraya , Directeur de thèse
M. Didier Lattard , Co-encadrant

Octobre 2006 – Version 1.0 – 40 exemplaires.

iii
Remerciements
Pour débuter ce mémoire de thèse, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont
contribué à des degrés diverses au bon déroulement de ce travail de recherche.
Je remercie tout d’abord Monsieur Didier Lattard, Ingénieur-Chercheur au CEA-
LETI, pour son encadrement, son expertise et son soutien pendant les trois années de
préparation de cette thèse.
Je remercie vivement Monsieur Ahmed Jerraya, Directeur de recherche au CNRS,
Chef du groupe SLS au laboratoire TIMA, pour ses conseils toujours pertinents en tant
que directeur de thèse.
J’exprime également mes remerciements aux autres membres du jury : Monsieur Guy
Mazaré, Vice-Président de l’INPG, chargé des systèmes d’information, pour m’avoir fait
l’honneur de présider le jury, Messieurs Stanislaw Piestrak et Lionel Torres, Professeurs
respectivement aux Universités de Metz et de Montpellier II pour avoir accepté d’être
rapporteurs de ce travail et pour leurs remarques très constructives.
Je voudrais aussi remercier Monsieur François Bertrand de m’avoir accueilli dans
le laboratoire IAN ainsi que tous les membres du laboratoire, en particulier Messieurs
Fabien Clermidy et Yves Durand pour, entre autre, leurs aides précieuses pour la re-
lecture de mes publications, mais également Christian, Claire, Didier V., Edith, Jean,
Jérôme, Pascal, Sébastien, Yvain et les stagiaires successifs pour les nombreuses discus-
sions techniques que nous avons pues avoir et qui ont enrichi ce mémoire.
Cette thèse s’est déroulée dans le cadre du service CME et je remercie Messieurs
Hervé Fanet et Jean-René Lèquepeys de m’avoir permis d’y travailler. J’exprime égale-
ment ma sympathie à toutes les personnes du service, notamment à Madame Armelle
De Kerleau pour sa disponibilité au secrétariat.
Je tiens de plus à saluer tous mes collègues doctorants au LETI avec qui j’ai par-
tagé cette expérience de recherche : Antoine, Arnaud, Benoît, Cédric, David, Diego,
Fabrice, Matthieu, Philippe, Xuan Tu, ainsi que mes amis grenoblois, mes compagnons
de randonnée pendant ces trois années et mes amis de salle-co qui se reconnaîtront.
Enfin je voudrais remercier toute ma famille : mes grands-parents, mes parents, ma
soeur Tiphaine et mon frère Baptiste qui m’ont toujours donné confiance tout au long
de cette thèse.
Bonne lecture !

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Table des matières
Table des matières v
Introduction 1
Contextedelathèse ................................ 2
Motivationsetobjectifs .............................. 3
Contributionsdelathèse ............................. 4
Plandudocument ................................. 6
1 Conception d’un système sur puce avec une architecture de réseau sur
puce : état de l’art 7
1.1 Problématiques des systèmes sur puce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.1 Les systèmes sur puce et les évolutions actuelles . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Exigences des futures structures d’interconnexion . . . . . . . . . 10
1.1.3 Les solutions d’interconnexion actuelles et leurs limites . . . . . . 11
1.1.3.1 Bus partagés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.3.2 Standards d’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.4 Introduction aux réseaux sur puce . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2 Concepts relatifs aux réseaux sur puce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.1 Structures et mécanismes de communication dans les NoC . . . . 15
1.2.1.1 Topologies des réseaux sur puce . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1.2 Mécanismes de communication et modes de commutation 19
1.2.1.3 Stratégies de stockage et canaux virtuels . . . . . . . . . 21
1.2.1.4 Algorithmes de routage et interblocages . . . . . . . . . 22
1.2.2 Services, protocoles et communications dans les NoC . . . . . . . 24
1.2.2.1 Notions de services et de qualité de service . . . . . . . 24
1.2.2.2 Protocole de communication . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.2.3 Concepts, fonctionnalités et implémentation des inter-
facesréseau......................... 27
1.3 État de l’art des architectures de réseaux sur puce . . . . . . . . . . . . 30
1.3.1 Réseaux meilleur-effort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3.2 Réseaux avec qualité de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.3 Réseaux asynchrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.3.4 Synthèse de l’état de l’art sur les NoC . . . . . . . . . . . . . . . 36
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