TABLE DES MATIÈRES Introduction générale Chapitre 1

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1TABLE DES MATIÈRES
Introduction générale
Chapitre 1 : Introduction aux Systèmes Informatiques Temps Réel
1. Introduction ________________________________________________________ 7
2. Les systèmes temps réel _______________________________________________ 7
2.1. Présentation générale____________________________________________________7
2.2. Structure d’un système de contrôle ________________________________________8
2.3. Les tâches ____________________________________________________________10
2.4. La problématique de l’ordonnancement ___________________________________10
2.5. Les algorithmes d’ordonnancement_______________________________________11
2.5.1. Préemptif/non Préemptif _____________________________________________________11
2.5.2. Hors ligne/en ligne__________________________________________________________11
2.5.3. Conduits par la priorité ______________________________________________________11
3. Les réseaux de communication temps réel _______________________________ 12
3.1. Architecture __________________________________________________________12
3.2. Les messages temps réel_________________________________________________13
3.3. Ordonnancement des messages temps réel _________________________________13
4. Cadre du travail ____________________________________________________ 14
Chapitre 2 : Ordonnancement des tâches
1. Introduction _______________________________________________________ 17
2. Modélisation des tâches ______________________________________________ 18
3. Représentation d’une séquence________________________________________ 19
3.1. Durée de validation ____________________________________________________20
3.2. Condition nécessaire de validation________________________________________20
4. Classification des tâches _____________________________________________ 21
5. Les tâches indépendantes_____________________________________________ 21
5.1. Les tâches périodiques__________________________________________________21
5.1.1. Les algorithmes d’ordonnancement à priorité fixe _________________________________21
5.1.2. Les algorithmes d’ordonnancement à priorité dynamique____________________________24
5.2. Les tâches apériodiques_________________________________________________27
5.2.1. Le serveur à scrutation_______________________________________________________27
5.2.2. Le serveur ajournable________________________________________________________28

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5.2.3. Autres méthodes ___________________________________________________________ 28
6. Les tâches dépendantes _______________________________________________29
6.1. Prise en compte des relations de précédence ________________________________29
6.1.1. Précédence avec l’algorithme RM _____________________________________________ 29
6.1.2. Précédence avec l’algorithme DM _____________________________________________ 30
6.1.3. Précédence avec l’algorithme ED______________________________________________ 30
6.2. La prise en compte du partage de ressources _______________________________32
6.2.1. Le protocole à priorité héritée_________________________________________________ 33
6.2.2. Le protocole à priorité plafond ________________________________________________ 36
6.2.3. Le protocole d’allocation de la pile (PAP) _______________________________________ 38
7. Conclusion _________________________________________________________41
Chapitre 3 : Les Principaux Protocoles MAC Adaptés aux
Communications Temps Réel
1. Introduction ________________________________________________________43
2. Classification des protocoles MAC ______________________________________45
3. Les techniques d’accès _______________________________________________45
4. Protocoles à accès aléatoire____________________________________________46
4.1. Le protocole CAN______________________________________________________46
4.2. Le protocole CSMA/DCR _______________________________________________49
4.2.1. Principe__________________________________________________________________ 49
4.2.2. Calcul de l’époque _________________________________________________________ 50
5. Protocoles d’accès à contrôle centralisé: exemple de FIP____________________50
6. Protocoles d’accès à contrôle distribué___________________________________53
6.1. Le protocole FDDI _____________________________________________________53
6.2. Le protocole TDMA____________________________________________________55
7. Conclusion _________________________________________________________56
Chapitre 4 : Environnements Temps Réel Répartis
1. Introduction ________________________________________________________59
2. Quelques exécutifs temps réel répartis ___________________________________59
2.1. Le projet MARS_______________________________________________________59
2.1.1. Architecture matérielle de MARS______________________________________________ 60
2.1.2. Le système d’exploitation de MARS ___________________________________________ 60
2.1.3. Conclusion _______________________________________________________________ 62
2.2. Le projet SPRING _____________________________________________________63
2.2.1. Classification et caractérisation des tâches _______________________________________ 63
2.2.2. Architecture de SPRING: Springnet ____________________________________________ 64
2.2.3. L’ordonnancement des tâches_________________________________________________ 64
2.2.4. Conclusion _______________________________________________________________ 65

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2.3. Le système CHORUS___________________________________________________66
2.3.1. Les objets dans CHORUS ____________________________________________________66
2.3.2. L’ordonnancement des tâches _________________________________________________67
3. Outils et méthodes de validation _______________________________________ 68
3.1. L’outil PERTS ________________________________________________________69
3.1.1. Editeur de tâches ___________________________________________________________69
3.1.2. Editeur de ressources________________________________________________________69
3.1.3. L’ordonnanceur ____________________________________________________________70
3.2. Une méthode de validation d’applications temps réel réparties ________________72
3.2.1. Hypothèses générales________________________________________________________72
3.2.2. Description de l’exemple d’application__________________________________________72
3.2.3. Description du réseau utilisé __________________________________________________74
3.2.4. Analyse temporelle _________________________________________________________74
3.2.5. Conclusion________________________________________________________________75
4. Conclusion ________________________________________________________ 76
Chapitre 5 : Une méthodologie de Validation Basée sur une Analyse
d’Ordonnançabilité
1. Introduction _______________________________________________________ 79
2. Le modèle général __________________________________________________ 80
2.1. Modèle structurel______________________________________________________80
2.2. Le modèle temporel de tâches____________________________________________81
2.3. Le modèle temporel de messages _________________________________________82
3. Principe de la méthodologie___________________________________________ 83
3.1. Modélisation de l’application ____________________________________________84
3.1.1. Calcul du temps de propagation d’un message ____________________________________84
3.1.2. Calcul du délai de transmission d’un message_____________________________________86
3.1.3. Calcul des dates d’insertion des messages________________________________________95
3.2. Prise en compte de la précédence _________________________________________99
3.2.1. Mise à jour des dates de réveil des tâches réceptrices _______________________________99
3.2.2. Mise à jour des dates de réveil des tâches successeurs _____________________________100
3.3. Ordonnancement des tâches et des messages ______________________________105
4. Exemples d’applications temps réel réparties____________________________ 106
4.1. Exemple du producteur/consommateur___________________________________106
4.1.1. Calcul des paramètres temporels des messages ___________________________________107
4.1.2. Prise en compte de la précédence globale _______________________________________108
4.1.3. Ordonnancement des tâches et des messages_____________________________________108
4.2. Exemple de l’ascenseur ________________________________________________109
4.2.1. Cahier des charges_________________________________________________________110
4.2.2. Étude de l’application ______________________________________________________111
4.2.3. Application de la méthodologie d’analyse_______________________________________114
5. Conclusion _______________________________________________________ 118

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Chapitre 6 : Analyse des Performances
1. Introduction _______________________________________________________121
2. MOSARTS : un outil de validation d’applications temps réel réparties ________121
2.1. Description de l’application_____________________________________________122
2.1.1. Description d’un site_______________________________________________________ 122
2.1.2. Description du réseau ______________________________________________________ 123
2.2. Le noyau fonctionnel de MOSARTS _____________________________________124
3. Les critères de performance mesurés ___________________________________125
3.1. Pour les tâches _______________________________________________________125
3.2. Pour les messages _____________________________________________________130
3.3. Pour l’application globale ______________________________________________132
4. Résultats de simulation ______________________________________________133
4.1. Premier exemple______________________________________________________133
4.2. Deuxième exemple ____________________________________________________138
4.2.1. Analyse temporelle des sites_________________________________________________ 138
4.2.2. Analyse temporelle du réseau ________________________________________________ 142
4.2.3. Analyse temporelle de bout en bout ___________________________________________ 146
5. Conclusion________________________________________________________146
Conclusion Générale
Bibliographie
Annexes

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Introduction Générale
L’évolution technologique de ces dernières années, en particulier, dans les réseaux
locaux de communication, a permis le développement à grande échelle des systèmes
distribués temps réel dans de nombreux domaines du secteur industriel (aéronautique,
militaire, transport, industries des procédés, télécommunications ...). Ces applications
très variées par leurs caractéristiques (taille, environnement, contraintes, etc.) vont des
centrales nucléaires aux simples distributeurs de billets ou caisses enregistreuses. Mais
ces applications possèdent un point commun : elles sont soumises à des contraintes
temporelles.
L’augmentation de la complexité des applications impose de faire appel à des méthodes
de conception de plus en plus élaborées. En même temps que des outils de
développement, il est nécessaire de développer des outils qui servent à modéliser et à
valider ces applications.
Partant du constat qu’il n’existe presque pas de méthodes d’analyse pour vérifier qu’un
système atteint ses spécifications temps réel et afin de mesurer les paramètres de
performance, il nous a paru important de réfléchir à ce problème et d’apporter une
réponse même partielle. Dans ce travail, nous définissons les applications temps réel
réparties comme des applications composées de tâches réparties sur différents sites, qui
communiquent uniquement par échange de messages via un réseau local. Et nous
proposons une méthodologie de modélisation, de simulation et de validation de ce type
d’applications c’est-à-dire de vérification du respect des contraintes temporelles en
fonction d’une part de l’algorithme d’ordonnancement utilisé (à priorité fixe ou
dynamique) localement au niveau des sites et d’autre part du protocole de
communication temps réel utilisé sur le réseau.
Notre méthodologie étant basée sur une analyse d’ordonnançabilité, nous avons jugé
important de rappeler les études faites sur l’ordonnancement des tâches et des messages.
Ce mémoire présente six chapitres, les quatre premiers rappellent les bases essentielles à
ce travail et synthétisent les travaux existants en matière d’algorithmes
d’ordonnancement et de protocoles adaptés aux communications temps réel ; les deux
derniers décrivent le travail proprement dit:
♦ le premier chapitre rappelle les concepts de base et les définitions essentielles
des systèmes temps réel et des réseaux locaux temps réel,
♦ le deuxième chapitre a pour objectif de présenter les principales techniques
d’ordonnancement monoprocesseur de tâches temps réel ainsi que les
protocoles d’allocation de ressources intégrés à ces algorithmes pour minimiser
le temps d’attente des tâches sur l’acquisition de ressources critiques,
♦ le troisième chapitre décrit les principaux réseaux locaux temps réel utilisés
comme support de communication pour les applications temps réel
considérées. Il met l’accent sur les protocoles de communication de la couche
MAC car ils correspondent aux stratégies d’ordonnancement des messages,