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ée Veille Technologique / Irisa - Rennes- 10/11/2000 Joëlle AUBRY (PSA Peugeot Citroën) [email protected] Utilisation d'UML dans le processus de développement de systèmes embarqués en automobile

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Journée Veille Technologique / Irisa - Rennes- 10/11/2000

Joëlle AUBRY (PSA Peugeot Citroën)[email protected]

Utilisation d'UML dans le processus de développement de

systèmes embarqués en automobile

Utilisation d'UML dans le processus de développement de

systèmes embarqués en automobile

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Contexte automobile

Définition d ’un atelier de conception de systèmes électroniques

Exemple d’utilisation d ’UML

Perspectives

Plan de la présentationPlan de la présentation

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Contexte automobile

Définition d ’un atelier de conception de systèmes électroniques

Exemple d’utilisation d ’UML

Perspectives

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Un marché en développementUn marché en développement

Semi conducteurs dans la voiture ($)

250195

120

0

50

100

150

200

250

300

1993 1998 2000

* PRF: Prix de revient en fabrication

Electricité et Electronique automobile:

1993: 12% PRF*2005: 25% PRF

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Des fonctions diversifiéesDes fonctions diversifiées

Mobilité Sécurité Confort

Traction

Tenue de route

Direction

Contrôle moteurTransmission

SuspensionContrôle de stabilité

Direction assistée

Passive

Active

Intrusions

Système d'airbagsPrétensionneurs

FreinageAnticollision

Condamnations

Commandes

Communication

Environnement

EquipementsVéhicule

InstrumentsAudio, TéléphoneAide à la navigation

ClimatisationBruit

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Des systèmes complexesDes systèmes complexes

Systèmes intégrés - Partage d'informations - Interactions - Concurrence...

CMOT BVA

SUSP ABS/CDS

BSI

Capteurs

CapteursPasserelle

Capteurs

Actionneurs

Système informatiqueSystème physique

Mécanique

Hydraulique

Electrique

Matériels

Logiciels

Réseaux

Systèmes Multi-métiers et Multi-technologies

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Le contexte industrielLe contexte industriel• Processus constructeur / équipementier• Produit générique / Spécifique

Systemes

SystèmesSystèmes

VéhiculesVariantes

VéhiculesVariante 1

Variante 2

La diversité

Générique

Constructeur

Produit

Processus

Autoradio

BSICombinés

ABS

Airbag

BVA

ECM

SUSPSpécifique

Equipementier

• Secteur fortement concurrentiel => réduction du cycle de développement

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ConstatConstat

Travaux d’avance de phase(UML, Formel, XML,…), pour définir un atelier de conception adapté

Travaux d’avance de phase(UML, Formel, XML,…), pour définir un atelier de conception adapté

•Une électronique embarquée en forte croissance•Contexte multi-partenaires, multi-métiers•Complexité et diversité des fonctions•Besoins de réutilisation•Un cycle de développement de plus en plus court

•Une électronique embarquée en forte croissance•Contexte multi-partenaires, multi-métiers•Complexité et diversité des fonctions•Besoins de réutilisation•Un cycle de développement de plus en plus court

•Des outils et méthodes actuels ne répondant pas correctement à ces besoins

•Des outils et méthodes actuels ne répondant pas correctement à ces besoins

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Contexte automobile

Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques

Exemple d’utilisation d ’UML

Perspectives

Plan de la présentationPlan de la présentation

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Définition d ’un atelier de conception de systèmes électroniques

Travaux internes d’innovation

Projet européen WOODDES

Thèse Objet Temps Réel PSA / CEA

Expérimentations sur cas d'application

Démarche adoptéeDémarche adoptée

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Objectifs PSA Objectifs PSA

Fournir un atelier de génie système

• assurant la continuité entre les activités du cycle de conception de la spécification jusqu’à la génération de code

• renforçant la sûreté des systèmes

• assurant la traçabilité des exigences

• conforme aux standards du marché

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Utilisation de l’atelier dans le cycle de développement PSA Utilisation de l’atelier dans le cycle de développement PSA

Conception

Formalismecommun: UML pour temps réel

Langages formels,techniques validation,traçabilité de exigences

I & V

Métierélectronique

Réalisation

Coopérationentre outils

Renforcer la fluidité et la robustessedu processus de développement

Autres métiers

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Pourquoi UML Temps Réel? Pourquoi UML Temps Réel?

Un ensemble de notations cohérentes pour meilleure couverture du cycle en V

Les techniques objets pour faciliter la réutilisation et l’évolutivité des spécifications

Travaux de normalisation en cours à l ’OMG pour une extension temps réel à UML

Des approches UML pour le temps réel outillées

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UML: modéliser, valider, générer du code UML: modéliser, valider, générer du code

Validation par animation sur hôte

Générationautomatique decode cible

Outil UMLMatlab/Simulink

Composants

Génération auto. de code deprototypage

Validation parback- animationsur cible

Etagère

Validation exhaustive de modèles

Spécifications validées Equipementier

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Modélisation avec UML Temps RéelModélisation avec UML Temps Réel

Prise en compte des contraintes Temps Réel• Quantitatif : Échéance, Périodicité, …• Qualitatif : Séquencement, Priorité,…

Indépendance spécifications / techniques de réalisation => composants métiers

Définition et gestion de composants Couverture du cycle + aspects comportement, structurel, communication

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Passage direct des spécifications au code, sans conception temps réel

Génération de code de prototypage• Code pour plate-forme de prototypage pour valider le comportement et les fonctionnalités

Génération de code de production• Code pouvant être embarqué sur un calculateur série (respect des contraintes de taille et de performances)

Génération automatique de codeGénération automatique de code

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Validation des modèles• Analyse statique des modèles pour vérifier la cohérence des modèles• Analyse dynamique par simulation (interactive, exhaustive) pour vérifier le comportement• Gestion et intégration de modèles de composants validés

Aide à la validation de systèmes• Génération automatique de tests• Back animation sur prototypes générés automatiquement• Gestion et intégration de composants validés

ValidationValidation

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Evaluation des outils UML Temps Réel• Rhapsody d’I-Logix • ObjectGeode et Tau/UML Suite de Telelogic• Rose-RT de Rational• Artisan d ’Artisan Software

sur les points modélisation, validation, génération automatique de code de prototypage

Mise en œuvre des outils retenus sur cas d'application

Thèse Objet Temps Réel PSA / CEA

Travaux réalisésTravaux réalisés

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Modélisation• Peu de possibilités de description de contraintes TR• Approche propriétaire, en absence de standard TR

Génération automatique de code• Nécessité de saisir du code dans le langage d'implémentation dans les modèles • Pas de prise en compte des contraintes TR dans le code: nécessité d'effectuer une conception temps réel

Validation (sauf ObjectGeode)• Pb sémantique: ambigüe et dépendant du modèle d’exécution•Offre des outils très limitée

Résultats des évaluations et expérimentations (1/2)

Résultats des évaluations et expérimentations (1/2)Faiblesses majeures des outils UML TR

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Rhapsody d’I-Logix • Modélisation en conformité avec UML 1.3• Génération automatique de code de prototypage avec forte intégration de l'environnement de développement cible• Capacité de simulation sur hôte + back animation

ObjectGeode de Telelogic• Forte capacité de validation: simulation exhaustive, génération automatique de tests• Norme SDL 2000 intégrant des concepts objets + Z109 permettant le transfert UML/SDL

Résultats des évaluations et expérimentations (2/2)

Résultats des évaluations et expérimentations (2/2)Deux outils ont été retenus

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Etude des approches UML TR supportées par les outils:

• Rhapsody d’I-Logix: RT-UML• ObjectGeode et Tau/UML Suite de Telelogic: UML-SDL• Rose-RT de Rational: UML-RT• Artisan d ’Artisan Software: Artisan

sur les aspects concurrence, communication, comportement, contraintes TR

Définition d ’un profil ACCORD/UML et d ’une méthodologie pour la modélisation et le prototypage d’applications TR embarquées dans l’automobile

Thèse Objet Temps Réel PSA/CEAThèse Objet Temps Réel PSA/CEAModélisation UML exécutable pour systèmes embarqués

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Génération automatique de code de production• Mesure des performances (mémoire, temps)• Qualité du code • En parallèle, évaluation de générateurs de code adressant le code de production (Ascet d ’Etas, Scade de Telelogic,…)

A l’écoute des travaux à l’OMG autour d’UML TR

Définition d ’une méthodologie• Exploitation des résultats de la thèse Objet Temps Réel• Intégration progressive des résultats du projet WOODDES

Travaux en coursTravaux en cours

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ContexteDéveloppement des systèmes TR dans les domaines de l’automobile et des télécommunications

Missions• Définition de notations UML pour le TR permettant la validation, la vérification et la génération de code• Définition d’une méthodologie et d’un processus de développement• Techniques de vérification et validation• Plate-forme d’outils supportant les notations UML, la méthodologie, la génération de code et les techniques de vérification et validation

Projet européen WOODDES (1/2)Projet européen WOODDES (1/2)

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Partenaires: End-users Académiques Editeurs Intracom CEA/Leti I-Logix Mecel OFFIS Telelogic PSA (prime) Université d ’Uppsala

Démarrage: Janvier 2000Fin: Décembre 2002

Projet européen WOODDES (2/2)Projet européen WOODDES (2/2)

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Contexte automobile

Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques

Exemple d’utilisation d ’UML

Perspectives

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ContexteMise au point de lois de commande pour contrôle moteur sur plate-forme de prototypage à connecter au véhicule

Besoins• Structure d’accueil logicielle réutilisable permettant de prototyper ces lois de commande• Atelier de conception associé garantissant:

• Réduction de l’effort de codage (utilisateur motoriste et non informaticien)• Mise au point sur la plate-forme de prototypage

• Lien avec les outils de l ’automatique

Exemple: Plate-forme de prototypage pour contrôle moteur (1/2)Exemple: Plate-forme de prototypage pour contrôle moteur (1/2)

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RéalisationComposants logiciels métier moteur: soupape, papillon, injecteur,...Génération automatique d ’une partie du code prototype (ObjectGeode, Rhapsody)Validation du modèle correspondant (ObjectGeode)Résultats Réduction du temps de développement pour le logiciel d’un nouveau prototype de contrôle moteur (1 an, 3 mois, 6 s) Pas de lien avec l ’automatique -> nécessité de coder les lois de commande en C++

Exemple: Plate-forme de prototypage pour contrôle moteur (2/2)Exemple: Plate-forme de prototypage pour contrôle moteur (2/2)

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Réalisation pour la plate-forme de prototypage contrôle moteurRéalisation pour la plate-forme de prototypage contrôle moteur

Diag. Classe

Code C++ applicatifmanuel

Code C++ pilotagegénéréautomatiquement

Génération decode cible

Validation par animation sur hôte

Back animation

A

B

.Lois Commande

Code cible multi-taches sur VxWorks (Gestion capteurs, pilotage calcul couple, pilotage actionneurs, instrumentation,…)

Diag. séquence

Diag. séquence

Diag. Classe

Etat-

Transition

Comparaison spécifié/animé

RhapsodyObjectGeode

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Solution évaluée• Génération automatique du code par RealTime Workshop (MathWorks) à partir des modèles Matlab/Simulink des lois de commande• Intégration automatique de ce code dans la structure d’accueil

Impact sur l'existant• Définition d'une nouvelle structure de modèles Matlab:

• Découpage en sous-système "intégrable" dans la structure

d'accueil objet • Evolution de la structure d'accueil logiciel:

• Définition de points d'ancrage pour les sous-systèmes Matlab

Travaux en cours: Etude de faisabilité de lien avec l’automatique (1/2)Travaux en cours: Etude de faisabilité de lien avec l’automatique (1/2)

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Journée Veille Technologique / Irisa - Rennes- 10/11/2000

Travaux en cours: Etude de faisabilité de lien avec l’automatique (2/2)Travaux en cours: Etude de faisabilité de lien avec l’automatique (2/2)

Lois de commandegénérées par RealTime Workshop (code C)

A

B

.Lois Commande

Modèles continusMatlab/Simulink (Mathworks)

Diag. Classe

Etat-

Transition

Modèles UML

Structure d ’accueil logiciel(code C++)

Compilation & Link

Points d'ancrage

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Contexte automobile

Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques

Exemple d’utilisation d ’UML

Perspectives

Plan de la présentationPlan de la présentation

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Journée Veille Technologique / Irisa - Rennes- 10/11/2000

Démarche composants

Modélisation et Validation d ’architecture électronique embarquée

Contraintes spécifiques des systèmes critiques

Intégration des résultats du projet WOODDES

Perpectives autour d ’UML à PSAPerpectives autour d ’UML à PSA