1. LES MODELES DANS LA CONCEPTION SYSTEME
1.6 Notre Problématique
1.6.1 Proposition d’un processus générique de conception
Comme nous l’indiquons en introduction de ce mémoire, nous nous référons aux recommandations de l’EIA-632 pour construire notre approche de conception à l’intérieur d’une démarche globale de développement normalisée. Celle-ci fait intervenir treize grands processus déclinés en trente trois exigences. Ces processus sont naturellement interconnectés, nécessitant dans leur mise en œuvre des procédures de tissage comme nous l’avons introduit en 275H1.3.1. Un axe important d’effort est aujourd’hui de construire sur la base des textes de la norme, une représentation graphique plus formalisée de cette norme. Notre collègue S. Rochet en propose une formalisation en SPEM 51F[Roc06] et une extension sous la forme d’une modélisation à trois niveaux : générique, métier et projet.
Pour argumenter notre problématique, seul nous intéresse, à l’intérieur du processus générale de développement, le processus de conception associé à l’évaluation technique indispensable. Ces deux processus sont reproduits sur la 276HFigure 19 et la 277HFigure 20 :
Figure 20 : Processus de Conception Système selon l'EIA-632
Nous restons dans cette démarche générique qui prévoie les étapes suivantes, à partir du cahier des charges :
Formalisation des exigences Solution Logique
Vérification Formelle Solution Physique Simulation et Validation
Cette philosophie générale est reprise de façon graphique sur la 278HFigure 21 que nous avons élaboré. On y retrouve les langages UML et SysML dans la branche "fonctionnelle" du cycle en Y. Ils vont permettre d’exprimer les spécifications du système à modéliser. Le
Processus d’Analyse de Systèmes Processus de Validation des Exigences Conflits et Problèmes au niveau des Exigences
Processus de Vérification du Système Processus de Validation du Produit fini Résultats de la Validation Résultats de la Vérification Caractéristiques du Produit
point de départ est le cahier des charges. Par transformations successives et en utilisant des diagrammes UML (diagramme de contexte, diagramme de cas d’utilisation, diagramme de séquence), on aboutit à une solution logique exprimable notamment sous le formalisme HiLeS. On peut retrouver cette démarche appliquée notamment dans les thèses 279H[Ham05] 52F[Mau05].
Figure 21 : Processus d'Evaluation Technique selon l’EIA-632
Notre problème est de construire la Solution Physique, à partir de la Solution Logique vérifiée et des contributions de toute nature permettant de choisir notamment les technologies. La Solution Physique va donc être un point de convergence de plusieurs modèles qu’il faudra intégrer ensemble et/ou transformer. Notre problématique est
donc d’étudier les moyens pour converger vers cette solution physique, mais aussi d’en trouver un langage de modélisation pour support.
1.6.2 VHDL-AMS au centre du Prototypage Virtuel
L’étude des différents langages de modélisation dans le paragraphe 280H1.5, nous a permis de voir d’apprécier un certain nombre de langages disponibles à l’heure actuelles et susceptibles de répondre à nos attentes en temps que support de la solution physique. Le reprend les principales caractéristiques qui nous semblent primordiales pour le support de la solution physique. Il en ressort que les mécanismes de modélisation de la norme VHDL-AMS (multi-domaine, multi-abstraction, multi-architecture) apparaissent les plus adaptés à notre problématique. C’est pourquoi nous proposons le langage de description de matériel VHDL-AMS normalisé IEEE (IEEE 1076.1-1999) comme candidat au langage de modélisation du prototype virtuel.
Ce langage de haut niveau permet d’écrire un cahier des charges abstrait et simulable. Une architecture de système peut être faite de manière fonctionnelle en associant des modèles existants ou à créer. Les modèles peuvent être décrits sous forme comportementale ou structurelle.
Le fait d’être une norme, le VHDL-AMS autorise l’échange entre collaborateurs ou de fournir à des clients, des modèles de haut niveau dans le cadre d’une bibliothèque IP (Intellectual Property). Il est aussi possible de décrire les composants à très bas niveau en écrivant sous forme d’instructions simultanées les équations différentielles issues des études physiques. On peut donc ajouter dans les modèles des imperfections et ainsi voir l’influence sur les performances de la modification d’un paramètre.
VHDL-AMS permet de modéliser l’environnement du système, optimisant ainsi son étude et sa mise au point. Le VHDL-AMS prend en charge la conception mixte et permet
de mettre en jeu plusieurs domaines physiques. Ainsi une modélisation peut prendre en compte les phénomènes électriques, optiques, mécaniques, thermiques et leurs couplages. Un autre atout du VHDL-AMS est de proposer une approche multi-abstraction permettant ainsi d’associer des modèles de haut niveau et des modèles de bas niveau dans le même modèle global ayant une approche structurelle. Ainsi, on peut détailler certaines parties plus finement, alors que d’autres parties sont modélisées de manière plus abstraite, requérant ainsi un temps de calcul inférieur (à la simulation).
Tableau 2 : Comparatif de cinq candidats au support de la solution physique
Un des intérêts du VHDL-AMS est de construire une bibliothèque de modèles génériques réutilisables afin d’augmenter la productivité. A la suite de sa normalisation en 1999, de nombreux projets ont été mis place autour de ce langage 53F[DSK04]. Les laboratoires de recherches et les industriels ont unis leurs efforts afin de développer les bibliothèques de modèles dans ce langage. Ces efforts ont aussi permis d’améliorer constamment les outils dédiés à ce langage et notamment les simulateurs de modèle. Les critères importants des concepteurs sont en effet pour ces outils : la couverture de la norme, une interface conviviale, une gestion des bibliothèques de modèles efficace, des simulations performantes en termes de précision et de temps de mise en œuvre.
Mon travail de thèse s’inscrit dans cette proposition de modélisation système en VHDL-AMS. Nous avons représenté cette démarche sur la 281HFigure 22 et sur la 282HFigure 23. Elle met en œuvre les recommandations de l’ingénierie système (EIA-632 et ingénierie guidée par les modèles) avec plusieurs modèles qui par transformations successives permettent de converger à partir des spécifications (en vert) vers d’une part une solution logique qui a pour support le formalisme HiLeS (en bleu) et d’autre part vers une solution physique que nous associons au prototype virtuel (en rouge).
Figure 22 : Notre proposition d'un processus de conception Notre travail va consister à :
Créer l’interface entre la solution logique et la solution physique souhaitée. Cela implique notamment la traduction de certains éléments de la solution logique en VHDL-AMS, comme par exemple la traduction en VHDL des réseaux de Petri qui font parti du formalisme HiLeS utilisé pour la solution logique.
Intégrer au sein d’une modélisation VHDL-AMS faisant office de prototype virtuel, des modèles écrits dans des langages de modélisation différents. Sur ce dernier point, il convient de préciser que de nombreux industriels utilisant un langage de modélisation propriétaire à un outil, ont un réel besoin de connaître les moyens à mettre en œuvre en terme de méthodologie à appliquer, d’experts à impliquer, et en temps de migration pour obtenir des modèles VHDL-AMS.
Nous verrons au cours de cette thèse quels sont les moyens à mettre en œuvre et nous proposerons une méthodologie qui sera testée par le biais de plusieurs exemples d’applications pertinents, pris dans le monde de la recherche et de l’industrie. Ces différentes modélisations nous permettrons d’évaluer si notre choix d’utiliser le VHDL-AMS comme langage de modélisation support de la solution physique est valide.
Figure 23 : Proposition détaillé de notre Processus de conception générale d'un système