XANDAR accélère la génération de code pour systèmes multi-cœurs critiques pour la sécurité

La prochaine génération de systèmes embarqués en réseau exige un prototypage rapide et une haute performance sans jamais compromettre la fiabilité ou la sécurité. Pourtant, le déploiement de logiciels embarqués critiques pour la sécurité reste entravé par des chaînes d'outils complexes et des processus d'ingénierie complexes. L'essor de systèmes autonomes combinant machine learning et intelligence artificielle avec des exigences fail-opérationnelles ne fait qu'intensifier le défi de la vérification et de la validation.

Pour relever ces obstacles, le projet EU Horizon 2020 de trois ans XANDAR livre une chaîne d'outils logicielle entièrement intégrée – de la capture des exigences jusqu'à l'intégration du code sur matériel cible – complète avec vérification et validation. L'objectif est de permettre le prototypage rapide de systèmes embarqués autonomes interopérables sans sacrifier la sécurité ou la sûreté.

S'appuyant sur une architecture système basée sur les modèles, XANDAR introduit de nouvelles techniques de synthèse de modèle automatique et de parallélisation logicielle qui répondent aux exigences non-fonctionnelles strictes. Ce travail pose les bases d'un nouveau paradigme temps-réel, sécurité- et sûreté-par-construction, connu sous le nom de X-by-Construction (XbC).

Le défi multi-cœurs dans les environnements critiques pour la sécurité

Le traitement parallèle a rendu les architectures multi-cœurs ubiquitaires à travers les domaines d'application. Cependant, la programmation de ces systèmes – surtout la synchronisation des threads et l'évitement des conditions de course – reste difficile. Les compilateurs parallèles, langages spécifiques au domaine, et l'expérience développeur évolutive ont allégé le fardeau, mais dans les domaines critiques pour la sécurité comme l'automobile et l'aérospatiale, la vérification et la preuve d'opération sans erreur restent primordiales, entrant en conflit avec la complexité ajoutée de la programmation multi-cœurs.

La conception basée sur les modèles peut combler ce fossé en permettant aux développeurs d'abstraire les détails de bas niveau tout en modélisant, simulant, et générant du code pour les fonctions embarquées. Cette approche de niveau supérieur a conduit l'adoption dans l'aérospatiale, l'automobile, et les industries de processus, offrant des cycles de développement plus rapides et des coûts plus bas.

Malgré ses forces, la conception basée sur les modèles est souvent confinée à la spécification précoce du système et l'exploration d'architecture ; le logiciel final pour les systèmes critiques pour la sécurité est encore fréquemment codé à la main. Des projets comme ARGO ont introduit la génération de code consciente du WCET, et l'ingénierie système basée sur les modèles a été appliquée aux architectures électrique/électroniques en superposant abstraction et points de vue. Ces avancées, cependant, nécessitent encore une intégration manuelle cross-domaine et souffrent de flux d'import/export sujets aux erreurs.

La recherche actuelle augmente typiquement les modèles architecturaux avec des descriptions simples de machines à états finis et génère des spécifications exécutables pour la vérification basée sur simulation. Pourtant, un environnement véritablement holistique – couvrant l'architecture réseau distribuée, la modélisation comportementale intégrée, la simulation cross-couche, la vérification, et la génération de code – n'a pas encore été réalisé.

XANDAR vise à combler ce vide. Son générateur de code maintiendra les garanties XbC, préservant toutes les propriétés non-fonctionnelles du modèle d'entrée. Les innovations incluent la génération de code agnostique à la plateforme, des runnables de surveillance pour services critiques, et des accélérateurs non-déterministes adaptés aux charges de travail IA et ML.

Atteindre cela nécessite des algorithmes de décision automatisés, des vérifications formelles, et des optimisations qui équilibrent performance temps-réel, efficacité énergétique, garanties non-fonctionnelles, et flexibilité d'exécution. Des générateurs de code de haute qualité qui co-optimisent à travers ces dimensions demanderont des solutions spécialisées de pointe.

Partenaires du consortium XANDAR

Le programme XANDAR court jusqu'en décembre 2023 et est financé avec 5 millions d'euros sous Horizon 2020. Le consortium – dirigé par le Professeur Jürgen Becker de l'Institut de Technologie de Karlsruhe – réunit industrie et académie :

• Karlsruhe Institute of Technology (Allemagne)
• University of Peloponnese (Grèce)
• German Aerospace Center
• AVN Innovative Technology Solutions Ltd (Chypre)
• Vector Informatik GmbH (Allemagne)
• Queen's University Belfast (Irlande du Nord)
• BMW Group (Allemagne)
• fentISS (Espagne)

Vector, l'un des huit partenaires, contribue son expertise logicielle embarquée et ses environnements de développement haute performance PREEvision et TA Tool Suite.

PREEvision permet la spécification collaborative basée sur les modèles de systèmes embarqués connectés avec une sémantique claire couvrant tous les niveaux de système. La TA Tool Suite supporte la spécification, la simulation, et la validation du comportement temporel de systèmes temps-réel complexes. Ensemble, elles forment la fondation pour le design X-by-Construction dans XANDAR.