dans le processus de développement de systèmes embarqués en automobile Utilisation d'UML dans le processus de développement de systèmes embarqués en automobile Joëlle AUBRY (PSA Peugeot Citroën) otondo@mpsa.com

Plan de la présentation Contexte automobile Définition d ’un atelier de conception de systèmes électroniques Exemple d’utilisation d ’UML Perspectives

Plan de la présentation Contexte automobile Définition d ’un atelier de conception de systèmes électroniques Exemple d’utilisation d ’UML Perspectives

Electricité et Electronique automobile: Un marché en développement Electricité et Electronique automobile: 1993: 12% PRF* 2005: 25% PRF * PRF: Prix de revient en fabrication

Des fonctions diversifiées Mobilité Sécurité Confort Traction Tenue de route Direction Contrôle moteur Transmission Suspension Contrôle de stabilité Direction assistée Passive Active Intrusions Système d'airbags Prétensionneurs Freinage Anticollision Condamnations Commandes Communication Environnement Equipements Véhicule Instruments Audio, Téléphone Aide à la navigation Climatisation Bruit

Des systèmes complexes Systèmes Multi-métiers et Multi-technologies Système physique Système informatique Matériels Mécanique Capteurs Hydraulique Logiciels Actionneurs Electrique Réseaux CMOT BVA SUSP ABS/CDS BSI Capteurs Passerelle Systèmes intégrés - Partage d'informations - Interactions - Concurrence...

Le contexte industriel Générique Constructeur Produit Processus Autoradio BSI Combinés ABS Airbag BVA ECM SUSP Spécifique Equipementier Processus constructeur / équipementier Produit générique / Spécifique Secteur fortement concurrentiel => réduction du cycle de développement Systemes Systèmes Véhicules Variantes Variante 1 Variante 2 La diversité

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

Plan de la présentation Contexte automobile Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques Exemple d’utilisation d ’UML Perspectives

Démarche adoptée 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

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

Renforcer la fluidité et la robustesse du processus de développement Utilisation de l’atelier dans le cycle de développement PSA Formalisme commun: UML pour temps réel I & V Conception Coopération entre outils Autres métiers Langages formels, techniques validation, traçabilité de exigences Réalisation Métier électronique Renforcer la fluidité et la robustesse du processus de développement

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

UML: modéliser, valider, générer du code Matlab/ Simulink Outil UML Validation par animation sur hôte Génération auto. de code de prototypage Validation par back- animation sur cible Génération automatique de code cible Etagère Validation exhaustive de modèles Spécifications validées Equipementier Composants

Modélisation 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

Génération automatique de code 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)

Validation Validation des modèles Aide à la validation de systèmes 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

Travaux réalisés 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

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

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

Modélisation UML exécutable pour systèmes embarqués Thèse Objet Temps Réel PSA/CEA Modélisation UML exécutable pour systèmes embarqués 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

Travaux en cours 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

Projet européen WOODDES (1/2) Contexte Développement 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 (2/2) Partenaires: End-users Académiques Editeurs Intracom CEA/Leti I-Logix Mecel OFFIS Telelogic PSA (prime) Université d ’Uppsala Démarrage: Janvier 2000 Fin: Décembre 2002

Plan de la présentation Contexte automobile Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques Exemple d’utilisation d ’UML Perspectives

Exemple: Plate-forme de prototypage pour contrôle moteur (1/2) Contexte Mise 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 (2/2) Réalisation Composants 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++

Réalisation pour la plate-forme de prototypage contrôle moteur B  . Lois Commande Diag. séquence Etat- Transition Diag. Classe Diag. Classe Comparaison spécifié/animé Diag. séquence Code C++ pilotage généré automatiquement Code C++ applicatif manuel Génération de code cible Validation par animation sur hôte Back animation Rhapsody ObjectGeode Code cible multi-taches sur VxWorks (Gestion capteurs, pilotage calcul couple, pilotage actionneurs, instrumentation,…)

Travaux en cours: Etude de faisabilité de lien avec l’automatique 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 Modèles continus Matlab/Simulink (Mathworks) Modèles UML Etat- Transition A B  . Lois Commande Diag. Classe Points d'ancrage Lois de commande générées par RealTime Workshop (code C) Structure d ’accueil logiciel (code C++) Compilation & Link

Plan de la présentation Contexte automobile Définition d’un atelier de conception de systèmes électroniques Exemple d’utilisation d ’UML Perspectives

Perpectives autour d ’UML à PSA Démarche composants Modélisation et Validation d ’architecture électronique embarquée Contraintes spécifiques des systèmes critiques Intégration des résultats du projet WOODDES