Compilation optimisée des modèles UML

An Optimized UML Compiler

• Auteur / Autrice : Asma Charfi Smaoui
• Direction : Pierre Boulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Informatique de Paris-Sud
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie dirigée par les modèles pour les Systèmes Embarqués
• Jury : Président / Présidente : Guy Vidal-Naquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Boulet, Guy Vidal-Naquet, Pierre-Alain Muller, Xavier Blanc, Chokri Mraidha, Albert Henri Cohen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alain Muller, Xavier Blanc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ingénierie dirigée par les modèles

Systèmes embarqués (informatique)

UML (informatique)

Compilation (informatique)

Mots clés libres

Système embarqué

Ingénierie dirigée par les modèles (IDM)

UML

Optimisation

Génération de code

Compilation (GCC)

Embedded System

MBD

UML

Optimization

Code Generation

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la mise en œuvre de l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) pour le développement des systèmes embarquées. Ces systèmes ayant généralement des ressources limitées (mémoire et/ou calculs), exigent que le code généré soit le plus optimisé possible. L’objectif de cette thèse est de produire à partir d’un modèle spécifié dans le langage UML, un code assembleur plus compact que le code assembleur produit par les compilateurs de code. Malgré l’évolution croissante des compilateurs optimisés, les compilateurs les plus répandus comme le GCC (Gnu Compiler Collection) sont incapables d’effectuer certains types d’optimisations qu'il est possible d'effectuer à un plus haut niveau d'abstraction dans une phase de pré-génération de code. En effet, certaines informations (liées à la sémantique d’exécution du langage UML) sont perdues lors de la génération de code. Ces informations, utiles pour les optimisations de haut niveau, sont invisibles par le compilateur de code vue qu’il prend toutes les informations liées au système modélisé à partir du code généré. Nous proposons ainsi une nouvelle approche dirigée par les modèles pour le développement des systèmes à ressources limitées, qui élimine l’étape de la génération de code en remplaçant cette étape par une compilation directe des modèles. Nous avons développé le premier compilateur de modèles UML (GUML : le front-end UML pour le compilateur GCC) qui génère directement de l’assembleur (sans passer par un langage de programmation) à partir des modèles UML. GUML permet de compiler les classes, les activités et les machines à états UML. Il permet de générer, en compilant certaines machines à états, un code assembleur plus compact que le code assembleur produit par GCC. Deux optimisations de GCC sont améliorées : l’élimination de code mort et l’élimination des expressions redondantes.

Model-Based Development (MBD) provides an additional level of abstraction, the model, which allows dealing with the increasing complexity of systems. Models let engineers focus on the business aspect of the developed system and permits automatic treatments of these models with dedicated tools like for instance synthesis of system's application by automatic code generation. Embedded Systems are often constrained by their environment and/or the resources they own in terms of memory, energy consumption or performance requirements. Hence, an important problem to deal with in embedded system development is linked to the optimization of software part of those systems according to the resources provided by their platform. Although automatic code generation and the use of optimizing compilers bring some answers to application optimization issue, this thesis shows that optimization results may be enhanced by adding a new level of optimizations at the model level before the code generation step. Actually, during the code generation, an important part of the modeling language semantics which could be useful for optimization is lost, thus, making impossible some optimizations achievement. We propose in this thesis a novel MBD approach that compiles directly UML models. The biggest challenge for this approach –tackled in this thesis- is to propose a model compiler that is as efficient as code compiler. Our model compiler (GUML: the UML front end for GCC) performs optimizations that GCC is unable to perform resulting in a more compact assembly code. Two GCC optimizations are enhanced: the dead code elimination optimization and the block merging.