Mise au point centré sur le modèle de programmation pour les systèmes embarqués multicoeurs

Programming-Model Centric Debugging for Multicore Embedded Systems

• Auteur / Autrice : Kevin Pouget
• Direction : Jean-François Méhaut, Miguel Santana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 03/02/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Noël de Palma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rainer Leupers
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Bodin, Radu Prodan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Débogage

Mots clés libres

Mise au point

Informatique embarquée

Programmation multicœurs

Multicore computing

Embedded systems

Debugging

Résumé

Dans cette thèse, nous proposons d'étudier le débogage interactif d'applications pour les systèmes embarqués MPSoC (Multi-Processor System on Chip). Une étude de l'état de l'art a montrée que la conception et le développement de ces applications reposent de plus en plus souvent sur des modèles de programmation et des frameworks de développement. Ces environnements définissent les bonnes pratiques, tant au niveau algorithmique qu'au niveau des techniques de programmation. Ils améliorent ainsi le cycle de développement des applications destinées aux processeurs MPSoC. L'utilisation de modèles de programmation ne garantit cependant pas que les codes pourront être exécutés sans erreur, en particulier dans le cas de la programmation dynamique, où ils offrent très peu d'aide a la vérification. Notre contribution pour résoudre ces challenges consiste en une nouvelle approche pour le débogage interactif, appelée Programming Model-Centric Debugging, ainsi qu'une implémentation d'un prototype de débogueur. Le débogage centré sur les modèles rapproche le débogage interactif du niveau d'abstraction fourni par les modèles de programmation, en capturant et interprétant les évènements générés pendant l'exécution de l'application. Nous avons appliqué cette approche sur trois modèles de programmation, basés sur les composants logiciels, le dataflow et la programmation d'accélérateur par kernels. Ensuite, nous détaillons comment nous avons développé notre prototype de débogueur, basé sur GDB, pour la programmation de la plate-forme STHORM de STMicroelectronics. Nous montrons aussi comment aborder le débogage basé sur les modèles avec quatre études de cas : un code de réalité augmentée construit à l'aide de composants, une implémentation dataflow d'un décodeur vidéo H.264 et deux applications de calcul scientifique.

In this thesis, we propose to study interactive debugging of applications running on embedded systems Multi-Processor System on Chip (MPSoC). A literature study showed that nowadays, the design and development of these applications rely more and more on programming models and development frameworks. These environments gather established algorithmic and programming good-practices, and hence speed up the development process of applications running on MPSoC processors. However, sound programming models are not always sufficient to reach or approach error-free codes, especially in the case of dynamic programming, where they offer little to no help. Our contribution to lighten these challenges consists in a novel approach for interac- tive debugging, named Programming Model-Centric Debugging, as well as a prototype debugger implementation. Model-centric debugging raises interactive debugging to the level of programming models, by capturing and interpreting events generated during the application execution (e.g. through breakpointed API function calls). We illustrate how we applied this approach to three different programming models, software components, dataflow and kernel-based programming. Then, we detail how we developed a debugger prototype based on GDB, for STMicroelectronics's STHORM programming environment. STHORM development toolkit provides supportive environments for component, dataflow and kernel-based programming. We also demonstrate how to tackle software debugging with our debugger prototype through four case studies: an augmented reality feature tacker built with components, a dataflow implementation of the H.264 video decoding standard and two scientific HPC computing applications.