Hébergement et interconnexion de fonctions logicielles sur un processeur multicoeur sous Linux pour des applications spatiales

Hosting and interconnection of software functions on a Linux multicore processor for space applications

• Auteur / Autrice : Merlin Kooshmanian
• Direction : Frédéric Boniol, Jérôme Ermont
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2024
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA MOIS MOdélisation et Ingénierie des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ONERA/DTIS/MITT - Département Traitement de l'Information et Systèmes

Mots clés

Mots clés libres

Linux

Logiciel Embarqué

Multicoeur

Conteneurisation

Linux

Embedded Software

Multicore

Containerization

Résumé

Depuis plusieurs années, le Newspace a provoqué de grands changements dans la façon de concevoir les satellites mais aussi leurs logiciels embarqués. Parmi ces changements l'utilisation de technologies open source permet de raccourcir les cycles de développement et s'appuyer sur une large communauté. Concernant les Logiciels de vol, le CNES avait développé un atelier, appelé LVCUGEN, permettant d'héberger des applications différentes sur un même processeur en garantissant un découplage fort entre elles. L'ouverture du spatial vers des acteurs nouveau (Newspace) et l'augmentation de la puissance offerte par les processeurs multicore conduisent à repenser les architectures logicielles embarquées pour les recentrer autour d'une solution Linux, parce que open source et riche en services. Des activités de R&T sont déjà en cours au CNES avec ADS, TAS et Smile pour identifier les conditions d'embarquabilité de Linux. L'ONERA et l'IRIT/N7 de leur côté ont mené des recherches sur l'embarquabilité des processeurs multi-cœurs et notamment sur les phénomènes menant à des pertes de déterminisme (phénomènes d'interférences). L'ONERA et l'IRIT/N7, en collaboration avec ADS, ont prolongé ces travaux sur la maitrise des interférences entre applications sous Linux sur un processeur quad-core. L'objectif de la thèse est de poursuivre ces travaux en étudiant une architecture logicielle sous Linux permettant l'exécution concurrente d'applications de différents niveaux de criticité sur un processeur multicœur. Les travaux adresseront plusieurs verrous. D'une part des verrous architecturaux sur la définition et l'implantation sous Linux. - De mécanismes de contrôle des interférences entre les applications logicielles exécutées sur le processeur multicœur. - De mécanismes de communication entre les applications embarquées (monde Linux) et avec les applications sol (monde non Linux) tout en garantissant un haut niveau service (intégrité et latence). Et d'autre part des verrous méthodologiques sur la modélisation et l'analyse de telles architectures, à des fins à la fois de pré-dimensionnement en phase amont mais aussi de génération de code. 
Ces travaux donneront lieu à des expérimentations appliquées à des cas d'usage CNES (contrôle d'orbite autonome, IA sur FDIR...). Une attention particulière sera portée aux capacités de passage à l'échelle et à l'automatisation des méthodes (de vérification, d'analyse d'interférence et de performance, et de génération de code).

For several years now, Newspace has been driving major changes in the way satellites and their on-board software are designed. These changes include the use of open source technologies to shorten development cycles and draw on a large community. For flight software, CNES has developed a workshop called LVCUGEN, which enables different applications to be hosted on the same processor, while guaranteeing a high degree of decoupling between them. The opening up of the space industry to new players (Newspace) and the increased power offered by multicore processors are leading to a rethink of on-board software architectures, refocusing them around a Linux solution, because it is open source and rich in services. R&T activities are already underway at CNES with ADS, TAS and Smile to identify the conditions for Linux embeddability. ONERA and IRIT/N7, for their part, have been carrying out research into the embeddability of multi-core processors and, in particular, the phenomena leading to loss of determinism (interference phenomena). ONERA and IRIT/N7, in collaboration with ADS, have extended this work to the control of interference between Linux applications on a quad-core processor. The aim of this thesis is to continue this work by studying a software architecture under Linux that allows applications of different levels of criticality to run concurrently on a multi-core processor. The work will address several issues. On the one hand, there are the architectural issues concerning the definition and implementation under Linux. - Mechanisms to control interference between software applications running on the multi-core processor. - Communication mechanisms between embedded applications (Linux world) and with ground applications (non-Linux world) while guaranteeing a high level of service (integrity and latency). And secondly, methodological issues relating to the modelling and analysis of such architectures, for the purposes of both pre-dimensioning in the upstream phase and code generation. This work will give rise to experiments applied to CNES use cases (autonomous orbit control, AI on FDIR, etc.). Particular attention will be paid to scalability and the automation of methods (verification, interference and performance analysis, and code generation).