Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes
UMR CNRS 6164

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DICE

Design and Implementation of Communicating Embedded Systems (DICE)
Animateur : Sébastien PILLEMENT (PR, Université de Nantes)


Contexte
Dans sa stratégie nationale de la recherche, le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche réaffirme l’avènement d’une société du numérique, voire d’une société numérique. Ainsi, parmi les dix défis proposés, il apparaît clairement des besoins de dispositifs innovants permettant soit le monitoring de grandeurs diverses (réseaux de capteurs et santé), soit le contrôle de processus (énergétique et usine nouvelle), soit participant directement aux usages et services de demain pour les citoyens en proposant de nouvelles applications (société de l’information, transport et mobilité, objets connectés). Ces enjeux, repris au niveau national, font aussi partie des défis internationaux notamment au travers des appels à projets du programme H2020. Ces nouveaux usages de la société numérique s’appuieront de fait sur des infrastructures numériques innovantes et pervasives nécessitant une rupture technologique dans la conception des systèmes embarqués qui les composeront.

Enjeux
Concevoir ces systèmes embarqués ou systèmes sur puce (SoC – System On Chip) nécessiteront de se confronter à deux problèmes majeurs :

1. La dynamicité requise par les applications, comme la radio logicielle ou la vidéo embarquée, qui nécessitent de supporter des variabilités dans leur exécution en fonction de conditions extérieures (par exemple les performances du canal de transmission). Mais aussi la dynamicité requise par la vitesse d’évolution des applications et/ou des normes et la notion d’« Everyware » (ou Internet of Things), qui sont autant de facteurs nécessitant de supporter de la flexibilité,

2. La convergence qui dénote le fait d’intégrer tout un panel d’applications dans un seul et même terminal nécessitant la prise en compte de modèles de calcul différents. En effet, ces applications ont des contraintes différentes et requièrent de très fortes capacités de calcul.

Ces constats amènent à la définition d’architectures parallèles hétérogènes intégrant différents opérateurs plus ou moins flexibles, mais performants pour un domaine d’applications. La convergence dénote aussi la nécessaire collaboration de différents acteurs pour l’optimisation de systèmes de plus en plus complexe (couvrant les domaines de l’informatique, de l’électronique, du traitement du signal, etc.).

Dans le même temps, les contraintes de coût, de performances, de faible consommation, de temps de mise sur le marché, de fiabilité et les changements d’usages inhérents aux nouvelles applications embarquées (capteurs intelligents, 5G, fiabilité, sécurité, etc.) poussent au développement d’architectures flexibles et programmables. Ces derniers points, s’ils deviennent essentiels, ne doivent pas en contrepartie affecter l’aspect performances de l’architecture finale. Les nouveaux systèmes exhibent donc des propriétés d’exécution dépendant des composants présents physiquement dans la puce finale et offrent de la dynamicité dans l’exécution par le support de la reconfiguration (logicielle ou matérielle) dynamique. Cependant, la complexité de gestion inhérente à la propriété de dynamicité rend actuellement difficile de tirer pleinement partie des avantages de ces architectures.

Par conséquent, la conception d’un système embarqué pour les futurs objets connectés (et au-delà pour l’Internet des Objets) nécessite de mettre en œuvre efficacement des applications dynamiques sur des architectures flexibles et parallèles, ce qui induit une complexité qui n’est pas supportée par les approches de conception classiques. Il est donc nécessaire de repenser les méthodologies, les architectures et d’utiliser de nouvelles approches afin de répondre à l’enjeu de la conception des futurs systèmes embarqués adaptables.

Objectifs
Le programme transversal « DICE » (Design and Implementation of Communicating Embedded Systems) vise à regrouper les compétences des équipes de l’IETR dans le domaine de la conception d’architectures de systèmes embarqués flexibles, communicants et performants. Ainsi immergés dans différentes équipes de l’unité les participants à ce programme ont et développent des compétences aux frontières de différents domaines applicatifs (vidéo, communications, radar, etc.) tout en proposant des méthodes et méthodologies adaptées aux nouveaux enjeux de conception. Ces travaux amènent alors au développement de systèmes embarqués innovants répondant aux défis posés par la société numérique.

Une force de l’IETR est de fédérer en son sein l’ensemble des compétences requises pour la conception des futurs systèmes embarqués communicants. Couvrant les domaines de la micro-électronique, des communications RF, du traitement du signal et de la conception d’architectures de systèmes, l’unité sera en mesure de répondre à des appels à projets pluridisciplinaires dans le cadre des défis sociétaux qui se posent à nous.

Résultats attendus
Outre l’affirmation de cette thématique au sein du laboratoire, permettant une meilleure visibilité des équipes impliquées et la reconnaissance de leur excellence, cette structuration a pour ambition de faire émerger de nouvelles actions communes à d’autres équipes dans l’unité. Cela permettra par exemple la création de démonstrateurs dans le cadre de nouvelles études et projets collaboratifs. Cette action s’appuiera aussi sur une base de connaissance commune permettant une diffusion du savoir-faire des équipes en conception de systèmes embarqués et de mutualiser des plates-formes d’intégration souvent complexes et couteuses. Afin de favoriser les échanges, nous intégrerons des rencontres dédiés lors d’événements déjà présents au sein de l’unité (séminaires à CentraleSupélec, journée des doctorants IETR), par l’organisation de journées thématiques dans le cadre des GDR Soc-Sip / ISIS et organiserons une rencontre spécifique annuelle sous la forme d’un séminaire.

Cette mutualisation des compétences et des plates-formes d’implémentation permettra à l’unité de s’affirmer dans le domaine de la conception des systèmes embarqués communicants répondant aux défis de la société numérique. Cela permettra alors de développer des projets collaboratifs au niveau régional (notamment approches RFI des pays de la Loire), national via la réponse aux différents appels à projet (ANR et autres) mais aussi au niveau international (H2020), y compris des projets pluridisciplinaires comme dans le cadre des appels ANR RHU où plusieurs équipes de l’IETR se sont associées récemment (avril 2015) dans le cadre d’un projet co-porté par les CHU de Rennes et Brest.

La réflexion menée permettra aussi de structurer des collaborations avec d’autres équipes à l’interface ou de futurs personnels recrutés autour de thématiques non présentes actuellement au sein de l’unité (lien avec le réseau, le big-data, les capteurs, etc.).

Équipes impliquées

- CUTE : les compétences de l’équipe CUTE couvrent le périmètre des antennes miniatures, des antennes intégrées sur des supports non standards (textile, polymères, etc.), des antennes reconfigurables, et des sources large bande ou multi-bande. C’est dans ce cadre que pourra se faire l’apport de l’équipe, sur la conception d’antennes miniaturisées, adaptées aux matériaux et aux bandes passantes spécifiques des objets communicants.

- SCEE : l’équipe SCEE est impliquée dans la conception de systèmes électroniques pour les communications sans fil. La capacité d’adaptation dynamique des traitements est un point particulièrement étudié, notamment pour répondre aux besoins en termes d’auto-adaptation de la radio intelligente, mais aussi de plus en plus pour les systèmes de sécurité numériques. Les contributions de SCEE porteront aussi bien sur les méthodes de conception, que les études algorithmiques, l’exploitation de technologies innovantes ou la matérialisation de fonctions de sécurité jusque-là codées en logiciel.

- SYSCOM : l’équipe SYSCOM apportera son expertise sur la conception de systèmes embarqués flexibles. Ainsi l’équipe travaille au développement de nouvelles architectures de systèmes numériques fiables et faible consommation, aux méthodes de gestion de ces architectures au travers de logiciels embarqués optimisés et à la définition de méthodologies efficaces de conception des parties logicielles et matérielles des futurs systèmes embarqués.

- VAADER : l’équipe VAADER est très active dans l’activité du programme DICE sur des applications de traitement du signal et des images. Deux outils Open Source ont été développés sur cette thématique (PREESM : http://preesm.sourceforge.net/website/ ; ORCC : http://orcc.sourceforge.net) depuis 2007. Les travaux récents et futurs s’orientent vers la prise en compte de l’énergie dans les critères d’optimisation des outils et vers la prise en compte de contraintes temps-réel obligatoire dans les futurs systèmes embarqués.






Départements et équipes de recherche
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