## Scheduling Analysis of Tasks Constrained by Time-Division Multiplexing: Application to Software Radio Protocols

## Analyse d’Ordonnancement de Tâches Contraintes par Time-Division Multiplexing: Appliquée aux Protocoles Radio Logicielle

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- PersonId : 962266

### Résumé

The work, presented in this thesis, aims at performing automatically scheduling analysis of Time Division Multiple Access (TDMA) based communication systems. Products called software radio protocols, developed at Thales Communications & Security, are examples of such systems.TDMA is a channel access method based on the division of time into several time slots. TDMA-based software radio protocols are real-time embedded systems. They are implemented by tasks that are statically allocated on multiple processors. A task may have an execution time, a deadline, and a release time that depend on TDMA. The tasks also have dependencies through precedence and shared resources.TDMA-based software radio protocols have architecture characteristics that are not handled by scheduling analysis methods of the literature. A consequence is that existing methods give either optimistic or pessimistic analysis results. Furthermore, existing architecture models at Thales do not contain enough information to be used for scheduling analysis. The information is only available in specification documents. These issues impact the possibility to perform scheduling analysis, but also the possibility to perform it automatically.The propositions of this thesis solve these problems. An experimental architecture model is proposed in the UML MARTE modeling language. The architecture model is transformed to a task model called Dependent General Multiframe (DGMF). The DGMF task model describes, in particular, the different jobs of a task, and task dependencies. To analyze DGMF tasks, they are transformed to another model called tree-shaped transaction. Transactions are precedence dependent tasks. Transactions that result from the transformation have non-immediate tasks. These tasks are not necessarily released immediately by their predecessor task. To consider the effects of non-immediateness, this thesis proposes the WCDOPS+NIM schedulability test for tree-shaped transactions. The general analysis method is implemented as a toolchain that can be used by engineers at Thales.Experimental results show that the propositions give less pessimistic schedulability results, compared to fundamental methods. The results are less pessimistic for both randomly generated systems and real case-studies from Thales. Furthermore, experiments show that scheduling analysis can be applied automatically to a TDMA-based software radio protocol.Less pessimistic results are important for engineering work, in order to limit the over-dimensioning of resources. The automatic analysis is a gain in productivity. These are advantages for engineers in the more and more competitive market of software radios.Experimental results show that the DGMF gives less pessimistic analysis results for TDMA-based software radio protocols. The results are less pessimistic for both simulated systems and real case-studies developed at THALES. Furthermore, the approach is scalable to real systems and the analysis can be performed automatically on such systems.

Le travail présenté dans cette thèse vise à analyser automatiquement l’ordonnancement de systèmes de communications basés sur TDMA. Des produits développés chez Thales Communications & Security, appelés protocoles radio logicielle, sont des exemples de tels systèmes.TDMA est une méthode d’accès au canal basée sur la division du temps en slot temporel. Les protocoles radio logicielle basés sur TDMA sont des systèmes temps-réel embarqués. Ils sont implémentés avec des tâches allouées statiquement sur des processeurs. Une tâche peut avoir un temps d’exécution, une échéance, et un temps d’activation qui dépendent de TDMA. Les tâches sont dépendantes par précédence et ressource partagée.Les protocoles radio logicielle basé sur TDMA ont des caractéristiques d’architecture qui ne sont pas supportés par les méthodes d’analyse de la littérature. Elles donnent donc des résultats d’analyse optimistes ou pessimistes. De plus, les modèles d’architecture à Thales ne contiennent pas assez d’informations pour être utilisés pour l’analyse. Ces informations ne sont disponibles que dans des documents de spécification. Ces problèmes impactent la possibilité d’appliquer l’analyse mais aussi de l’appliquer automatiquement.Les propositions de cette thèse règlent ces problèmes. Un modèle d’architecture expérimental est proposé en UML MARTE. Le modèle d’architecture est transformé au modèle de tâche Dependent General Multiframe (DGMF). DGMF décrit, en particulier, les activations d’une tâche et ses dépendances. Pour analyser les tâches DGMF, elles sont transformées en un autre modèle appelé transaction arborescente. Les transactions sont des tâches contraintes par précédence. Les transactions issues de la transformation ont des tâches non-immédiates. Une telle tâche n’est pas nécessairement activée immédiatement par son prédécesseur. Pour prendre en compte l’effet de la non-immédiateté, cette thèse propose le test d’ordonnançabilité WCDOPS+NIM pour transaction arborescente. La méthode d’analyse générale est implémentée comme chaîne d’outils dédiée aux ingénieurs chez Thales.Des expériences montrent que les propositions donnent des résultats d’ordonnançabilité moins pessimistes, comparés aux méthodes fondamentales. Les résultats sont moins pessimistes pour des systèmes générés aléatoirement et des vrais cas d’étude chez Thales. L’analyse peut aussi être appliquée automatiquement à un protocole radio logicielle basé sur TDMA.Des résultats moins pessimistes permettent de limiter le surdimensionnement des ressources. L’analyse automatique est un gain de productivité. Ce sont des avantages pour les ingénieurs dans un marché de la radio logicielle de plus en plus compétitif.

### Mots clés

- task model

- scheduling analysis

- embedded

- real-time

- architecture model

- software radio protocol

- modèle de tâche

- GMF

- transaction

- modèle d'architecture

- UML MARTE

- temps-réel

- embarqué

- protocole radio logicielle

- TDMA

- analyse d'ordonnancement

### Domaines

- Informatique [cs]

- Génie logiciel [cs.SE]

- Modélisation et simulation

- Performance et fiabilité [cs.PF]

- Recherche opérationnelle [math.OC]

- Réseaux et télécommunications [cs.NI]

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