Contributing to the efficiency of object-oriented programs on embedded processors

Les systèmes embarqués sont largement utilisés de nos jours. Pour des raisons d'efficacité, les plus contraints en termes de ressources sont toujours programmés en C et en assembleur. L'adoption de langages de plus haut niveau tels que C# ou Java offrirait plus d'abstraction au programmeur, ce qui réduirait les temps de développement et par conséquent le coût de ces systèmes. Certains d'entre eux ont déjà migré vers de tels langages, comme les téléphones mobiles ou les tablettes tactiles, mais ils sont équipés d'une grande quantité de mémoire externe et ne reflètent pas la majorité des systèmes embarqués.Cette thèse s'intéresse à l'implémentation de Java et .NET pour l'embarqué, et plus spécifiquement à la compilation efficace du polymorphisme. Ce polymorphisme génère un certain coût à l'exécution, comme des indirections dans le cas des appels de méthodes (polymorphisme d'inclusion), ou de la duplication de code dans le cas de la généricité (polymorphisme paramétrique). De nombreuses techniques d'implémentation ont été proposées, notamment pour Java. Il reste cependant à identifier lesquelles sont applicables pour le type de systèmes que nous ciblons, et à en concevoir de nouvelles pour certains aspects comme la généricité. Nous partons du principe que les techniques globales (hypothèse du monde clos) sont les mieux adaptées. Par l'analyse de types, nous détectons qu'une partie importante des programmes est monomorphe et qu'elle peut donc être compilée sans surcoût. Pour implémenter le polymorphisme restant, nous choisissons la technique la mieux adaptée au matériel cible. Nous proposons également une implémentation de la généricité qui est adaptée aux systèmes embarqués. D'après nos évaluations, l'impact négatif du polymorphisme sur l'efficacité est largement réduit. L'efficacité du code optimisé devrait s'approcher de celle du C, et les techniques que nous employons pourraient être applicables dans le contexte plus général du chargement dynamique.Nowadays, embedded systems are ubiquitous. For efficiency reasons, most constrained systems are still programmed in C and assembly. Adopting higher-level languages such as C# or Java should enhance the level of abstraction offered to programmers and reduce development time and cost for these systems. A small part of them have migrated to such languages, like smartphones and tablet computers, but they have a large amount of external memory available and do not represent the majority of embedded systems.This thesis focuses on the implementation of Java and .NET for embedded systems, and more especially on the efficient compilation of polymorphism. Polymorphism generates an overhead at run-time, such as indirections when methods are invoked (inclusion polymorphism) or code duplication in the case of generics (parametric polymorphism). Many implementation techniques have been proposed, especially for Java. However, it remains to identify which ones are applicable in the context of low-end embedded systems. We consider that whole program optimization (closed-world assumption) is well-suited in this context. Using type analysis, we observe that most part of programs is monomorph, therefore it can be compiled with no overhead with respect to C. In order to implement the remaining polymorphism, we choose the technique which is better suited for the target hardware. We also propose an appropriate implementation of run-time generics. Our results show that the negative impact of polymorphism is mostly reduced. The efficiency of the optimized code should be comparable with C, and the techniques we employ could be applicable in the context of dynamic loading (open-world assumption)