Contribution à la mise-en-œuvre d'un moteur d'exécution de modèles UML pour la simulation d'applications temporisées et concurrentes

Model Driven Engineering (MDE) places models at the heart of the software engineering process. MDE helps managing the complexity of software systems and improving the quality of the development process. The Model Driven Architecture (MDA) initiative from the Object Management Group (OMG) defines a framework for building design flows in the context of MDE. MDA relies heavily on formalisms which are normalized by the OMG, such as UML for modeling, QVT for model transformations and so on. This work deals with the execution semantics of the UML language applied to embedded real-time applications. In this context, the OMG has a norm which defines an execution model for a subset of UML called fUML (foundational UML subset). This execution model gives a precise semantics to UML models, which can be used for analyzing models, generating code, or verifying transformations. The goal of this PhD thesis is to define and build an execution engine for UML models of embedded real-time systems, which takes into account the explicit hypothesis made by the designer about the execution semantics at a high level of abstraction, in order to be able to execute models as early as possible in the design flow of a system. To achieve this goal, we have extended the fUML execution model along three important axes with regard to embedded real-time systems: - Concurrency: fUML does not provide any mechanism for handling concurrent activities in its execution engine. We address this issue by introducing an explicit scheduler which allows us to control the execution of concurrent tasks. - Time: fUML does not provide any mean to handle time. By adding a clock to the model of execution, we can take into account the elapsed time as well as temporal constraints on the execution of activities. - Profiles: fUML does not take profiles into account, which makes it difficult to personalize the execution engine with new semantic variants. The execution engine we propose allows the use of UML models with profiles, and interprets these profiles as semantic extensions of the execution model. An implementation of these extensions has been realized as an Eclipse plug-in using the Papyrus UML modeling tool.L'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) place les modèles au cœur des processus de d'ingénierie logicielle et système. L'IDM permet de maitriser la complexité des logiciels et d'améliorer la rapidité et la qualité des processus de développement. Le Model Driven Architecture (MDA) est une initiative de l'Object Management Group (OMG) définissant un cadre conceptuel, méthodologique et technologique pour la mise-en-œuvre de flots de conception basés sur l'IDM. Le MDA s'appuie particulièrement sur une utilisation intensive des formalismes normalisés par l'OMG pour la mise-en-œuvre des flots IDM (UML pour la modélisation, QVT pour les transformations, etc.). Ce travail s'intéresse à la sémantique d'exécution du langage UML appliqué à l'exécution de modèles des applications temps réel embarquées. Dans ce contexte, l'OMG propose une norme qui définit un modèle d'exécution pour un sous-ensemble d'UML appelé fUML (foundational UML subset). Ce modèle d'exécution définit une sémantique précise non ambigüe facilitant la transformation de modèles, l'analyse, l'exécution de modèles et la génération de code. L'objectif de cette thèse est d'étudier et mettre-en-œuvre un moteur d'exécution de modèles UML pour les systèmes temps réel embarqués en explicitant les hypothèses portant sur la sémantique d'exécution des modèles à un niveau d'abstraction élevé afin de permettre l'exécution d'un modèle le plus tôt possible dans le flot de conception de l'application. Pour cela, nous avons étendu le modèle d'exécution défini dans fUML, en apportant une contribution sur trois aspects importants concernant les systèmes temps réel embarqués : * Gestion de la concurrence: fUML ne fournit aucun mécanisme pour gérer la concurrence dans son moteur d'exécution. Nous répondons à ce problème par l'introduction d'un ordonnanceur explicite permettant de contrôler les différentes exécutions parallèles, tout en fournissant la flexibilité nécessaire pour capturer et simuler différentes politiques d'ordonnancements. * Gestion du temps : fUML ne fixe aucune hypothèse sur la manière dont les informations sur le temps sont capturées ainsi que sur les mécanismes qui les traitent dans le moteur d'exécution. Pour cela, nous introduisons une horloge, en se basant sur le modèle de temps discret, afin de prendre en compte les contraintes temporelles dans les exécutions des modèles. * Gestion des profils : les profils ne sont pas pris en compte par ce standard, cela limite considérablement la personnalisation du moteur d'exécution pour prendre en charge de nouvelles variantes sémantiques. Pour répondre à ce problème, nous ajoutons les mécanismes nécessaires qui permettent l'application des profils et la capture des extensions sémantiques impliquées par l'utilisation d'un profil. Une implémentation de ces différentes extensions est réalisée sous forme d'un plugin Eclipse dans l'outil de modélisation Papyrus UML