Grupo de Ingeniería Microelectrónica

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Departamento de Tecnología Electrónica, Ingeniería de Sistemas y Automática Universidad de Cantabria
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LINEA DE INVESTIGACION:
 Especificación de sistemas embebidos
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PERSONAS:
Eugenio Villar (Responsable de esta línea de investigación)
Fernando Herrera
Pablo Peñil
CAMPOS DE TRABAJO:
Uno de los problemas que centra nuestra actividad en la actualidad lo constituye la especificación del sistema para su análisis y co-diseño posterior. Esta línea arrancó con un estudio general de los requerimientos exigibles a un lenguaje de especificación para co-diseño. El estudio incluía un análisis de Ada como lenguaje de especificación y su traslación a VHDL para síntesis hardware [LVSV97][ViVe98][ViDe98][ViLo99][LVV99], el estudio de las ventajas aportadas por la reusabilidad a este nivel [HSUV99] y el análisis comparativo de varios lenguajes realizado sobre un mismo "benchmark" [GMN00].

En este campo, dentro del proyecto BELSIGN, se mantuvo una colaboración con el CTIT de la Universidad de Twente con el objetivo de definir y especificar una arquitectura flexible para la implementación HW/SW de las capas de adaptación ATM. Este sistema sirvió de demostrador sobre el que experimentar las técnicas propuestas [TVH96a][TVH96b][AVHG97][AVVH98a][AVVH98b]. Esta colaboración supuso la estancia de H.W.A. Teunissen en el GIM y de A. Antón y E. Villar en el CTIT.

Entre estas iniciativas, SystemC es la que cuenta con un mayor apoyo tanto por parte de las empresas de CAD como de los usuarios [FeVi08]. Su uso se ha consolidado desde su aprobación como estándar IEEE. La experiencia ganada con Ada nos sirvió de base para estudiar la capacidad real de SystemC como lenguaje de especificación de sistemas embebidos HW/SW. Esta línea de investigación arrancó dentro del proyecto FEDER anteriormente citado [Vi01b][HeFe01][HCV01].

La metodología de especificación de sistemas heterogéneos en SystemC se ha mostrado válida para soportar distintos modelos de computación [HSV04][HSV05][HeVi06a][HeVi06b]. Esta línea de investigación tuvo un impulso significativo como consecuencia de la estancia de Fernando Herrera en el LECS bajo la dirección de Axel Jantsch. Esta actividad se ha desarrollado dentro del proyecto CICYT anteriormente citado [PRO03]. La metodología se ha implementado en la librería de especificación heterogénea en SystemC, HetSC [HSV05]. Las metodologías de especificación y síntesis SW configuran un entorno de diseño de sistemas electrónicos embebidos desde SystemC [HeVi07]. Este entorno constituye la aportación principal de la Tesis Doctoral con Mención Europea presentada por Fernando Herrera [He09]. La librería y los fundamentos en los que se basa fueron presentados en el ARTIST2 Workshop on Models of Computation and Communication MoCC'06 [Vi06].

En el proyecto IST 033511 ANDRES la metodología de especificación heterogénea en SystemC se formalizó con la definición de las transformaciones válidas entre modelos de computación durante el proceso de diseño completo y se extendió al diseño de sistemas adaptativos [HOSN07][HOHS07]. Los primeros resultados fueron el estudio de la inter-operabilidad entre HetSC y SystemC-AMS [HVGDH07][HVGDH08] y los Documentos Entregables D1.1a y D1.2a. Estos trabajos han permitido la definición de una metodología general de especificación heterogénea de sistemas adaptativos [HDGHV08][HVH08] en los que distintas metodologías específicas (HetSC para SW adaptativo, OSSS+R, para HW dinámicamente reconfigurable y SystemC-AMS, para el subsistema analógico-digital), se integran en un entorno de diseño de sistemas heterogéneos [HDG06][HHF07][GHHHV08]. El modelado de SW adaptativo se sustenta en una librería específica [RHV09]. El proyecto terminó exitosamente en Septiembre de 2009 [ICT09]. Posteriormente se demostró la capacidad de la metodología de especificación adaptativa A-HetSC de soportar el diseño de HW dinámicamente reconfigurable [HVH11][HUV12].

En el proyecto FP7 216807 SATURN [Vi09], se trabajó en la definición de una semántica formal para diferentes Modelos de Computación en entornos integrados de modelado y verificación UML/SysML, UML/MARTE y SystemC [MHM11]. Junto a un estudio del estado del arte en diseño de sistemas embebidos [PeVi08a], un primer resultado fue un estudio de las metodologías de generación de código y modelado MDA [PeVi08b]. La contribución principal del Grupo de Ingeniería Microelectrónica al proyecto fue la generación automática de modelos ejecutables SystemC desde las especificaciones SysML y MARTE [PVPM09][PMPV09][PHV11] basada en la formalización de la interoperabilidad entre MARTE y SystemC [PPV10][Vi10]. Esta contribución permitió dar soporte formal a la metodología SATURN de modelado, generación de código y verificación del sistema [PeVi09][PVM10][MHM10a][MHM10b]. La experiencia ganada en Saturn sirvió de base para el proyecto Complex.

Un aspecto particularmente importante lo representa la especificación y verificación de restricciones temporales desde la especificación del sistema a lo largo del proceso de diseño [Vi02a].

Es en el proyecto Complex en el que, resultado de una estrecha colaboración con GMV, se define la metodología de especificación de sistemas electrónicos embebidos basada en UML/MARTE [HPP14]. Esta metodología se enriquece en dos aspectos principales. Por un lado, ampliando los mecanismos de comunicación entre componentes mediante la introducción del canal. Por otro, mediante la identificación de ejecutables con la introducción de los espacios de memoria en cada OS. Ambas características facilitan la síntesis de la pila SW a ser ejecutada en cada nodo computacional. La posibilidad de soportar varias tareas de diseño(i.e. simulación & síntesis), eventualmente, todas, desde el mismo modelo abre la puerta a la utilización de UML/MARTE como código único [VNP14]. Otro aspecto de mejora es el modelado del entorno [HPP14].

Esta metodología de especificación se consolida en Contrex como el punto central de un un entorno de código-único de modelado, análisis, diseño y síntesis de sistemas embebidos complejos [HMV16]. La metodología incorpora extensiones para el modelado de sistemas de criticidad mixta, que facilitan la exploración del espacio de diseño [HPV15][HeVi16] y permiten el modelado de sistemas distribuidos conectados mediante redes de comunicación [EFQ14]. La integración del sistema embebido como parte de un Sistema de Sistemas proporcionando un servicio al usuario final obliga a replantear las metodologías de especificación, modelado, análisis y diseño. En este terreno, se plantea la Internet de Todas las Cosas (IoE) como la última frontera de la electrónica que demanda extender el entorno de modelo de fuente única a servicios basados en componentes funcionales que pueden ser desplegados sobre recursos computacionales de distinto tipo, desde pequeñas motas, sistemas embebidos y apps en móviles hasta funciones en grandes centros de datos. UML puede proporcionar los recursos necesarios para integrar distintos lenguajes específicos de dominio en un único modelo del sistema de sistemas cuyos componentes puedan ser desplegados sobre cualquier recurso computacional dependiendo de los requisitos que se exijan [MVH17].
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