RECHERCHE

Je suis membre du laboratoire I3S (Informatique, Signaux et Systèmes de Sophia Antipolis) depuis sa création. Ce laboratoire de l'Université de Nice-Sophia Antipolis était URA 1376, puis est devenu UPRESA 6070 lors du nouveau contrat (1997). Il est maintenant l’UMR 6070 (depuis 2000)

RÉSULTATS MARQUANTS

Je tiens à demeurer un chercheur actif, c’est à dire que je continue de proposer des idées, de les développer et de les mettre en œuvre.

J’assume aussi celui d’animateur d’une équipe de recherche: l’équipe SPORTS.

Les résultats les plus marquants de ces dernières années concernent l’approche synchrone :

DOMAINE DE RECHERCHE

Ayant passé ma thèse d’État sur une équivalence observationnelle dans les réseaux de Petri, j’ai publié des résultats dans ce domaine jusqu’en 1991. Face aux limitations que je rencontrais pour modéliser les systèmes temps réel avec ces modèles, je me suis tourné vers l’approche synchrone, en fin des années 1980.

DIGRESSION SUR L’APPROCHE SYNCHRONE

Pourquoi avoir été séduit par cette approche ? Je crois que j’ai été très sensible à l’expressivité, la rigueur et l’élégance du langage Estérel. J’ai été conquis par l’approche de Gérard Berry, inventeur des sémantiques du langage, qui a fait table rase des dérives que l’on constatait dans le domaine de la programmation en temps réel : celle de vouloir à tout prix rajouter des concepts temps réel sur des langages qui n’étaient pas faits pour cela.

Le langage a été doté d’une sémantique mathématique. Ceci explique la rigueur et l’élégance de l’approche. Mes inquiétudes initiales ont été que les hypothèses sous-jacentes, qui simplifient fortement la réalité, ne rendent ce langage inexploitable. En fait je me suis retrouvé en terrain connu. Les informaticiens étaient en train de retrouver, à leur façon, ce que les gens des circuits savaient depuis longtemps : il est beaucoup plus facile de concevoir des applications contrôlées par des horloges (réalisations dites synchrones) que des applications asynchrones. Ceci a été pour moi un déclic. Il y avait possibilité avec ce type de langage de traiter une large classe d’applications : celle des systèmes à contrôle dominant. Ces systèmes sont avant tout réactifs et généralement soumis à des contraintes de fonctionnement en temps réel.

Les automatismes industriels entrent dans la catégorie des systèmes à contrôle dominant. Le « Grafcet » est largement utilisé pour spécifier ou programmer ces applications. Le problème avec ce modèle était le flou existant dans la normalisation, laissant la place à des interprétations diverses et parfois contestables. Dès 1992, au congrès Grafcet’92, j’ai introduit l’idée que le Grafcet était très proche des langages synchrones (référence [A.93] page 11 ) et qu’on pouvait lui donner une sémantique mathématique voisine de celle d’Estérel. L’article référencé [A.94] publié dans la revue APII en 1994, co-signé avec D. Gaffé, formalisait « événements et conditions en Grafcet ». C’est avec plaisir que j’ai constaté lors du congrès MSR (Modélisation des Systèmes Réactifs) en 1996, que d’autres chercheurs s’étaient lancés dans cette voie.

Depuis, nos recherches (équipe SPORTS) sont très liées aux possibilités offertes par les approches synchrones. Nos objectifs sont de les rendre accessibles, en fournissant des outils et méthodes, tout en garantissant leur bien fondé, par des études de sémantiques et de techniques de preuves.

Ceci illustre la complémentarité application/théorie. Ma conviction est que dans le domaine des sciences de l’ingénieur qui est le nôtre, il faut partir de problèmes pratiques, leur apporter des solutions et formaliser ces solutions. Formaliser doit être compris comme « donner une signification formelle » et non introduire des formalismes qui ne seraient que de simples notations. Le fait d’avoir des modèles mathématiquement bien fondés est de première nécessité pour nos applications. Toutefois il n’est pas suffisant qu’un modèle soit « beau », il faut aussi qu’il soit capable de traiter des problèmes réels. Dans les applications que nous étudions, les exemples « jouets » ont un intérêt limité ; il faut des méthodes et des outils qui « passent à l’échelle ». Les transferts décrits plus loin n’ont fait que me renforcer dans cette opinion.

L’ÉQUIPE SPORTS

Comme en témoigne la liste des publications, les recherches sur les réseaux de Petri ont été faites en chercheur « solitaire ». Le caractère théorique de ces recherches pouvait s’accommoder de cette situation. Par contre l’étude des systèmes réactifs et temps réel par son caractère pratique de création d’outils et méthodes nécessitait la collaboration de plusieurs chercheurs.

Historique

J’ai modestement débuté avec un thésard, Luc Fancelli (thèse en 1990) portant sur une modélisation hiérarchique avec réseaux de Petri introduisant la notion de préemption, empruntée au langage Estérel. Cette étude a lancé les bases d’une approche mixte asynchrone (exécutifs) et synchrone (Estérel).

Ensuite, avec Marie-Agnès Peraldi (thèse en 1993), les travaux se sont orientés vers les réalisations effectives. Le sujet était la programmation d’un micro-contrôleur très performant pour l’époque (le RTX2000) à partir du langage Estérel. L’aspect pratique du travail portait sur le compilateur et la réalisation d’un moteur d’exécution. La partie théorique concernait la prévision des performances temporelles de la réalisation (voir l’article [A.96] publié en 1996 dans Real Time Systems).

De cette époque date la constitution de l’équipe de recherche à laquelle j’ai donné le nom de SPORTS (Synchronous Programming Of Real Time Systems). Bien sûr, l’équipe ne fait pas un usage exclusif de la programmation synchrone, mais toutes les activités utilisent soit des sémantiques directement inspirées du synchrone, soit des outils et méthodes disponibles dans les environnements de développement synchrone.

En prolongement de cette activité dans les modèles synchrones, le projet SPORTS vise à une « méthodologie » de développement d’application de contrôle s’appuyant sur les paradigmes synchrones et objets. Nous tentatives pour faire pénétrer les idées synchrones dans le monde des objets commencent à porter leurs fruits (Communications aux conférences UML, [C.02.1], [c.03] ).

Composition

· 3 maîtres de conférence : D. Gaffé, M-A Peraldi-Frati, F. Mallet (recruté en 2003)

En tant que responsable de ce thème, j’encourage les études d’applications nouvelles tout en évitant la dispersion.

· les modèles synchrones (Grafcet, SyncCharts) pour la spécification, la programmation et l’analyse de systèmes à contrôle prépondérant,

· les objets réactifs, pour la simulation et l’évaluation de performance d’architectures (assemblage d’objets) et au-delà l’extension des standards de l’OMG aux approches synchrones,

· et les réseaux industriels temps réel (FIP, CAN, VAN) pour le développement d’applications réparties synchrones.

Politique de recherche

La politique de SPORTS est de développer les recherches en collaboration avec d'autres laboratoires, si possible au travers de contrats ou projets soutenus. Nous cherchons également à intéresser des industriels à nos travaux en proposant des prototypes opérationnels. Le dénominateur commun des recherches reste l'approche synchrone.

LIENS AVEC D’AUTRES ÉQUIPES

Ces liens ont été généralement établis lors de collaborations dans le cadre de projets nationaux.

Participation aux projets nationaux

C cube

Les recherches sur le parallélisme et les réseaux de Petri ont été soutenues dans le cadre de « C³ » (Coopération, Communication, Concurrence) de 1984 à 1988. Elles m’ont permis plus particulièrement de développer les notions d’équivalence observationnelle en réseaux de Petri.

GdR Automatique

En 1989, le pôle SED (Systèmes à Événements Discrets) a été créé au sein du GdR Automatique, sous la responsabilité de François Roubellat (LAAS). J’ai participé à la mise en place de ce pôle et j’ai joué avec Robert Valette (LAAS) un rôle d’animation dans le groupe de travail GT2 : « Conduite, Surveillance et Mise en œuvre ». Le projet sur les « approches asynchrones/synchrones des systèmes de production » a été soutenu par le ministère. Il impliquait le LAIL, le LAAS et l’I3S (fin du contrat : septembre 1993).

Toujours dans le GdR Automatique, j’ai participé activement au pôle C2A (Collaboration CAO Automatique) animé par Albert Benveniste (IRISA). Le centre d’intérêt était les relations entre synchrone et asynchrone. Ces réunions m’ont permis de faire connaître nos premières contributions dans l’étude et le développement d’applications synchrones et nous ont apporté un, modeste, support financier.

Le GdR Automatique s’est terminé en 1994. Avec lui, ces activités nationales ont disparu.

Consortium COVADIS

De 1997 à 1999, le MESR et la DGA a financé un projet sur la validation d’architectures distribuées (projet COVADIS). Il a été formé un consortium groupant Thomson LCR (Orsay), le LORIA (Nancy), l’IRCyN (Nantes), le LAIL (Lille) et l’I3S (Nice). Le rôle de SPORTS, dans ce projet porte plus particulièrement sur la sémantique des composants de l’architecture. Ce projet, initialement prévu pour 3 ans, a malheureusement été arrêté après deux ans. Le partenaire industriel s’est retiré du projet suite à une restructuration et ré-orientation thématique dans son entreprise. L’expérience acquise lors de ce projet sur les architectures et les composants a toutefois été très utile et est exploitée dans nos études actuelles sur l’utilisation d’UML dans les systèmes temps réel. Les quatre laboratoires universitaires ont été particulièrement frustrés par ce renoncement.

Laboratoires

Notre petite taille en tant qu’équipe nous a incité à établir de nombreuses collaborations. Ces collaborations se concrétisent par des publications communes (références [C.01.2], [A.99], [A.97], [C.99.1], [C.98.3], [C.98.2], [C.98.1], [C.97.3], [C.96.3], [C.93.2]). L’objectif de ces collaborations est de profiter au mieux des compétences de chacune des équipes.

· Le laboratoire avec lequel nous entretenons des liens privilégiés est le CMA (Centre de Mathématiques Appliquées de l’Ecole des Mines de Paris). Ce laboratoire est localisé à Sophia Antipolis. Il est le berceau du langage Estérel. Les études nouvelles sur le langage et son environnement sont réalisées en collaboration avec le projet MEIJE de l’INRIA dirigé par Robert De Simone. J’ai l’honneur d’être officiellement collaborateur extérieur de ce projet, ce qui me facilite grandement les accès aux ressources de l’INRIA.

· Supélec (Gif sur Yvette), laboratoire d’informatique (Guy Vidal-Naquet) pour les objets synchrones.

· Le LIT (Laboratoire d’Informatique Technique) de l’EPFL (Henri Nussbaumer), jusqu’en 1997.

LES TRANSFERTS

Diffusion des résultats

Elle se fait bien sûr au niveau des conférences et des revues (voir la liste des publications). J’ai été conférencier invité pour deux conférences internationales (références [C.96.2] page 14 et [C.93.1] page 15 ). Ces invitations permettent de faire des exposés « longs » et synthétiques. Ils ont été pour moi l’occasion de faire passer mes vues et convictions sur le paradigme synchrone. Je pense être assez convaincant puisque la présentation que j’ai faite à Real Time System’98 a été désignée par l’auditoire comme la meilleure communication scientifique (Référence [C.98.1] page 14 ).

En septembre 2003, j’ai donné un cours sur les modèles graphiques synchrones dans le cadre d’une école d’été « Temps Réel » à Toulouse [C.03.1].

Je participe également à des comités de programmes et à des groupes de travail informels mais très utiles pour nos recherches. C’est le cas de la communauté synchrone qui se réunit depuis une dizaine d’années en décembre de chaque année pour un séminaire de 5 jours. L’audience est internationale et les échanges très fructueux. Des journées thématiques comme celles organisées par la SEE sont également l’occasion de confronter les approches de chacun (voir la présentation [c.01.1] page 17 ).

Je profite également de mes déplacements à l’étranger pour faire des séminaires (Suisse, États-Unis, Canada).

Enfin, la diffusion du prototype éditeur/compilateur de syncCharts que j’ai réalisé permet de faire connaître les travaux de l’équipe SPORTS au niveau international. Toujours dans ce souci de mieux faire connaître les travaux de SPORTS, j’ai présenté l’environnement de programmation pour les SyncCharts à FEMSys 2001 ([c.01.2] page 17 ). Il s’agit d’une conférence sur les méthodes formelles appliquées aux systèmes critiques avec stands de démonstration d’outils universitaires et industriels.

Transferts industriels

J’ai déjà eu l’occasion de mentionner notre souci de créer des prototypes d’outils qui s’intègrent dans la plate-forme de développement synchrone. Par ces prototypes nous espérons toucher les industriels.

· Les syncCharts, pour lesquels je mets à disposition un prototype sur le WEB, ont été industrialisés par la société Simulog, puis par une nouvelle société « Esterel Technologies ». Les SyncCharts sont intégrés dans son produit « Estérel Studio ». Cette diffusion d’un produit issu de mes recherches, m’a ouvert de larges contacts avec des utilisateurs potentiels.

· Le compilateur/analyseur de Grafcet, écrit par Daniel Gaffé, membre permanent de l’équipe SPORTS, a été transféré à Schneider, pour ses automates programmables.

· Le simulateur construit autour des objets synchrones intéresse des entreprises qui développent des DSP performants.

Réflexion sur le développement de logiciels

Comme je l'ai indiqué plus haut, l'équipe SPORTS s'efforce de valider le résultat de ses recherches amont par la fourniture de logiciels mis à la disposition de la communauté scientifique.

Dans le domaine des logiciels, la notion de brevet n’est pas claire. D'autre part, peu de logiciels peuvent conduire à des développements industriels. Les SyncCharts, qui étaient à l'origine conçus comme un produit « universitaire », ont retenu l'attention d'utilisateurs industriels. Ceci n'a pu se faire qu'en proposant un produit suffisamment élaboré, démonstratif et fiable. Il a fallu également un effort important de diffusion de l'information : des séminaires et des journées de travail ont dû prolonger les introductions académiques faites lors de conférences. Le développement de logiciels « crédibles » et leur promotion, nécessitent un gros investissement en temps. De plus, durant leur phase de conception, ces logiciels ne se prêtent pas à publication.

J'ai en 1997 investi une partie importante de mon temps dans la construction d'un prototype pour le traitement des SyncCharts. La possibilité de développement par des professionnels est une opportunité à saisir. Je suis persuadé que l'équipe SPORTS pourra, au travers de cette expérience, valoriser une grande partie de ses produits et faire passer, par leur intermédiaire, les concepts sous-jacents, ce qui est en fait le but initialement recherché.

Je compte continuer d’animer l'équipe dans ce sens : faire une recherche de fond, « tirée » par les applications. C'est à dire être réceptif aux demandes des industriels qui peuvent nous apporter de vrais problèmes, et leur proposer des solutions innovantes qu'ils puissent effectivement appliquer.

ENCADREMENTS

J’ai encadré 5 thèses. Le problème est maintenant de trouver de nouveaux thésards. Bien que le domaine soit porteur, les divers DEA de l’Université de Nice n’attirent pas particulièrement les étudiants qui pourraient s’intéresser aux recherches de SPORTS. La plupart donnent leur préférence à un DESS. Cette situation semble, hélas, devenir courante.

Mon espoir est que le développement très fort de ce qui tourne autour des « systèmes embarqués » va créer de nouvelles formations qui nous apportent enfin des étudiants ayant à la fois de bonnes connaissances en EEA et en Informatique.

Thèses

Luc Fancelli

Marie-Agnès Peraldi

Sujet : implantation de programme Estérel sur RTX2000, avec comportement temporel prévisible

Devenir : Post-doc à l’EPFL Lausanne(1994), puis maître de conférence à Nice (1995)

Daniel Gaffé

Hédi Boufaïed

Lionel Blanc

Le nombre de thèses encadrées est modeste. Il convient d’abord de rappeler le contexte difficile pour trouver des étudiants motivés. D’autre part, je consacre beaucoup de temps aux thésards si bien que je n’ai jamais pu avoir plus de deux thèses en cours. Enfin, je constate que les docteurs formés sont très vite embauchés (le dernier l’était même avant d’avoir effectivement soutenu sa thèse) et je note également un évolution significative vers les activités autres que l’enseignement supérieur.

La pénurie en doctorant est non seulement préjudiciable pour moi, elle constitue également un handicap pour l’équipe de recherche. N’ayant plus de thèse en cours, je n’ai plus demandé de prime d’encadrement doctoral. Pour rendre notre projet plus attractif, j’essaie de créer un projet commun avec une équipe INRIA (voir les perspectives, ci-dessous).

Rapports

J’ai rédigé une soixantaine de rapports pour thèses ou habilitations [1] . Les domaines couverts sont le parallélisme (réseaux de Petri), l’informatique industrielle, mais aussi informatique générale. Une remarque à ce propos est un glissement des thèmes d’expertise, qui correspondent aux évolutions des activités de recherche vers des aspects plus informatiques. Ainsi en 2002 j’ai rapporté sur deux thèses nettement étiquetées informatique : l’une traitant « de langages typés fonctionnels synchrones » et l’autre portant sur «les objets actifs adaptables » utilisés dans des applications temps réel non strictes avec des objectifs de qualité de service.

Je suis lecteur souvent sollicité pour des revues (APII, JESA, IEEE Trans. On CST, European Journal Of Control) et congrès d’informatique industrielle. J’évalue occasionnellement des articles pour revue (LOBJET) et congrès informatiques.

Le laboratoire I3S devant être réexaminé par le comité national du CNRS à la session de printemps 2003, il a fallu écrire le rapport d’activité du projet [2] . J’y ai consacré pas mal d’énergie en juillet 2002. Le Comité d’Évaluation s’est tenu en décembre 2002. Ses conclusions.sont plutôt favorables pour le projet, mais elles le mettent en garde sur les dangers de couvrir trop de sujets avec une « petite » équipe. Le Comité approuve également les intentions de rapprochement avec le projet TICK de l’INRIA.

Conférences

J’étais en 2001, « Program Chair » de la conférence ETFA’2001 (Emerging Technologies and Factory Automation) qui s’est tenue à Antibes (F), du 15 au 18 octobre 2001. Avec mon collègue espagnol Joseph Fuertes, l’autre « program chair », nous avons sélectionné les sessions spéciales et défini l’organisation des sessions de la conférence.

PERSPECTIVES : projet commun AOSTE

Afin d’avoir des stagiaires, des doctorants et des post-doctorants, l’équipe SPORTS et l’action TICK de l’INRIA Sophia Antipolis ont entrepris une procédure de rapprochement officiel des deux équipes devant aboutir à un projet commun « UNSA-INRIA ». L’action TICK est dirigée par Robert De Simone, directeur de Recherche INRIA. La spécialité de cette équipe est la vérification formelle. Je collabore depuis longtemps avec cette équipe qui m’avait accepté comme « collaborateur extérieur ». Il s’agit maintenant d’impliquer tous les membres du projet SPORTS. SPORTS apportera son expérience dans la conception de contrôleurs et de construction de machine d’exécution.

Du côté laboratoire I3S, la thématique de cette nouvelle équipe ne devrait pas entrer en concurrence avec d’autres projets du laboratoire. En revanche, du côté de l’INRIA, il faut s’assurer de l’originalité ou de la complémentarité des thèmes choisis avec ceux des différents centres de recherche. Afin d’affiner les thèmes de recherche fédérateurs, je participe activement, parfois sous couvert de l’INRIA, parfois en tant que membre d’un laboratoire CNRS, à des projets ou groupes d’études [3] .

La création d’un projet commun avec l’INRIA est une procédure longue et délicate. Il a fallu pratiquement l’année 2003 pour monter le dossier et le présenter aux différentes commissions qui ont donné leur accord. Actuellement le projet est analysé par les rapporteurs internationaux (retour prévu : 1° trimestre 2004).

Le projet AOSTE traite des « Modèles et méthodes d’analyse et d’optimisation pour les systèmes temps réel embarqués ». De façon plus précise les thèmes de recherche sont :

Parmi les applications visées : les architectures électroniques embarquées (automobiles en particulier, projet européen EAST-EEA) et les SoC (Systems On Chip). Les détails sont disponibles sur la page WEB provisoire ( http://www-sop.inria.fr/aoste/index.html ).

Le thème de recherche n°3 témoigne de notre engagement dans le transfert des modèles académiques vers l’industrie. A ces fins, nous essayons de promouvoir les apports du synchrone auprès de l’OMG (Object Management Group ( http://www.omg.org ) organisme indépendant qui impose des standards de fait comme l’UML. La présentation faite à la conférence UML 2003 à San Francisco ( référence [c.03] ) avait pour objectif de faire connaître les approches synchrones à la communauté UML et de préciser nos objectifs scientifiques. Le projet PROTES (collaboration INRIA/CEA/Thallès), dont je suis membre, est le cadre retenu pour faire les propositions à l’OMG. L’objectif de PROTES est de définir un profil UML adapté aux systèmes embarqués.

[1] En 2001 habilitations Vernadat (Toulouse), Rondeau (Nancy), Tanzi (Lyon) et thèse Salem (Grenoble) ; en 2002 thèses Cuoq (Paris VI), Contreras (Lyon), Faucou (Nantes) ; en 2003 thèses Rossi (ENS Cachan), Dumitrescu (Grenoble).

[2] Rapport accessible sur http://www.i3s.unice.fr/~andre page recherche, projet SPORTS

[3] Projet ITEA « EAST » concernant les systèmes automobiles, pour l’INRIA ; Action Spécifique sur les SOC, aspects validation, pour le CNRS.