Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Modélisation et simulation haut-niveau de dispositifs MEMS pour le prototypage virtuel multi-physique en SystemC-AMS
Directeur de thèse:
François PECHEUX (LIP6)
Directrice de thèse:
Marie-Minerve LOUËRAT (LIP6)
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
{{Contexte}}
Les progrès en micro et nano technologies conduisent à l’émergence de nouvelles applications qui toutes interagissent finement avec leur environnement. Cet environnement intègre des domaines aussi variés que la physique (optique, mécanique, acoustique…), la biologie ou la chimie.
{{Objectif}}
De nos jours on intègre sur une même puce les parties analogiques, mixtes, radiofréquences et logicielles. Les méthodes et outils sont maintenant disponibles pour concevoir de tels systèmes. Mais il leur manque la nécessaire possibilité de description des environnements multi physiques, comme par exemple des nombreux capteurs et actionneurs, des éléments micro électromécaniques (MEMS), des capteurs liés à la biologie (ex : laboratoires sur puce) ou à la chimie (ex : détecteurs de gaz). Tous ces composants sont susceptibles d’interagir entre eux mais aussi avec le logiciel de contrôle.
Pour relever ce défi, nous proposons la création d’un environnement de travail unifié, où la définition du système, le partitionnement de l’application entre les divers domaines physiques et la fonctionnalité globale pourront être analysés et vérifiés. L’objectif principal de cette thèse est la modélisation et simulation des dans le cadre d’une plateforme de travail unifiée pour la conception et la mise au point de prototypes virtuels de systèmes multi physiques. La réalisation des tels prototypes virtuels multi physique permet une vue de haut niveau de l’application. Cette vue peut alors être déclinée et raffinée en chacun de ses composants et, de proche en proche, conduire à des spécifications de plus en plus précises en valides de chaque sous composants, donc correctes par construction.
Cette thèse se propose d’introduire une méthodologie innovante pour la réalisation de tels systèmes, ainsi que les outils associés, simulateur et interfaçage multi domaines basés sur le langage SystemC-AMS. Pour ce faire, la thèse capitalisera sur la plateforme de conception existante MEMS+ [1, 2, 3] et étendra à la multi physique les résultats obtenus par le projet MEDEA+ Beyond DREAMS [4, 5] qui était, lui, restreint au domaine purement électronique.
{{Innovations clés}}
Ce sujet de thèse propose des innovations clefs destinées à implémenter un environnement de conception unifié dédié au prototypage virtuel des systèmes multi physique assistés par l’électronique. A savoir :
-* Investigation d’une méthodologie de conception à haut niveau, d’exploration d’architecture et de vérification de systèmes MDVP basés sur les MEMS.
-* Contribution à un environnement de conception unifié dédié aux systèmes multi-physique avec MEMS
-* Contribution à une approche « correct par construction » pour l’intégration des MEMS dans le système complet.
Cette thèse se concentrera sur les aspects de modélisation au niveau système pour les applications multi physiques afin de permettre la définition unifiée du système complet, l’exploration et l’optimisation de l’architecture et d’autoriser la vérification croisée inter domaines. La méthode sera validée sur des applications variées issues des secteurs divers (communication, aéronautique etc.).
Nous proposons de développer de nouvelles techniques de modélisation pour abstraire les phénomènes rencontrés en multi-physique pour spécifier, analyser et optimiser une application dès le début du cycle de conception. Dans l’état de l’art actuel, ce niveau d’abstraction est présent dans le domaine de l’électronique numérique (logiciel et matériel, C++, SystemC….) et de l’électronique analogique ou AMS (ex: SystemC AMS). Rien n’est présent pour les autres domaines physiques tels que la mécanique, l’optique ou encore la biologie.
Le compromis efficacité précision doit être suffisant pour permettre des temps de calcul raisonnables par rapport à la conception habituelle de systèmes.
Il s'agit de mener une approche « correct par construction » pour l’intégration des sous-systèmes hétérogènes dans le système complet.
{{Organisation des travaux de recherche}}
Les travaux du doctorant porteront sur l’écriture, en C++, d’une interface étendue entre SystemC et les modèles de MEMS basé sur la plateforme MEMS+ existante. Le travail sera évalué sur divers modèles de systèmes multidisciplinaires à réaliser par le doctorant.
Les étapes successives de la thèse porteront sur :
-* La compréhension du SystemC et du prototype de simulateur Fraunhofer SystemC-AMS existant.
-* L’étude des besoins de simulation et de la co-conception pour prototypes virtuels multi-domaines (MDVP) basés sur les MEMS.
-* L’étude des différents modèles de calculs et simulateurs existants pour sélectionner le plus adapté pour les systèmes MEMS afin de permettre la mise en œuvre de la méthode des éléments finis pour la modélisation de systèmes mécaniques et physiques et leur intégration possible dans SystemC-AMS. Si aucun des modèles de calcul existants n'est adapté aux modélisations MEMS pour simuler ces systèmes dit à t
Doctorant.e: Vernay Benoit