Composable and concurrent models for real-time
Modèles composables et concurrents pour le temps-réel
Résumé
This thesis is concerned with the modelling of real-time systems using Petri nets. We investigate both the problem of time representation, and of preemption (i.e., interruption of the processes of a system) which is often needed for real-time applications.
We consider Petri nets without explicit temporal information. The key idea of our approach consists in introducing time through specific sub-nets representing clocks present in the system being modelled. This results in what we refer to as causal time since causality is the only means by which the precedence relationship between event occurrences is specified. For a succinct formulation of the causal time model, we use M-nets which are a class of coloured Petri nets endowed with compositional operators similar to those used by the standard process algebras. We extend the M-nets model in order to allow an efficient representation of asynchronous interprocess communication, and establish a number of theoretical results concerning such an extension. We use the resulting M-nets to model several clocks with varied characteristics, showing how they can be synchronised or kept independent. The suitability of the proposed approach is evaluated using a case study, and it is then used to give a semantics of the parallel programming language B(PN)² extended with real-time constructs.
In order to deal with preemption, we propose another extension of the M-nets model supporting operators for process suspension/resuming and abortion. The resulting model is investigated at the theoretical level, and applied to B(PN)² enhanced with exceptions and tasks.
We consider Petri nets without explicit temporal information. The key idea of our approach consists in introducing time through specific sub-nets representing clocks present in the system being modelled. This results in what we refer to as causal time since causality is the only means by which the precedence relationship between event occurrences is specified. For a succinct formulation of the causal time model, we use M-nets which are a class of coloured Petri nets endowed with compositional operators similar to those used by the standard process algebras. We extend the M-nets model in order to allow an efficient representation of asynchronous interprocess communication, and establish a number of theoretical results concerning such an extension. We use the resulting M-nets to model several clocks with varied characteristics, showing how they can be synchronised or kept independent. The suitability of the proposed approach is evaluated using a case study, and it is then used to give a semantics of the parallel programming language B(PN)² extended with real-time constructs.
In order to deal with preemption, we propose another extension of the M-nets model supporting operators for process suspension/resuming and abortion. The resulting model is investigated at the theoretical level, and applied to B(PN)² enhanced with exceptions and tasks.
Cette thèse traite de la modélisation des systèmes temps-réel à l'aide
de réseaux de Petri. Nous considérons séparément la question de
représentation du temps et celle de la préemption (interruption des
processus d'un système) qui est d'un usage courant pour les
applications temps-réel.
Nous utilisons des réseaux de Petri sans extension par des
informations concernant le temps. Notre approche consiste alors à
introduire le temps par des sous-réseaux spécifiques représentant les
horloges du système modélisé. Le résultat est appelé temps
causal puisque seule la causalité définit la relation de précédence
entre les occurrences des événements. Afin d'obtenir une formulation
élégante de l'approche causale du temps, nous utilisons le modèle des
M-nets, une classe de réseaux de Petri colorés composables à la
manière des algèbres de processus. Nous étendons ce modèle de façon à
permettre la représentation efficace des communications asynchrones
entre processus et les bases théoriques liées à cette extension sont
revisitées et mises à jour. Nous utilisons les M-nets ainsi étendus
pour modéliser plusieurs horloges aux fonctionnalités différentes.
Nous montrons comment des systèmes à plusieurs horloges, synchronisées
ou non, peuvent être assez simplement obtenus. La pertinence de notre
approche est évaluée par une étude de cas et appliquée à la sémantique
d'une extension d'un langage de programmation parallèle, appelé
B(PN)², par des instructions liées au temps.
Pour introduire la préemption nous proposons une nouvelle extension
des M-nets avec des opérations permettant la suspension/reprise et
l'avortement. Le modèle obtenu est étudié sur le plan théorique et
appliqué à l'extension de la sémantique de B(PN)² par des exceptions
et un système de tâches.
de réseaux de Petri. Nous considérons séparément la question de
représentation du temps et celle de la préemption (interruption des
processus d'un système) qui est d'un usage courant pour les
applications temps-réel.
Nous utilisons des réseaux de Petri sans extension par des
informations concernant le temps. Notre approche consiste alors à
introduire le temps par des sous-réseaux spécifiques représentant les
horloges du système modélisé. Le résultat est appelé temps
causal puisque seule la causalité définit la relation de précédence
entre les occurrences des événements. Afin d'obtenir une formulation
élégante de l'approche causale du temps, nous utilisons le modèle des
M-nets, une classe de réseaux de Petri colorés composables à la
manière des algèbres de processus. Nous étendons ce modèle de façon à
permettre la représentation efficace des communications asynchrones
entre processus et les bases théoriques liées à cette extension sont
revisitées et mises à jour. Nous utilisons les M-nets ainsi étendus
pour modéliser plusieurs horloges aux fonctionnalités différentes.
Nous montrons comment des systèmes à plusieurs horloges, synchronisées
ou non, peuvent être assez simplement obtenus. La pertinence de notre
approche est évaluée par une étude de cas et appliquée à la sémantique
d'une extension d'un langage de programmation parallèle, appelé
B(PN)², par des instructions liées au temps.
Pour introduire la préemption nous proposons une nouvelle extension
des M-nets avec des opérations permettant la suspension/reprise et
l'avortement. Le modèle obtenu est étudié sur le plan théorique et
appliqué à l'extension de la sémantique de B(PN)² par des exceptions
et un système de tâches.
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