Cours de programmation en language synchrone

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Cours de Programmationen Langage SynchroneSIGNALBernard HOUSSAISIRISA. Equipe ESPRESSO24 septembre 2004TABLE DES MATIERES 3Table des matieres1 Introduction 51.1 La Programmation Temps Reel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Traitement complet d’un exemple : le VEILLEUR . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.1 Le probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.2 Les signaux d’entree et de sortie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.3 Deroulement du processus VEILLEUR. . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.4 Hypotheses de synchronisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.5 Le processus VEILLEUR en langage SIGNAL. . . . . . . . . . . . . 81.2.6 Mise en uvre et execution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Les objets du langage: les signaux 112.1 Qu’est-ce qu’un signal? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 Ports, traces, ots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3 Types des valeurs des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.1 Type event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.2 Type boolean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3.3 Type integer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.4 Types real, dreal,... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.4 Declarations de signaux . ...

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Cours de Programmation en Langage Synchrone SIGNAL

Bernard HOUSSAIS IRISA. Equipe  ESPRESSO

24

septembre

2004

TABLEDESMATI  ERES

Tabledesmatieres

3

1 Introduction 5 1.1LaProgrammationTempsReel.........................5 1.2 Traitement complet d’un exemple : le VEILLEUR . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.1Leprobleme................................6 1.2.2Lessignauxd’entreeetdesortie.....................6 1.2.3DeroulementduprocessusVEILLEUR.................6 1.2.4 Hypotheses de synchronisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.5 Le processus VEILLEUR en langage SIGNAL. . . . . . . . . . . . . 8 1.2.6Miseenuvreetexecution........................9 2 Les objets du langage : les signaux 11 2.1 Qu’est-ce qu’un signal ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Ports, traces, ots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3 Types des valeurs des signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.1 Typeevent 13. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Typeboolean. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.3 Typeinteger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14. . . . . . . . 2.3.4 Typesreal, dreal,.... . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14 2.4Declarationsdesignaux.............................14 3 Denitions des signaux. Operateurs 15 3.1Denitiond’unsignal..............................15 3.1.1 Syntaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1.2Determinationdel’horloged’unsignal.................16 3.1.3  Elaborationdesdenitionsdesignaux.................17 3.2Operateursmonochrones.............................17 3.2.1Operateurspropresauxtypesdessignaux...............18 3.2.2Operateurhorloge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2.3Valeursprecedentesd’unsignal.Operateurretard..........18 3.3Operateurspolychrones.............................20 3.3.1Operateurwhenunaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3.2  Echantillonnage.Operateurwhen . . . . . . . . . . . . . . .binaire . 21 3.3.3Melange.Operateurdefault 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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TABLEDESMATI  ERES

4 Extensions 27 4.1Repetitionsuruneautrehorloge(operateurcell)...............27 4.2 Modularite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5 Applications 31 5.1Intervalleentredeuxevenements.........................31 5.1.1DureeseparantDEBUTetFIN.....................31 5.1.2PresenceentreDEBUTetFIN.....................31 5.2 Automates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5.3Synchronisationdessignauxd’entree.Sur-echantillonnage..........33 5.4 Synchronisation sur l’horloge des sorties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 6 La compilation de SIGNAL 35 6.1 Analyse du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6.2 Equations  d’horloges. Cas simple endochrone . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6.3 Le graphe du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.4 Le code produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.5 Processus exochrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 6.6 Les diagnostics du compilateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.6.1 Input XX not declared in the process interface . . . . . . . . . . . . 40 6.6.2 Clocks Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.6.3 Dependency cycle in the graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.6.4 Autres erreurs d’horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7 Calcul de proprietes 45 7.1 Codage des horloges et valeurs de signaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 7.2Codagedesoperationssurlessignaux.....................46 7.3Exemple:l’operateurcell............................47 7.4Vericationdeproprietes............................47 7.4.1Specication,etprogrammeSIGNAL.................47 7.4.2 Codage du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 7.4.3 Automate associe au programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 7.4.4Laverication..............................49 7.4.5 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8 Grammaire d’un sous-ensemble de SIGNAL 51 9 Corrige des exercices 57

Chapitre 1

Introduction

5

Signalest un langage pour la programmation d’applicationsTmespReel, suivant une approchesynchrone.

1.1LaProgrammationTempsReel

Les applicationsempsTlReeeugnitsituasedtnlippsaresponticasencearlapresed d’interactionsentreleprogrammeetsonenvironnement,quiimposesapropreechellede temps.UnsystemeTempsReelrecoitsesinformationsacertainsinstants,etagitlui- mˆemesurcetenvironnementadesinstantsprecis.L’ordred’apparitiondesdonnees,leur entrelacement,comptentautantquelesvaleursdecesdonnees. N’importe quelle machine avec plusieurs capteurs ou boutons de commande est un systemeTempsReel.Ellesecomportecommeunautomate,quireagit,ouchanged’etat, augredesdiversesactionsqu’ellerecoit. Certainesautresapplications,ditesegalementTeelepmRs, prennent en compte le tempsd’executiondetˆaches,enimposantparexempledescontraintestemporellessur leurterminaison.C’estpourquoilessystemesconsideresicisontaussiappelessystemes reactifs, ouenfouis, ouabqruseem... Ces applications se trouvent dans des contextes de plus en plus critiques (avions, cen- tralesnucleaires,armes,...),necessitantundegredeabilitemaximum.Or,letestdepro- grammesTempsReelestparticulierementdicile,ainsiqueleurdebogage(reconstitution delasequenced’evenementsayantconduitauncrash). LessystemesTempsReelontlongtempseteprogrammeesoitaumoyendeprimitives debasniveau,soitavecdeslangagesdeprogrammationduparallelisme:CSP,Ada,... Cette approche, diteasynchroneemtnpoepveledaualemetrˆeptse,etsinimreted-,estnon depreuvesdeproprietes. L’approchesynchrone-orpccieSpetnsioatdseetmrnisiet.sriredesprogrammevesicea grammesdevrontfaciliterlavericationautomatiquedecertainesproprietesdusysteme, telle que l’absence de blocage.SIGNAL([1],[2],[3])est un des langages synchrones dispo- nibles, en meme temps que LUSTRE[4] et ESTEREL[5]. ˆ



6 INTRODUCTIONCHAPITRE 1. 1.2 Traitement complet d’un exemple : le VEILLEUR Andedonneruneideeintuitivedecequ’estlaprogrammationdanscelangage SIGNAL, nous proposons de traiter et de commenter une application simple, mais assez complete:leprogrammeVEILLEUR.

1.2.1 Le probleme Un processus DEMANDEUR envoie des commandes a un EXECUTANT. Une com- mandedoiteˆtreexecuteedansuncertainDELAI,sinonilyaanomalie.Onappelle VEILLEUR laboitepoeiedhcqaeuocmmandevedeirecreedei.laleElcretcoiegrahc emise,ainsiqu’unsignaldel’executantlorsquelacommandeprecedenteestterminee.Elle declencheunealarmesiundelaitroplong(xeenparametre)s’ecouleentrecesdeux signaux. Siunenouvellecommandearrivealorsquelaprecedenten’estpasachevee,lecomptage dutempsrecommenceazero.Unsignaldeterminaisonarrivantapresledelai,oune correspondantaaucunecommande,estanegliger.

1.2.2Lessignauxd’entreeetdesortie. LeprocessusVEILLEURrecoitauninstantquelconquel’avisdulancementd’une commande. On supposera que cette commande est codee par un entier. Au cours de sa vie, le VEILLEUR recevra donc sur uneentreeappeleeCOMMANDEunesuite d’entiers, chacunauninstantprecis. Ilrecoitegalementsuruneautreentreedesavisdeterminaison.Ils’agitd’unesimple information elementaire, appelee en SIGNALtnevemene, et codee par un ”booleen” toujours vrai (typeevent). Pour mesurer le temps a partir du lancement d’une commande, VEILLEUR utilise unonhreometrc)ntmenead,teTnPOveepyeeimpieunon(uulsiueiruq,riuliovneeext chaqueunitedetemps,parexemplechaqueseconde.Remarquerquel’onn’utilisepasle mothorlogemorbeennirmeapxopsedetSnesnesertuanuaierIsLADELeL.NAIG,qu decechronometre,cequievited’avoirasepreoccuperdel’unitedetempsutilisee. Ensortie,VEILLEURproduituneALARMEchaquefoisqueleDELAIestdepasse apreslancementd’uneCOMMANDE.L’alarmepeuteˆtreunevent, ou mieux, l’HEURE alaquelleseproduitl’alarme,heurecompteeparnumerotationdestopsd’entree. Enresume,lesobjetsutilisessontdoncdessuites de valeursde divers types, chaque valeurdelasuiteetantpresenteauninstantdonne. Un tel objet est appelesignal. La suitedesinstantsouunsignalprendunevaleurestappeleel’horlogedu signal. Ceprocessusconsomme3signauxd’entree:COMMANDE,TERMINEE,etleTOP duchronometreexterne.Ilproduitunsignaldesortie:ALARME.

1.2.3DeroulementduprocessusVEILLEUR. PourgurerunscenariopossiblepourleprocessusVEILLEUR,onrepresenteletemps surunaxehorizontal,etl’onnotepourchaquesignallesinstantsoucesignalestpresent, enyassociantsavaleur.Lessignauxseproduisantaumˆemeinstantsontrepresentessur lamˆemeverticale.