A Unifying View of Loosely Time-Triggered Architectures

Guillaume Baudart (1) , Albert Benveniste (2) , Anne Bouillard (3) , Paul Caspi (4)

1 Parkas - Parallélisme de Kahn Synchrone
2 HYCOMES - Modélisation hybride & conception par contrats pour les systèmes embarqués multi-physiques
3 DYOGENE - Dynamics of Geometric Networks
4 VERIMAG - IMAG - VERIMAG

Cyber-Physical Systems require distributed architectures to support safety critical real-time control. Hermann Kopetz' Time-Triggered Architecture (TTA) has been proposed as both an architecture and a comprehensive paradigm for systems architecture, for such systems. TTA offers the programmer a logical discrete time compliant with synchronous programming, together with timing bounds. A clock synchronization protocol is required, unless the local clocks used themselves provide the recquired accuracy. To relax the strict requirements on synchronization imposed by TTA, Loosely Time-Triggered Architectures (LTTA) have been proposed. In LTTA, computation and communication units are all triggered by autonomous, unsynchronized, clocks. Communication media act as shared memories between writers and readers and communication is non blocking. This is at the price of communication artifacts (such as duplication or loss of data), which must be compensated for by using some "LTTA protocol". In this paper we pursue our previous work by providing a unified presentation of the two variants of LTTA (token- and time-based), with simplified analyses. We compare these two variants regarding performance and robustness and we provide ways to combine them. This report was prepared for a lecture in Gérard Berry's seminar series at the Collège de France, March 5, 2014; it is a corrected version of a paper, which appeared at Emsoft'2010. It is dedicated to our close friend Paul Caspi who died in April 2012.

Les infrastructures de calcul distribuées pour le contrôle des systèmes embarqués critiques requièrent des propriétés particulières destinées à préserver les caractéristiques attendues du contrôleur. Les architectures TTA (Time-Triggered Architectures) ont été proposées par Hermann Kopetz, à la fois comme une architecture de calcul et comme une méthodologie de conception des systèmes. TTA offre au programmeur un temps logique conforme à celui de la programmation synchrone, avec en outre un contrôle strict du temps. Il requiert un protocole de synchronisation entre les horloges du système réparti. Pour affaiblir ces hypothèses, les architectures LTTA (Loosely Time-Triggered Architectures) ont été proposées récemment. Dans LTTA, les calculs et les communications sont rythmées par des horloges locales, non synchronisées. Les supports de communication se comportent comme des mémoires partagées. La communication est donc non-bloquante. Ce type de communiccation crée évidemment des artefacts à combattre par un protocole dit "LTTA". Dans cet article nous présentons une approche unifiée des deux techniques connues pour ce type de protocole, reposant sur l'usage, soit de jetons, soit du temps. On compare ces deux variantes et on étudie leur performance. Le présent rapport est une version corrigée d'un article paru à Emsoft'2010. Il est dédié à notre très cher ami Paul Caspi, décédé en Avril 2012.

Mots clés: Time-Triggered Architecture; Elastic Circuits; Loosely Time-Triggered Architecture

Domaines: Systèmes embarqués

Guillaume Baudart, Albert Benveniste, Anne Bouillard, Paul Caspi. A Unifying View of Loosely Time-Triggered Architectures. [Research Report] RR-8494, INRIA. 2014, pp.14. ⟨hal-00955496⟩