Bridging software semantics and hardware interference to reduce potential pessimism in timing analysis for critical multi-core applications

Abstract

This thesis addresses the problem of pessimism in timing analysis of hard real-time systems deployed on multi-core architectures with shared memory. Traditional static timing analysis methods ensure safety by considering all possible interference scenarios between tasks. However, this often leads to overly conservative Worst-Case Response Time (WCRT) bounds that underestimate the true schedulability of systems. To overcome this limitation, this work proposes a shift from a purely hardware-focused perspective to an approach that incorporates software semantics. The concepts of execution modes and functional constraints are introduced to capture the logical relationships between tasks and their realistic behaviors. By modeling tasks in terms of distinct operational modes rather than monolithic abstractions, the analysis can systematically eliminate functionally impossible interference scenarios. ***

Ce mémoire traite du problème du pessimisme dans l’analyse temporelle des systèmes temps réel stricts déployés sur des architectures multi-coeurs avec mémoire partagée. Les méthodes traditionnelles d’analyse temporelle statique garantissent la sûreté en considérant tous les scénarios possibles d’interférences entre tâches. Cependant, cette approche conduit souvent à des bornes de Temps de Réponse au Pire Cas (WCRT) excessivement conservatrices qui sous-estiment la véritable ordonnançabilité des systèmes. Pour surmonter cette limitation, ce travail propose un changement de perspective, passant d’une approche centrée uniquement sur le matériel à une analyse intégrant la sémantique logicielle. Les concepts de modes d’exécution et de contraintes fonctionnelles sont introduits afin de capturer les relations logiques entre les tâches et leurs comportements réalistes. En modélisant les tâches à travers des modes opérationnels distincts plutôt qu’à travers une abstraction monolithique, l’analyse permet d’éliminer systématiquement les scénarios d’interférence impossibles fonctionnellement.