Prototypage Virtuel Fonctionnel et VHDL-AMS De la pédagogie à la Start-up Dr. Yannick HERVE 22 novembre 2006 Congrès CNFM’06 Version 1.4
Prototypage Virtuel Fonctionnelet VHDL-AMS
De la pédagogie à la Start-up
Dr. Yannick HERVE 22 novembre 2006
Congrès CNFM’06
Version 1.4
- Modélisation d'une motorisation hybride en VHDL-AMS -
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Plan de l’exposé
IntroductionLe langage VHDL-AMSUtilisation en formation/atouts pédagogiquesUtilisation recherche au laboL'évolution des actions vers la start-upLes actions pédagogiques de Systems'ViPExemples de développements communsL'évolution industrielleConclusion
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Introduction
Le monde technique de + en + complexeEnseignements de + en + plus lourds– Spécialisation (et manque de généralité)– Plus d’heures /années (et explosion)
Etudiants (en moyenne) de – en – curieuxMonde de – en – « représentable »– La radio ou la mobylette démontable: terminé– La première voiture bricolable: terminé
Nouveaux langages de descriptionNouvelles méthodes d’approche
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Le langage VHDL-AMS
Définition : Norme IEEE 1076.1-2005
Langage de description de matériel permettant d’exprimer des modèles de systèmes à temps continu et à temps discret dans des bibliothèques utilisateurs pris en charge par un solveur générique. (Super-set de VHDL utilisé en synthèse logique)
Outils disponibles
SimplorerSMASHADVance-MS (CNFM)SystemVision (HEP)Saber-HDL (MAST+VHDL-AMS / en cours d’évolution)
Langage issu du monde de l’électronique.
VRAI
VHDL-AMS estspécialisé en électronique
FAUX
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VHDL-AMS atouts
Avantages
Equation différentielles implicites non-linéairesGestion des discontinuités et nouvelles conditions initialesSynchro. explicite des noyaux temps continu/temps discretEcriture naturelle des équations, Langage de technologueSynthèse logique (basé sur VHDL, existe depuis 82, norme depuis 87)
Multi ARCHITECTURE (travail en multi-équipes/multi-sites)Instruction GENERATE très générale (génération de code)40 ans d’expérience (depuis SPICE en 1969 / Berkeley)
Inconvénients
Ne gère pas l’homogénéité des unités
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Synthèse de couverture
NetworkApplications
Car, Computer Hard DiskMobile phone
Smart label, integrated sensorsCAR servo-electronic suspension, ABS
Solid state gyroscope Cockpit simulation
Level/Domain Solidmechanic
Pointmechanic
Multiphysice.g optic, thermal
Analogelectronic
Digitalelectronic Control Software
Specificationlevel
Behaviorallevel VHDL MATLAB
Simulink SystemC
Architecturallevel
Componentlevel
CAD Mesh simulation
CA
D Physicalmodel
CAD/CFM(e.g.: Catia)
Con
tinuo
us &
dis
cret
e tim
e si
mul
atio
n
SPICE
Electronic CAD tools (e.g.: PCB, IC masks)
Componentsexamples
Motor CAD, transformer:
electro- magnetic field CAD
Airbag sensor,
CARmovement
Coil, Magnetic
head,heat-
pressure sensor
Antenna, Microphone,transistor,
power amplifier
Processor, Digital IC,
DSP
Finite state machine,
signal filters
Embedeed software, Hardware-
software co-design
VHDL-AMSModelica
Modelica
Modelica
UML
ADAMS
Les outils modernes sont multi-langages
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Cycle de prototypage virtuel
Cycle de prototypage virtuel fonctionnel
Déplacer l’effort études/validations de 20/80 à 80/20
Renforcer le cycle en V par des modèles/simulations
Outils métiers
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Objectifs méthodologiques
Renforcer toutes les étapes de conceptionpar l'utilisation de modèles et de simulationsVérifier le passage d 'une étape à la suivante par comparaison des simulations des modèles représentatifs (conception ou top-down)Vérifier l'adéquation des modèles abstraits et des modèles technologiques (vérification ou bottom-up)Tenir compte de l'environnement d'utilisation (thermique, stress, champ magnétique ...)Tenir compte des interactions entre domaines physiques au sein du produit
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Utilisation en formation(s)
Modèle de composants de base2ème année ENSPSModèle de systèmes « inaccessibles »Mise en situation des objets (environnement)Projets en cours d’année, travail en équipe2ème et 3ème année ENSPS, MASTER, INSA
Exemple: chaîne instrumental d’un capteur à effet Hall compatible filière CMOS (CNFM’02, CNFM’04)
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Atouts pédagogiques
Se poser les problèmes de base correctementTester et mettre en oeuvre la compréhension fine des phénomènes(recherche bibliographique, reprise des cours)Faire des manipulations (virtuelles) complexes; mettre ses objets en situationTP pluri-disciplinaires à moindre coûtTravail en équipe « obligatoire »
Donner un bagage complet aux étudiants
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Utilisation à l’InESS
Modèle de DG-MOSModèle de Transistor nano-tube carboneModèle thermo électrique EKVCristaux liquides ferroélectriquesCapteurs magnétiques compatible MOSMémoires magnétiquesMéthodes de CAO et outils de production
– Méthodologie Prototypage Virtuel Fonctionnel– Scrambler– HaFSM
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Evolutions des actions
Intérêt croissant des industriels– Par l’intermédiaire des stages / projets– Au-delà de la complexité gérable
Demandes de services incompatibles labo– Plus ingénierie que recherche– Problème de gestion de PI
Demandes de formations – Au-delà de la formation du Dpt. Educ. Perm.
(DEPULP)
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Création de Systems’ViP (1)
Idée: sept 2002Début prospection: sept 2003Action: sept 2004Lauréat concours innovation: fév 2005Valorisation d’une innovation CNRS-ULP– Dépôt dossier cellule valorisation locale– Discussions ULP-CNRS gestion ULP– Expertise niveau national FIST– Réponses après accord CA du CNRS
Création effective: juin 2005Systems’Virtual Prototyping S.A.S.
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Création de Systems’ViP (2)
Création entreprise (loi sur l’innovation 1999)– Statut 25.2: valorisation de mes recherches
entreprise existante convention concours scientifique conseil scientifique (20%) et 100% service
capital (15% max) – Avis de la commission de déontologie– Accord de valorisation S’ViP-CNRS
Processus long et douloureux (et incohérent)– Prévu 3 mois / réel 18 mois ++– Statut renouvelable au bout de 5 ans– Choix définitif après un certain temps
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Comité idoine (natl)
MoiJe veux être co-fondateur et posséder 15% du capital
Cofondateursdont porteur
Université CNRS+Labo
Idée de création
Préparationvolume 2 h.an
Incubation
Demande 25.2
+ULP-industrie
Conv. de concours scientifique
Formulaire de demande 25.2
Demande de valorisation
+Demande de soutien
ProjetContrat de valorisation
Projets statutsActionnariat
Contrat de valorisationCréation
avec états de service
6 étapes, moult documents, national
Autorisation 25.2
Avis
personnene peut signer
Statuts
Entreprise
GO / NOGO
GO / NOGO
GO / NOGO
GO / NOGO
Comité d’éthique(natl)
personnene peut signerCE
Président
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Métier de Systems’ViP S.A.S.
Prototypage Virtuel fonctionnelmulti-domaines, multi-niveaux (10hom @11/2006)Valoriser les recherches transférées– Scrambler, Ha-FSM, Méthode PVF
Formation / Conseil / Ingéniérie / OutilsMarket Place et Groupware– Modèles de tiers industriels– Modèles universitaires– Développements propres
Participation à des projets de recherche– ANR, EUREKA …
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Actions de S’ViP étudiants
Proposition de projets 1A/2A en écolesStages de fin d’études (6 en 2005)(Strasbourg, Nancy, Rennes, Paris …)
Stages co-encadrés Industrie-Systems’ViPAide à l’encadrement de Doctorants avec vue industriellesFormation de chercheursRedirection de la taxe d’apprentissage de nos partenaire vers l’ENSPSDes projets industriels pour le Labo ($$$)Aide au placement des diplômés intéressés(5 embauches propres ou externes cette année)
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Qq développements communs
Véhicule hybride (équipe ENSPS + stages)– Optimisation système– Optimisation de l’ASIC de contrôle
MOEMS micro fluidique et contrôle (Zhou)– Modèles comportementaux– Aide à la fabrication
Cristaux liquides ferroélectriques (Madec)– Modèles comportementaux– Electronique associée– Transformation bistable niveaux de gris
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Architecture intéressante
Les différentes architectures
Source : Toyota
Complexe à étudier et à optimiser
Architectures hybrides
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Besoins en ModélisationDévelopper des cahiers des charges dynamiques
Etudier des compromis techniqueset des choix économiquestrès tôt dans le cycle de conception
Développer une plateforme de validation des algorithmes de contrôle et des circuits spécialisés
Adapter des véhicules spéciaux à des missions spécifiques
Développer des moyens de communicationdans les équipes
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Projet Hybride
La chaîne hybride
Source : ToyotaDéveloppement d’une bibliothèque spécifique
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Interface “Développement”
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Interface “Communication”
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Banc de test virtuel
Comparaison de différentes chaînes de transmission
Thermique et différentes variations de chaînes hybrides
Validation dans le cadre du cycle de conduite normalisé CEE-MVEG
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mem
bran
e po
tent
ial (
V)
-95.00m
114.00m
-60.00m
-40.00m
-20.00m
0
20.00m
40.00m
60.00m
80.00m
0 1.00500.00mtime (s)
Membrane potential at the soma and at the axon hillock (V)
70 entités, 338 ports,357 équations
1 sec de temps système10 sec de temps de simulation
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Autres exemples
A ’A
A ’A
A
A
A ’
A ’
Modèle de composantde communicationoptique haute vitesse
Modèle de MEMS pour l'industrie électronique
Modèle de boite de vitesse automatique
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Autres domaines (* = avec étudiants)
* Modélisation d’un cœur humain (+1000 eq.)
Validation d’un Pacemaker génération n+2* Biologie intégrative / Recherche pharmaceutique (+1000 eq.)
Capteurs et senseurs automobiles / BatteriesSous-systèmes automobiles innovants* MOEMS Pour l’Université de Tokyo, Pr Fujita
Architecture d’ordinateurs photoniques* Processeur optique avec Cristaux LiquidesModélisation physique et système
d’un dispositif magnéto-calorique (+22000 eq.)
* Module parallèle optique 8*12 Gbit/sDiodes laser VCSEL / fibres optiques …
Machines synchrones et asynchronesElectronique de puissance Avec le CEGELY/ INSA Lyon
Piles à combustible Avec l’UTBM/ FC-Lab
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Evolutions industrielles
Beaucoup d’industries adoptent ces méthodes/outils de niveau système– Intel, Infineon, ST …– Valeo, Siemens, Delphi, Denzo, Bosch …– Toyota, Renault, GM …– Airbus, Boeing, Bombardier …– Alstom, …
Ils cherchent leurs experts et leur juniorsCréneau à prendre ?!
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Conclusion
Croissance industrielle réelle et rapide– Devoir d’enseignant: anticiper et accompagner
Prévoir la suite Plus haut niveau– UML / SysML– Rosetta– …
Bonne expérience de collaboration très étroite Université / Labos / EntrepriseBonne expérience de « l’efficacité » de l’administration française
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Notre logo
• Le V représente le Cycle en V classique• Le diamant est son amélioration PVF• Approche multi-facettes (domaines)• La valeur peut être compacte si
l’organisation est réelle(carbone versus diamant)