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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

Master CMM - Visite de mi-stage - Modélisation d'une motorisation hybride en VHDL-AMS -

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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 &

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cret

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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)

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