Using multiple abstraction levels to speedup an MPSoC virtual platform simulator

Virtual platforms are of paramount importance for design space exploration and their usage in early software development and verification is crucial. In particular, enabling accurate and fast simulation is specially useful, but such features are usually conflicting and tradeoffs have to be made. In this paper we describe how we integrated TLM communication mechanisms into a state-of-the-art, cycle-accurate, MPSoC simulation platform. More specifically, we show how we adapted ArchC fast functional instruction set simulators to the MPARM platform in order to achieve both fast simulation speed and accuracy. Our implementation led to a much faster hybrid platform, reaching speedups of up to 2.9 and 2.1x on average with negligible impact on power estimation accuracy (average 3.26% and 2.25% of standard deviation). © 2011 IEEE.

Structural abstraction of process specifications

Software engineers constantly deal with problems of designing, analyzing, and improving process specifications, e.g., source code, service compositions, or process models. Process specifications are abstractions of behavior observed or intended to be implemented in reality which result from creative engineering practice. Usually, process specifications are formalized as directed graphs in which edges capture temporal relations between decisions, synchronization points, and work activities. Every process specification is a compromise between two points: On the one hand engineers strive to operate with less modeling constructs which conceal irrelevant details, while on the other hand the details are required to achieve the desired level of customization for envisioned process scenarios. In our research, we approach the problem of varying abstraction levels of process specifications. Formally, developed abstraction mechanisms exploit the structure of a process specification and allow the generalization of low-level details into concepts of a higher abstraction level. The reverse procedure can be addressed as process specialization.

Business process model abstraction

In order to execute, study, or improve operating procedures, companies document them as business process models. Often, business process analysts capture every single exception handling or alternative task handling scenario within a model. Such a tendency results in large process specifications. The core process logic becomes hidden in numerous modeling constructs. To fulfill different tasks, companies develop several model variants of the same business process at different abstraction levels. Afterwards, maintenance of such model groups involves a lot of synchronization effort and is erroneous. We propose an abstraction technique that allows generalization of process models. Business process model abstraction assumes a detailed model of a process to be available and derives coarse-grained models from it. The task of abstraction is to tell significant model elements from insignificant ones and to reduce the latter. We propose to learn insignificant process elements from supplementary model information, e.g., task execution time or frequency of task occurrence. Finally, we discuss a mechanism for user control of the model abstraction level – an abstraction slider.

Process model abstraction : a slider approach

Process models provide companies efficient means for managing their business processes. Tasks where process models are employed are different by nature and require models of various abstraction levels. However, maintaining several models of one business process involves a lot of synchronization effort and is erroneous. Business process model abstraction assumes a detailed model of a process to be available and derives coarse grained models from it. The task of abstraction is to tell significant model elements from insignificant ones and to reduce the latter. In this paper we argue that process model abstraction can be driven by different abstraction criteria. Criterion choice depends on a task which abstraction facilitates. We propose an abstraction slider - a mechanism that allows user control of the model abstraction level. We discuss examples of combining the slider with different abstraction criteria and sets of process model transformation rules.

Managing process model collections with AProMoRe

As organizations reach higher levels of Business Process Management maturity, they tend to collect numerous business process models. Such models may be linked with each other or mutually overlap, supersede one another and evolve over time. Moreover, they may be represented at different abstraction levels depending on the target audience and modeling purpose, and may be available in multiple languages (e.g. due to company mergers). Thus, it is common that organizations struggle with keeping track of their process models. This demonstration introduces AProMoRe (Advanced Process Model Repository) which aims to facilitate the management of (large) process model collections.

A hierarchical security assessment model for object-oriented programs

We present a hierarchical model for assessing an object-oriented program's security. Security is quantified using structural properties of the program code to identify the ways in which `classified' data values may be transferred between objects. The model begins with a set of low-level security metrics based on traditional design characteristics of object-oriented classes, such as data encapsulation, cohesion and coupling. These metrics are then used to characterise higher-level properties concerning the overall readability and writability of classified data throughout the program. In turn, these metrics are then mapped to well-known security design principles such as `assigning the least privilege' and `reducing the size of the attack surface'. Finally, the entire program's security is summarised as a single security index value. These metrics allow different versions of the same program, or different programs intended to perform the same task, to be compared for their relative security at a number of different abstraction levels. The model is validated via an experiment involving five open source Java programs, using a static analysis tool we have developed to automatically extract the security metrics from compiled Java bytecode.

Vertical alignment of process models – how can we get there?

There is a wide variety of drivers for business process modelling initiatives, reaching from business evolution and process optimisation over compliance checking and process certification to process enactment. That, in turn, results in models that differ in content due to serving different purposes. In particular, processes are modelled on different abstraction levels and assume different perspectives. Vertical alignment of process models aims at handling these deviations. While the advantages of such an alignment for inter-model analysis and change propagation are out of question, a number of challenges has still to be addressed. In this paper, we discuss three main challenges for vertical alignment in detail. Against this background, the potential application of techniques from the field of process integration is critically assessed. Based thereon, we identify specific research questions that guide the design of a framework for model alignment.

Investigating novelty-outcome relationships in engineering design

Design creativity involves developing novel and useful solutions to design problems The research in this article is an attempt to understand how novelty of a design resulting from a design process is related to the kind of outcomes. described here as constructs, involved in the design process A model of causality, the SAPPhIRE model, is used as the basis of the analysis The analysis is based on previous research that shows that designing involves development and exploration of the seven basic constructs of the SAPPhIRE model that constitute the causal connection between the various levels of abstraction at which a design can be described The constructs am state change, action, parts. phenomenon. input. organs. and effect The following two questions are asked. Is there a relationship between novelty and the constructs? If them is a relationship, what is the degree of this relationship? A hypothesis is developed to answer the questions an increase in the number and variety of ideas explored while designing should enhance the variety of concept space. leading to an increase in the novelty of the concept space Eight existing observational studies of designing sessions are used to empirically validate the hypothesis Each designing session involves an individual designer. experienced or novice. solving a design problem by producing concepts and following a think-aloud protocol. The results indicate dependence of novelty of concept space on variety of concept space and dependence of variety of concept space on variety of idea space. thereby validating the hypothesis The Jesuits also reveal a strong correlation between novelty and the constructs, correlation value decreases as the abstraction level of the constructs reduces. signifying the importance of using constructs at higher abstraction levels for enhancing novelty

An Empirical Evaluation of Novelty-SAPPhIRE Relationship

The research shown in this paper is to check whether a framework for designing: GEMS of SAPPhIRE as req-sol, developed earlier, can support in the designing of novel concepts. This is done by asking the questions: (a) Is there a relationship between the constructs of the framework and novelty? (b) If there is a relationship, what is the degree of this relationship? A hypothesis — an increase in the size and variety of ideas used while designing should enhance the variety of concepts produced, leading to an increase in the novelty of the concept space — is developed to explain the relationship between novelty and the constructs. Eight existing observational studies of designing sessions, each involving an individual designer solving a conceptual design problem by following a think aloud protocol are used for the analysis. The hypothesis is verified empirically using the observational studies. Results also show a strong correlation between novelty and the constructs of the framework; correlation value decreases as the abstraction level of the constructs reduces, signifying the importance of using constructs at higher abstraction levels especially for novelty.

Synchronisation in high-performance integrated circuits

A distribui ção de um sinal relógio, com elevada precisão espacial (baixo skew) e temporal (baixo jitter ), em sistemas sí ncronos de alta velocidade tem-se revelado uma tarefa cada vez mais demorada e complexa devido ao escalonamento da tecnologia. Com a diminuição das dimensões dos dispositivos e a integração crescente de mais funcionalidades nos Circuitos Integrados (CIs), a precisão associada as transições do sinal de relógio tem sido cada vez mais afectada por varia ções de processo, tensão e temperatura. Esta tese aborda o problema da incerteza de rel ogio em CIs de alta velocidade, com o objetivo de determinar os limites do paradigma de desenho sí ncrono. Na prossecu ção deste objectivo principal, esta tese propõe quatro novos modelos de incerteza com âmbitos de aplicação diferentes. O primeiro modelo permite estimar a incerteza introduzida por um inversor est atico CMOS, com base em parâmetros simples e su cientemente gen éricos para que possa ser usado na previsão das limitações temporais de circuitos mais complexos, mesmo na fase inicial do projeto. O segundo modelo, permite estimar a incerteza em repetidores com liga ções RC e assim otimizar o dimensionamento da rede de distribui ção de relógio, com baixo esfor ço computacional. O terceiro modelo permite estimar a acumula ção de incerteza em cascatas de repetidores. Uma vez que este modelo tem em considera ção a correla ção entre fontes de ruí do, e especialmente util para promover t ecnicas de distribui ção de rel ogio e de alimentação que possam minimizar a acumulação de incerteza. O quarto modelo permite estimar a incerteza temporal em sistemas com m ultiplos dom ínios de sincronismo. Este modelo pode ser facilmente incorporado numa ferramenta autom atica para determinar a melhor topologia para uma determinada aplicação ou para avaliar a tolerância do sistema ao ru ído de alimentação. Finalmente, usando os modelos propostos, são discutidas as tendências da precisão de rel ogio. Conclui-se que os limites da precisão do rel ogio são, em ultima an alise, impostos por fontes de varia ção dinâmica que se preveem crescentes na actual l ogica de escalonamento dos dispositivos. Assim sendo, esta tese defende a procura de solu ções em outros ní veis de abstração, que não apenas o ní vel f sico, que possam contribuir para o aumento de desempenho dos CIs e que tenham um menor impacto nos pressupostos do paradigma de desenho sí ncrono.

Timing verification in transaction modeling

Les systèmes Matériels/Logiciels deviennent indispensables dans tous les aspects de la vie quotidienne. La présence croissante de ces systèmes dans les différents produits et services incite à trouver des méthodes pour les développer efficacement. Mais une conception efficace de ces systèmes est limitée par plusieurs facteurs, certains d'entre eux sont: la complexité croissante des applications, une augmentation de la densité d'intégration, la nature hétérogène des produits et services, la diminution de temps d’accès au marché. Une modélisation transactionnelle (TLM) est considérée comme un paradigme prometteur permettant de gérer la complexité de conception et fournissant des moyens d’exploration et de validation d'alternatives de conception à des niveaux d’abstraction élevés. Cette recherche propose une méthodologie d’expression de temps dans TLM basée sur une analyse de contraintes temporelles. Nous proposons d'utiliser une combinaison de deux paradigmes de développement pour accélérer la conception: le TLM d'une part et une méthodologie d’expression de temps entre différentes transactions d’autre part. Cette synergie nous permet de combiner dans un seul environnement des méthodes de simulation performantes et des méthodes analytiques formelles. Nous avons proposé un nouvel algorithme de vérification temporelle basé sur la procédure de linéarisation des contraintes de type min/max et une technique d'optimisation afin d'améliorer l'efficacité de l'algorithme. Nous avons complété la description mathématique de tous les types de contraintes présentées dans la littérature. Nous avons développé des méthodes d'exploration et raffinement de système de communication qui nous a permis d'utiliser les algorithmes de vérification temporelle à différents niveaux TLM. Comme il existe plusieurs définitions du TLM, dans le cadre de notre recherche, nous avons défini une méthodologie de spécification et simulation pour des systèmes Matériel/Logiciel basée sur le paradigme de TLM. Dans cette méthodologie plusieurs concepts de modélisation peuvent être considérés séparément. Basée sur l'utilisation des technologies modernes de génie logiciel telles que XML, XSLT, XSD, la programmation orientée objet et plusieurs autres fournies par l’environnement .Net, la méthodologie proposée présente une approche qui rend possible une réutilisation des modèles intermédiaires afin de faire face à la contrainte de temps d’accès au marché. Elle fournit une approche générale dans la modélisation du système qui sépare les différents aspects de conception tels que des modèles de calculs utilisés pour décrire le système à des niveaux d’abstraction multiples. En conséquence, dans le modèle du système nous pouvons clairement identifier la fonctionnalité du système sans les détails reliés aux plateformes de développement et ceci mènera à améliorer la "portabilité" du modèle d'application.

Modelling software quality : a multidimensional approach

Les sociétés modernes dépendent de plus en plus sur les systèmes informatiques et ainsi, il y a de plus en plus de pression sur les équipes de développement pour produire des logiciels de bonne qualité. Plusieurs compagnies utilisent des modèles de qualité, des suites de programmes qui analysent et évaluent la qualité d'autres programmes, mais la construction de modèles de qualité est difficile parce qu'il existe plusieurs questions qui n'ont pas été répondues dans la littérature. Nous avons étudié les pratiques de modélisation de la qualité auprès d'une grande entreprise et avons identifié les trois dimensions où une recherche additionnelle est désirable : Le support de la subjectivité de la qualité, les techniques pour faire le suivi de la qualité lors de l'évolution des logiciels, et la composition de la qualité entre différents niveaux d'abstraction. Concernant la subjectivité, nous avons proposé l'utilisation de modèles bayésiens parce qu'ils sont capables de traiter des données ambiguës. Nous avons appliqué nos modèles au problème de la détection des défauts de conception. Dans une étude de deux logiciels libres, nous avons trouvé que notre approche est supérieure aux techniques décrites dans l'état de l'art, qui sont basées sur des règles. Pour supporter l'évolution des logiciels, nous avons considéré que les scores produits par un modèle de qualité sont des signaux qui peuvent être analysés en utilisant des techniques d'exploration de données pour identifier des patrons d'évolution de la qualité. Nous avons étudié comment les défauts de conception apparaissent et disparaissent des logiciels. Un logiciel est typiquement conçu comme une hiérarchie de composants, mais les modèles de qualité ne tiennent pas compte de cette organisation. Dans la dernière partie de la dissertation, nous présentons un modèle de qualité à deux niveaux. Ces modèles ont trois parties: un modèle au niveau du composant, un modèle qui évalue l'importance de chacun des composants, et un autre qui évalue la qualité d'un composé en combinant la qualité de ses composants. L'approche a été testée sur la prédiction de classes à fort changement à partir de la qualité des méthodes. Nous avons trouvé que nos modèles à deux niveaux permettent une meilleure identification des classes à fort changement. Pour terminer, nous avons appliqué nos modèles à deux niveaux pour l'évaluation de la navigabilité des sites web à partir de la qualité des pages. Nos modèles étaient capables de distinguer entre des sites de très bonne qualité et des sites choisis aléatoirement. Au cours de la dissertation, nous présentons non seulement des problèmes théoriques et leurs solutions, mais nous avons également mené des expériences pour démontrer les avantages et les limitations de nos solutions. Nos résultats indiquent qu'on peut espérer améliorer l'état de l'art dans les trois dimensions présentées. En particulier, notre travail sur la composition de la qualité et la modélisation de l'importance est le premier à cibler ce problème. Nous croyons que nos modèles à deux niveaux sont un point de départ intéressant pour des travaux de recherche plus approfondis.

Simulateur compilé d’une description multi-langage des systèmes hétérogènes

La conception de systèmes hétérogènes exige deux étapes importantes, à savoir : la modélisation et la simulation. Habituellement, des simulateurs sont reliés et synchronisés en employant un bus de co-simulation. Les approches courantes ont beaucoup d’inconvénients : elles ne sont pas toujours adaptées aux environnements distribués, le temps d’exécution de simulation peut être très décevant, et chaque simulateur a son propre noyau de simulation. Nous proposons une nouvelle approche qui consiste au développement d’un simulateur compilé multi-langage où chaque modèle peut être décrit en employant différents langages de modélisation tel que SystemC, ESyS.Net ou autres. Chaque modèle contient généralement des modules et des moyens de communications entre eux. Les modules décrivent des fonctionnalités propres à un système souhaité. Leur description est réalisée en utilisant la programmation orientée objet et peut être décrite en utilisant une syntaxe que l’utilisateur aura choisie. Nous proposons ainsi une séparation entre le langage de modélisation et la simulation. Les modèles sont transformés en une même représentation interne qui pourrait être vue comme ensemble d’objets. Notre environnement compile les objets internes en produisant un code unifié au lieu d’utiliser plusieurs langages de modélisation qui ajoutent beaucoup de mécanismes de communications et des informations supplémentaires. Les optimisations peuvent inclure différents mécanismes tels que le regroupement des processus en un seul processus séquentiel tout en respectant la sémantique des modèles. Nous utiliserons deux niveaux d’abstraction soit le « register transfer level » (RTL) et le « transaction level modeling » (TLM). Le RTL permet une modélisation à bas niveau d’abstraction et la communication entre les modules se fait à l’aide de signaux et des signalisations. Le TLM est une modélisation d’une communication transactionnelle à un plus haut niveau d’abstraction. Notre objectif est de supporter ces deux types de simulation, mais en laissant à l’usager le choix du langage de modélisation. De même, nous proposons d’utiliser un seul noyau au lieu de plusieurs et d’enlever le bus de co-simulation pour accélérer le temps de simulation.

Evolutionäre Optimierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen

Vorgestellt wird eine weltweit neue Methode, Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen für individuelle Bediener anzupassen. Durch Anwenden von Abstraktionen evolutionärer Mechanismen wie Selektion, Rekombination und Mutation in der EOGUI-Methodik (Evolutionary Optimization of Graphical User Interfaces) kann eine rechnergestützte Umsetzung der Methode für Graphische Bedienoberflächen, insbesondere für industrielle Prozesse, bereitgestellt werden. In die Evolutionäre Optimierung fließen sowohl die objektiven, d.h. messbaren Größen wie Auswahlhäufigkeiten und -zeiten, mit ein, als auch das anhand von Online-Fragebögen erfasste subjektive Empfinden der Bediener. Auf diese Weise wird die Visualisierung von Systemen den Bedürfnissen und Präferenzen einzelner Bedienern angepasst. Im Rahmen dieser Arbeit kann der Bediener aus vier Bedienoberflächen unterschiedlicher Abstraktionsgrade für den Beispielprozess MIPS ( MIschungsProzess-Simulation) die Objekte auswählen, die ihn bei der Prozessführung am besten unterstützen. Über den EOGUI-Algorithmus werden diese Objekte ausgewählt, ggf. verändert und in einer neuen, dem Bediener angepassten graphischen Bedienoberfläche zusammengefasst. Unter Verwendung des MIPS-Prozesses wurden Experimente mit der EOGUI-Methodik durchgeführt, um die Anwendbarkeit, Akzeptanz und Wirksamkeit der Methode für die Führung industrieller Prozesse zu überprüfen. Anhand der Untersuchungen kann zu großen Teilen gezeigt werden, dass die entwickelte Methodik zur Evolutionären Optimierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen industrielle Prozessvisualisierungen tatsächlich an den einzelnen Bediener anpaßt und die Prozessführung verbessert.

BRIDGE: uma ferramenta para o Design de Interfaces de Usuário baseada em especificações IMML

With hardware and software technologies advance, it s also happenning modifications in the development models of computational systems. New methodologies for user interface specification are being created with user interface description languages (UIDL). The UIDLs are a way to have a precise description in a language with more abstraction and independent of how will be implemented. A great problem is that even using these nowadays methodologies, we still have a big distance between the UIDLs and its design, what means, the distance between abstract and concrete. The tool BRIDGE (Interface Design Generator Environment) was created with the intention of being a linking bridge between a specification language (the Interactive Message Modeling Language IMML) and its implementation in Java, linking the abstract (specification) to the concrete (implementation). IMML is a language based on models, that allows the designer works in distinct abstraction levels, being each model a distinct abstraction level. IMML is a XML language, that uses the Semiotic Engineering concepts, that deals the computational system, with the user interface and its elements like a metacommunicative artifact, where these elements must to transmit a message to the user about what task must to be realized and the way to reach this goal. With BRIDGE, we intend to supply a lot of support to the design task, being the user interface prototipation the greater of them. BRIDGE allows the design becomes easier and more intuitive coming from an interface specification language