Emplois, stages

Contexte :

La mission HAYDN est une mission d’astrophysique dédiée à l’observation de champs stellaires denses. Son objectif scientifique principal est l’étude fine des étoiles et de leur environnement à partir de mesures photométriques de très haute précision. Pour atteindre ces objectifs, l’instrument s’appuie sur une chaîne complète imageur–traitement embarqué capable d’acquérir des images à cadence élevée, d’identifier et de suivre un grand nombre d’étoiles dans le champ, et de produire différents niveaux de produits scientifiques (images sélectionnées, photométrie intégrée, paramètres dérivés).

Sur le plan instrumental, HAYDN combine un détecteur CMOS grand format, une électronique de lecture à haut débit et une unité de traitement embarquée chargée d’exécuter une part significative du traitement des données à bord. Ce traitement embarqué est indispensable pour réduire le volume de données transmises au sol tout en conservant l’information scientifique pertinente. La mission se caractérise ainsi par un couplage étroit entre performances scientifiques, architecture instrumentale et capacités de calcul embarquées, faisant du dimensionnement du traitement bord un enjeu central de la conception du système.

Le stage se déroulera au sein de l’équipe ELVET (Équipe Logiciels Vol Et Tests) du LIRA (Laboratoire d’Instrumentation et de Recherche en Astrophysique, Observatoire de Paris). L’équipe ELVET est spécialisée dans le développement de logiciels embarqués pour instruments spatiaux scientifiques ainsi que dans la conception de moyens logiciels de test et de validation (simulateurs, bancs de test, outils d’analyse de performances). Elle intervient sur l’ensemble du cycle de vie du logiciel de vol, depuis les études amont et le dimensionnement jusqu’à la validation et l’exploitation.

Objectifs du stage :

L’objectif principal du stage est de construire un modèle quantitatif du budget CPU de la chaîne de traitement embarquée de la mission HAYDN. Ce modèle devra permettre d’évaluer la charge processeur associée aux différents traitements réalisés à bord et d’analyser l’impact des principaux paramètres du système sur les performances de calcul.

Plus précisément, le stage vise à :
– caractériser les temps d’exécution des algorithmes de traitement embarqués ;
– établir un modèle paramétrable de charge CPU ;
– fournir des éléments chiffrés permettant de consolider les exigences système et d’éclairer les choix d’architecture de calcul de la mission.

Travail attendu :

Le travail du ou de la stagiaire s’articulera autour des étapes suivantes :
– Prototypage des algorithmes : implémentation en C++ des algorithmes élémentaires de traitement de données embarquées (détection des outliers, photométrie, réduction des données, calculs d’écartométries, ...).
– Assemblage d’un prototype logiciel : construction d’un prototype représentatif du logiciel de vol, intégrant les différents blocs de traitement.
– Mesures de performances : réalisation de mesures de temps d’exécution, et en particulier de WCET (Worst-Case Execution Time), sur une plateforme cible de type carte LEON GR740 ou sur un environnement équivalent (simulateur TSIM).
– Modélisation du budget CPU : développement d’un modèle paramétrable permettant de faire varier les principaux paramètres du système (périodes d’acquisition, nombre d’étoiles traitées, types et volumes de produits générés, fréquence processeur, nombre et type de cœurs, etc.).
– Analyse et synthèse : exploitation du modèle pour analyser l’impact des choix d’architecture sur la charge processeur et les débits de données, et formulation de recommandations argumentées.

Livrables :

Les livrables attendus à l’issue du stage sont :
– le code source C++ des prototypes d’algorithmes et du prototype logiciel ;
– un ensemble de mesures de performances documentées (temps moyens, WCET, hypothèses de test) ;
– un modèle paramétrable de budget CPU (outil, scripts ou modèle formalisé) ;
– un rapport de stage présentant la méthodologie, les résultats obtenus, les analyses menées et les recommandations pour le dimensionnement du traitement embarqué de la mission HAYDN.

Compétences requises :

– Programmation en C++.
– Programmation embarquée.
– Bonnes bases en algorithmique et structures de données.
– Intérêt pour les systèmes embarqués et/ou le spatial.
– Rigueur dans l’analyse des performances et la manipulation de mesures.

Compétences développées durant le stage :

– Développement de logiciels embarqués pour applications spatiales.
– Analyse de performances temps réel et calcul de WCET.
– Modélisation de budgets de ressources (CPU, data rate).
– Compréhension des contraintes système et des compromis d’architecture dans un contexte de mission spatiale.