Dep2006mastersthesis

…niversité vi˜re de fruxelles ennée —™—démique
p—™ulté des ƒ™ien™es eppliquées PHHSEPHHT
Saisie, Transfert et Synchronisation des
Données de l'Expérience IceCube
Promoteur : wémoire de (n d9études présenté p—r
€rF iste˜—n imányi ern—ud de €relle de l— xieppe
Co-promoteur : en vue de l9o˜tention du gr—de
€rF h—niel fertr—nd d9sngénieur givil snform—ti™ienF

Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont permis l'aboutissement de ce mémoire :
mon promoteur Esteban Zimányi, professeur et directeur du Service Informatique et Réseaux de l'ULB,
pour m'avoir donné la possibilité de réaliser ce mémoire de n d'études et pour ses conseils avisés,
mon co-promoteur Daniel Bertrand, professeur et directeur de l'Interuniversity Institute for High Ener-
gies (ULB-VUB) pour m'avoir aidé, motivé et suivi pendant tout le déroulement de mon mémoire,
Jean-Paul Dewulf et Léon Etienne pour leur précieuse aide,
Danielle Peymans et Danny Viijverman de l'IIHE pour leur support administratif et informatique,
Thomas Lessinnes et mon frère Bertrand pour leur relecture de la partie physique du mémoire,
et aussi Cedric Hernalsteens et mes parents pour leur relecture globale et leurs nombreux conseils.

Table des matières
1 Introduction 4
2 L'expérience IceCube 6
PFI wotiv—tion F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F T
PFP sntrodu™tion physique F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F U
PFPFI ve neutrino @νA F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F U
PFPFP v9inter—™tion f—i˜le F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F V
PFPFQ ve muon @µA F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W
PFPFR qer˜es de r—yons ™osmiques F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F W
PFPFS héte™tion de muons F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F II
PFQ ve télés™ope s™egu˜e F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F IQ
3 Etude de la synchronisation lors de la prise de données 17
QFI woyens utilisés à l9ssri F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F IU
QFP ƒystèmes em˜—rqués F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F IV
QFQ qlo˜—l €ositioning ƒystem F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F IW
QFQFI €rin™ipe F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PI
QFR wi™ro™ontrôleur F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PP
QFS ƒystèmes d9exploit—tion temps réel F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PQ
QFSFI hé(nition F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PR
QFSFP wi™rogGyƒEss F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PR
QFSFQ g—r—™téristiques te™hniques de µgGyƒEss F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PS
QFSFR xotion de multiEtâ™he et d9ordonn—n™ement F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PS
QFT €rogr—mme 4™osmi™s4 F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PT
4 Développements algorithmiques 28
RFI „r—nsfert des données F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PV
RFIFI wodèle „g€Gs€ F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QH
RFIFP ixemple de ™ommuni™—tion entre deux —ppli™—tions F F F F F F F F F F F F F F F F F QP
RFIFQ „g€ F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QQ
RFIFR ƒtru™ture des données F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QR
RFP ƒyn™hronis—tion des données F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QS
RFPFI sntrodu™tion F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QS
RFPFP ghoix du l—ng—ge F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QT
P

RFPFQ er™hite™ture du progr—mme F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F QU
RFPFR ƒign—ux F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RI
RFPFS ƒo™kets F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RP
RFPFT wultithre—ding F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RQ
RFPFU piles s€g F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RR
5 Traitement et analyse des résultats 45
SFI fi˜liothèque ‚yy„ F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RS
SFIFI ristogr—mmes F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RS
SFIFP pi™hiers ‚yy„ F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RU
SFP itude des résult—ts F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RU
SFPFI ‚ésult—ts ˜ruts F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RU
SFPFP ‚ésult—ts é™l—tés F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F RW
SFPFQ gon™lusions F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F SU
SFQ hérive de l9os™ill—teur d9horloge F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F SW
SFQFI ‚é™epteur q€ƒ F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F SW
SFQFP ys™ill—teur d9horloge du g€… F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F SW
SFQFQ ƒyn™hronis—tion temporelle du progr—mme de déte™tion d9évènements F F F F F F F TH
SFQFR itude de l— pré™ision F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TH
SFQFS ‚ésult—ts et interprét—tions F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TI
SFQFT gon™lusions F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TS
6 Conclusion 67
TFI qénér—lités F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TU
TFP etteinte des o˜je™tifs F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TU
TFQ ‚ésult—ts et ™on™lusions F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F TV
Q

Chapitre 1
Introduction
hepuis des siè™lesD voire des millén—iresD l9homme tente t—nt ˜ien que m—l de résoudre les gr—ndes
énigmes qui l9entourentF v9une des plus —rdues ™on™erne tout ™e qui — tr—it à l— ™ompréhension de
l9…nivers t—nt d9un point de vue s™ienti(que que d9un point de vue philosophiqueF gomprendre l— n—ture
de l9…niversD ™omment il se stru™tureF uel est le ™omportement des o˜jets qui le ™omposentc uel est
son —venirc „elles sont les quelques questions liées à l9étude de l9…niversF he nom˜reuses théories ont
été él—õrées pour ess—yer d9y répondreF
tusqu9à l— (n du siè™le dernierD l9o˜serv—tion des o˜jets hors du système sol—ireD d—ns le ™—dre des
théories —lors développéesD se f—is—it uniquement —u moyen de l— déte™tion des ondes éle™trom—gnétiques
proven—nt dire™tement de ™es o˜jetsF w—is les théories évolu—ntD d9—utres moyens d9o˜serv—tion de ™es
o˜jets furent envis—ge—˜lesF g9est à l— (n du siè™le dernier que de nouvelles te™hniques d9o˜serv—tion des
o˜jets hors de notre système sol—ire furent développées @™es nouvelles méthodes d9o˜serv—tion permettent
—ussi d9o˜server des o˜jets du système sol—ireAF
†ers le milieu du siè™le dernierD l— dé™ouverte d9une p—rti™ule élément—ire intéress—nte pour l— ™omE
préhension de phénomènes physiques — pu être ré—liséeD à s—voir le neutrinoF gette p—rti™ule st—˜le
n9inter—git que f—i˜lement —ve™ l— m—tière etD n9ét—nt p—s ™h—rgée éle™triquementD n9—pp—r—ît p—s sensi˜le
—ux ™h—mps éle™trom—gnétiquesF ƒ— m—sse n9ex™ède p—s quelques millionièmes de l— m—sse de l9éle™tronF
g9est à ™—use de ™es qu—tre ™—r—™téristiques que de telles p—rti™ules peuvent se prop—ger rel—tivement
li˜rement sur de longues dist—n™esF hès lors il est —pp—ru possi˜le d9o˜server des o˜jets hors du système
sol—ire à l9—ide de l— déte™tion des ondes éle™trom—gnétiques —insi que de l— mise en éviden™e des neutrinos
proven—nt de ™es o˜jetsF yrD les neutrinos n9inter—giss—nt que f—i˜lement —ve™ l— m—tièreD leur mise en
éviden™e est di0™ileF
ve ré™ent télés™ope s™egu˜eD o˜jet de ™e mémoireD est un dispositif permett—nt de mettre en éviden™e
des neutrinos extr—Esol—ires et d9en ™onn—ître ™ert—ines des ™—r—™téristiquesF ge dispositif se ˜—se sur l—
déte™tion d9ondes éle™trom—gnétiques produites p—r le p—ss—ge d—ns de l— gl—™e de muonsD p—rti™ules proE
duites p—r les neutrinos lorsqu9ils inter—gissent —ve™ d9—utres p—rti™ulesF xous dé™rironsD d—ns le ™h—pitre
suiv—ntD son prin™ipe de fon™tionnementF
v9expérien™egr—vit—nt—utourde™etélés™opesedénommel9expérien™es™egu˜eetestlefruitd9une™olE
l—õr—tion intern—tion—le entre instituts universit—ires et org—nismes gouvernement—uxF v9snstitut snterE
universit—ire des r—utes inergies @ssriA est p—rtie pren—nte de ™ette ™oll—õr—tionF
v9une des —™tivités en r—pport —ve™ ™ette expérien™e e'e™tuées à des (ns de re™her™he d—ns les l—õE
R

r—toires de l9ssri de fruxelles ™onsiste en l— simul—tion à é™helle réduite du télés™ope s™egu˜eF gette
simul—tion ser— exposée en dét—il d—ns le ™h—pitre QF xous verrons ™omment le déte™teur fon™tionneD
not—mment en tout ™e qui — tr—it à l9éle™tronique et à l9inform—tique déployées pour pouvoir tr—iter les
sign—ux reçus p—r les déte™teurs à muonsF
g9est d—ns ™e ™—dre que vient s9insérer ™e tr—v—il —u sujet duquel une étude de l— pré™ision du système
d9—™quisition de données ser— exposée d—ns le ™h—pitre ™on™ern—nt les résult—ts @™h—pitre SAF gette étude
™on™erne l— pré™ision de l— syn™hronis—tion des données et l— pré™ision des os™ill—teurs d9horloge des
systèmes d9—™quisitionF
ves ™h—pitres intermédi—ires @™h—pitres Q et RA ™on™ernent l9étude de l— s—isie et du tr—nsfert de données
tr—itées p—r les systèmes d9—™quisition m—is —ussi et surtout les développements —lgorithmiques e'e™tués
pour l— syn™hronis—tion des donnéesF xous pouvons d9ores et déjà d—ns ™ette introdu™tion é™l—ir™ir ™es
trois ™on™epts X
! v— saisie des données ™on™erne l— déte™tion des photons p—r le télés™ope s™egu˜e et le tr—itement
p—r les systèmes d9—™quisition —y—nt pour o˜je™tif de déterminer les temps universels d9—rrivée des
muons d—ns le télés™opeD de déterminer quels ont été les ™—pteurs de muons tou™hés p—r un muon
—rriv—nt d—ns le télés™opeD et™F v— p—rtie du tr—v—il e'e™tuée d—ns le ™—dre de ™e mémoire à ™e
nive—u — pour o˜jet l9—™quisition de mess—ges q€ƒ en p—r—llèle —ve™ le tr—itement des événements
—rriv—nt d—ns le télés™opeF
! ve transfert des données vise p—r dé(nition à tr—nsférer les données tr—itées p—r le télés™ope sur
le rése—u snternetF ge tr—nsfert se ˜—se sur le modèle ™lientEserveurY le serveur est lo™—lisé d—ns
les systèmes em˜—rqués f—is—nt p—rtie intégr—nte du télés™ope et les ™lients ™onne™tés —u rése—u
snternet peuventD qu—nt à euxD être lo™—lisés n9importe où d—ns le mondeF ges ™lients se ™onne™tent
—u serveur et peuvent r—p—trier les données mises à disposition p—r le serveur etD ™eD à des (ns de
tr—itement et d9—n—lyseF …ne p—rtie des développements —lgorithmiques est e'e™tuée à ™e nive—u où
un tel ™lient ser— développéF
! v— synchronisation résulte du r—™™ordement du système de déte™tion de muons à plusieurs sysE
tèmes d9—™quisition posséd—nt ™h—™un une horloge indépend—nte syn™hronisée sur le système q€ƒF
ges horloges sont indépend—ntes d—ns le sens où ™h—que système d9—™quisition possède son propre
ré™epteur q€ƒ et reçoit don™ une inform—tion di'érente en fon™tion de l— pré™ision de ™h—™un des
ré™epteursF „héoriquement les systèmes devr—ient être p—rf—itement syn™hronisésD m—is en pr—tique
™e n9est p—s le ™—sF it pour ™—useD les ré™epteurs q€ƒ sont r—™™ordés à deux —ntennes dont les
™h—mps de vision sont di'érentsD ™e qui introduit une ™ert—ine di'éren™e temporelle pour ™h—que
système em˜—rquéF …n —lgorithme — été développé à ™e nive—u —(n de mener à ˜ien l— syn™hroE
nis—tion des donnéesF ves données tr—itées p—r ™ette syn™hronis—tion sont —n—lyséesD grâ™e à un
fr—mework d9—n—lyse de données é™rit p—r des ™her™heurs du gentre iuropéen de l— ‚e™her™he
xu™lé—ire @gi‚xAY le ™ompteErendu de ™es —n—lyses se trouve inséré d—ns le ™h—pitre rel—tif —ux
résult—tsF
ves résult—ts exposés —u ™h—pitre S portent sur l9—n—lyse de l— pré™ision de l— syn™hronis—tion en
fon™tion des ™on(gur—tions s—tellit—ires visi˜les p—r le système q€ƒ —insi que p—r l9—n—lyse de l— st—˜ilité
des os™ill—teurs d9horloge présents d—ns les systèmes d9—™quisitionF
S

Chapitre 2
L'expérience IceCube
2.1 Motivation
ves prin™ip—les méthodes —™tuelles d9o˜serv—tion et d9étude de l9…nivers sont ˜—sées sur l9—n—lyse du
spe™tre éle™trom—gnétique @™fF (gure PFIAF ves premiers télés™opes ont permis d9e'e™tuer des o˜serv—tions
d—ns le dom—ine de l— lumière visi˜leF hes développements su™™essifs d—ns le ™our—nt du PHème siè™le
ont mené à des —pp—reils permett—nt de ™ouvrir l9ensem˜le du spe™treD de l— p—rtie l— plus énergétique
@r—yons γA à l— moins énergétique @ondes r—dioAF €—r exempleD l— mise en pl—™e de télés™opes tr—v—ill—nt
d—ns le dom—ine r—dio du spe™tre — permis de mettre en éviden™e l— présen™e du r—yonnement fossile à P
degrés uelvin prédit p—r le modèle du fig f—ngF
Fig. PFI ! ƒpe™tre éle™trom—gnétiqueF
€ourt—nt de nom˜reux phénomènes tels que l9émission de neutrinos lors d9explosions de supernov—eD
ou en™ore l9émission de neutrinos p—r l— m—tière noire1 sont des —spe™ts très intéress—nts de l9—strophysique
qui né™essitent d9—utres méthodes d9o˜serv—tionF ve télés™ope s™egu˜e — été ™onçu d—ns le ˜ut de déte™ter
des neutrinosF ve prin™ipe de déte™tion se ˜—se sur l9o˜serv—tionD grâ™e à des modules optiques enfouis
d—ns l— gl—™e de l9ent—r™tiqueD de l— lumière émise p—r le p—ss—ge d—ns l— gl—™e de l— p—rti™ule ionis—nte
proven—nt d9une ré—™tion du neutrino —ve™ l— m—tièreF
1Matière dont la nature nous est toujours inconnue. Elle est à la base de la masse manquante de l'Univers.
T

2.2 Introduction physique
xous —llons d—ns ™ette se™tion donner —u le™teur un —perçu de ™on™epts physiques utiles à l— ™ompréE
hension du fon™tionnement du télés™ope s™egu˜eF
2.2.1 Le neutrino (ν)
Historique
eu dé˜ut du siè™le dernierD un pro˜lème s9est posé —ux physi™iens qu—nt à l— v—lidité du prin™ipe de
™onserv—tion de l9énergieF in e'etD l— désintégr—tion βD qui est une désintégr—tion d9un noy—u —tomiqueD
noyau −→ noyau + e−
(e+
)+? @PFIA
est un type de désintégr—tion d—ns l—quelle un éle™tron @e−
A ou un positron @e+
A est émisF gomme l9énergie
de re™ul du noy—uE(lle @noy—u9A peut être négligée et que les nive—ux d9énergie du noy—u ét—ient dé™rits
™omme ét—nt qu—nti(ésD on pens—it que le spe™tre énergétique de l9éle™tron ne pouv—it p—s être ™ontinuF
yrD en IWIRD les résult—ts de plusieurs études montrèrent que le spe™tre en énergie de l9éle™tron ét—it
™ontinuF g9est —lorsD en IWQHD que ‡olfg—ng €—uliD physi™ien renommé et ré™ompensé p—r le prix xo˜el
en IWRSD l—nç— l9idée du neutrinoD p—rti™ule qui —™™omp—gner—it l9éle™tron lors d9une désintégr—tion β
noyau −→ noyau + e−
(e+
) + ¯νe(νe) @PFPA
selon
n(p) −→ p(n) + e−
(e+
) + ¯νe(νe) @PFQA
et qui expliquer—it l— ™ontinuité du spe™tre énergétique mesuréF
in IWSTD un déte™teur de neutrinos ™omposé d9un mél—nge d9e—u et de ™—dmium et pl—™é à proximité
d9une ™entr—le nu™lé—ireD sour™e de neutrinosD ™on(rm— l— théorie de €—uliF
Dénition et caractéristiques
ve neutrino est une p—rti™ule st—˜leD non ™h—rgéeD de spin IGPD uniquement sensi˜le à l9inter—™tion
f—i˜le et à l— gr—vitéF ƒ— se™tion e0™—™e d9inter—™tion —ve™ l— m—tière est très f—i˜leF u—nt à s— m—sseD les
mesures e'e™tuées jusqu9à l— dernière dé™ennie du PHème siè™le ét—ient ™omp—ti˜les —ve™ des neutrinos de
m—sse nulleF ves mesures fourniss—ient une limite supérieure à leur m—sseF v9expérien™e Super-Kamiokande
™onsist—nt en un immense ˜—ssin rempli d9e—u destiné à déte™ter des neutrinos —™quit une renommée inE
tern—tion—le en IWWV lorsqu9elle prouv—D sur ˜—se de l— mesure du )ux des neutrinos sol—ires d9une p—rt
et de ™elui d9origine ™osmique d9—utre p—rtD que l— m—sse du neutrino n9ét—it p—s nulleF
sl existe trois saveurs de neutrinosF illes sont fon™tion des p—rti™ules émises en même temps que le
neutrino lors d9une désintégr—tion X
! le neutrino éle™tronique νe
! le neutrino muonique νµ
! le neutrino t—uique ντ
w—s—toshi uoshi˜— reçut le prix xo˜el de physique PHHP pour —voir démontré que si les neutrinos
ét—ient de m—sse non nulleD ils pouv—ient ™h—nger spont—nément de s—veurF ge phénomène est —ppelé
os™ill—tion du neutrino F
U

Sources de neutrinos
sl y — T gr—ndes sour™es de neutrinos ™l—ssées en trois ™—tégories ™ompren—nt les neutrinos issus de
l9esp—™eD de l— terre et de l9—™tivité hum—ine X
! les neutrinos —tmosphériques produits lors de désintégr—tions de pions2D euxEmêmes produits d—ns
les ger˜es résult—nt des inter—™tions des r—yons ™osmiques —ve™ l9—tmosphèreF
! les neutrinos sol—ires qui ont une énergie rel—tivement f—i˜le @∼ MeV A et qui sont issus de di'éE
rentes ré—™tions thermonu™lé—ires se déroul—nt d—ns les étoilesF v— prin™ip—le ré—™tion nu™lé—ire les
produis—nt est l— fusion de deux protons X
p + p −→ 2
H + e+
+ νe @PFRA
où p représente le protonD 2
H le noy—u de deutériumD ™9estEàEdire un isotope de l9hydrogène ™omposé
d9un proton et d9un neutronD e+
l9—ntiEéle™tron et νe le neutrino éle™troniqueF
! les neutrinos de l— terre qui proviennent de l— r—dio—™tivité n—turelle de notre pl—nèteY ™elleE™i est
m—l ™onnue et ™ontri˜uer—it à m—intenir le m—gm— en fusion sous l— ™roûte terrestreF ges neutrinos
sont très nom˜reux @∼ 106
neutrinos/seconde.cm2
A m—is rel—tivement peu énergétiquesF
! les neutrinos proven—nt de ™—t—™lysmes tels que les explosions de supernov—e ou en™ore l— fusion
d9étoiles à neutronsF
! les neutrinos produits p—r les hommesD qui sont générés d—ns des —™™élér—teurs de p—rti™ulesD et qui
possèdent une gr—nde énergie @∼ GeV AF sls sont f—˜riqués à des (ns de re™her™he s™ienti(queF
ves ré—™teurs nu™lé—ires produisent eux —ussi des neutrinos @∼ 1020
neutrinos/sA m—is ont une énerE
gie ˜e—u™oup plus f—i˜le @∼ MeV AF
2.2.2 L'interaction faible
ves neutrinosD leptons3 non ™h—rgés éle™triquementD ne sont sensi˜les qu9à l9inter—™tion f—i˜leF gette
inter—™tion est —ttr—™tive ou répulsiveD et s— portée est de l9ordre de 10−18
mètresF v— portée d9une
inter—™tion est l— dist—n™e qui mesure son r—yon d9—™tionF ƒon intensité est IHFHHH fois plus petite que ™elle
de l9inter—™tion forte @l9inter—™tion qui permet de lier le noy—u —tomique m—lgré l— répulsion ™oulom˜ienne
entre les protonsAF
ve nom˜re leptonique est ™onservé lors de l9inter—™tion f—i˜leF ve résult—t de l9inter—™tion à ™our—nt
™h—rgé d9un neutrino —ve™ un noy—u —tomique ™onsiste en l9émission du lepton —sso™ié @un muon pour un
neutrino muoniqueAF
2Particules subatomiques ayant pour symbole π et jouant un rôle important dans les propriétés faiblement énergétiques
de l'interaction nucléaire forte
3Un lepton est une particule élémentaire qui n'est sensible qu'à l'interaction électrofaible et à la gravitation.
V

2.2.3 Le muon (µ)
„out ™omme le neutrinoD le muon est un leptonF ve muonD ™ontr—irement —u neutrinoD est une p—rti™ule
™h—rgéeD ™e qui le rend sensi˜le —ux ™h—mps éle™trom—gnétiquesF ge n9est p—s une p—rti™ule st—˜leD s— durée
de vie est de PDP µs et s— m—sse est PHU fois plus gr—nde que l— m—sse d9un éle™tronF
ƒur terreD des muons @et leurs neutrinos muoniques —sso™iésA sont not—mment produits p—r l— désinE
tégr—tion de pions ™h—rgésF ves pions sont not—mment produits p—r l9inter—™tion forte entre un proton p
du r—yonnement ™osmique et un noy—u x de l— h—ute —tmosphèreF
p + N −→ π + N @PFSA
ve pion se désintègre ensuite en un muon et son neutrino —sso™iéF
π±
−→ µ±
+ νµ(¯νµ) @PFTA
ve muon se désintègre ensuite ™omme suit X
µ±
−→ e±
+ νe(¯νe) + ¯νµ(νµ) @PFUA
ves muons @et leurs neutrinos —sso™iésA issus de telles inter—™tions sont —ppelés muons @neutrinosA —tmoE
sphériquesF
2.2.4 Gerbes de rayons cosmiques
Rayons cosmiques
ves r—yons ™osmiques désignent un r—yonnement de p—rti™ules ™h—rgées très énergétiques @de ∼ 107
eV
à ∼ 1020
eV AF veur spe™tre énergétique est illustré à l— (gure PFPF ge r—yonnement de p—rti™ules est
™onstitué prin™ip—lement de protons @VU7 A et de noy—ux d9hélium @IP7 AD et pour le reste d9éléments
plus lourds @viD peD FFFAF …ne petite p—rtie de ™e )ux de p—rti™ules est —ussi ™omposée d9éle™tronsF
Interaction et production de particules
ves r—yons ™osmiques inter—gissent —ve™ les noy—ux —tomiques de l9—tmosphère à des —ltitudes de
plusieurs diz—ines de kilomètresF
vors de l— ™ollision d9une p—rti™ule issue du r—yonnement ™osmique —ve™ un noy—u de l9—tmosphèreD de
nom˜reuses p—rti™ules peuvent être ™rééesD l— plup—rt ét—nt des pionsF ves pions neutres se désintègrent
très r—pidement en deux p—rti™ules γF ves pions ™h—rgés se désintègrent pour une p—rt @™frF équ—tion PFTA
ou réinter—gissent pour une —utre —ve™ les noy—ux de l9—tmosphère pour donner n—iss—n™e à de nouvelles
p—rti™ulesF ge phénomène est illustré p—r l— (gure PFQF
Evolution de la gerbe
e ™h—que inter—™tion les p—rti™ules de l— ger˜e perdent de l9énergie et ont de plus en plus de ™h—n™e
d9inter—girF ves p—rti™ules sensi˜les à l9inter—™tion forte (nissent p—r être —˜sor˜éesF eu (n—lD seulement
une fr—™tion des leptons ™h—rgés et l9ensem˜le des neutrinos —rrivent —u nive—u du solF veur nom˜re
)u™tu—nt dépend de l9énergie du r—yon ™osmique initi—l et du ™—r—™tère st—tistique de l— form—tion de l—
ger˜eF
W

Fig. PFP ! ƒpe™tre énergétique des r—yons ™osmiquesF
Le ux de particules décroît en fonction de l'énergie. La ligne rouge représente des points observés
expérimentalement.
Fig. PFQ ! qer˜e de r—yons ™osmiquesF
La gure représente en haut une particule incidente et ses diérentes interactions possibles en fonction
du temps et du type d'interactions et de désintégrations.
IH

‚erm—rquons que les éle™tronsD ˜e—u™oup plus légers que les muonsD sont ˜e—u™oup plus freinés p—r
fremstr—hlung4 Y le )ux d9éle™trons —tteign—nt le sol est don™ plus petit que ™elui des muons —lors qu9ils
sont ™réés en même qu—ntitéF
2.2.5 Détection de muons
ves muons ™h—rgés sont sensi˜les à l9inter—™tion éle™trom—gnétique et peuvent dès lors être déte™tés
—isément p—r di'érents types de déte™teursF ves plus ™ommuns pour déte™ter les muons issus de l— ger˜e
de r—yons ™osmiques @muons —tmosphériquesA sont les s™intill—teursF h9—utres types de déte™teurs plus
sensi˜les à l9environnement lumineux fon™tionnent sur ˜—se de déte™tion de l— lumière gherenkovY ils
sont ™omposés de photoEmultipli™—teursF
Le scintillateur
…n s™intill—teur est ™onstitué de su˜st—n™es dont les —tomesD ex™ités lors du p—ss—ge d9une p—rti™ule
ionis—nteD émettent des photons de longueur d9onde ™—r—™téristique lors de leur retour à l9ét—t fond—menE
t—lF v9énergie de ™es photons est —mpli(—˜le vi— des photoEmultipli™—teursF sl existe deux gr—ndes f—milles
de s™intill—teurs X les s™intill—teurs org—niques et les s™intill—teurs inorg—niquesF
ves s™intill—teurs inorg—niques sont ™onstruits sur ˜—se de ™rist—ux semiE™ondu™teurs ou isol—ntsF
v9émission de photons provient de l— désex™it—tion d9éle™trons ex™itésF gette ex™it—tion d9éle™trons est
due à l— réorg—nis—tion du ™rist—l provoquée p—r le p—ss—ge d9une p—rti™ule in™identeF e(n d9—méliorer le
dispositif on r—joute souvent un dop—nt @impuretéA d—ns le ™rist—lF
ves s™intill—teurs org—niques sont prin™ip—lement ™onstruits sur ˜—se de polymères solides ou liquides
dopés de molé™ules s™intill—ntes @souvent des ™omposés de ˜enzèneD de formule ™himique C6H6AF
v— p—rti™ule ™h—rgée tr—vers—nt le s™intill—teur ex™ite une molé™ule du polymèreF gette ex™it—tion se
prop—ge jusqu9à ™e qu9elle —tteigne un ™ompos—nt s™intill—ntF ge dernierD —près s9être ex™itéD se désex™ite
en émett—nt des photonsF
Eet Cherenkov
get e'et —pp—r—ît lorsque une p—rti™ule ™h—rgée se dépl—™e d—ns un milieu à une vitesse plus gr—nde que
™elle qu9—ur—it l— lumière d—ns ™e milieuF gette p—rti™ule ™h—rgée inter—git tout —u long de s— tr—je™toire
—ve™ le milieu qu9elle tr—verse et pertur˜e tempor—irement l— pol—ris—tion des ™ou™hes éle™troniques des
—tomes ren™ontrésD ™e qui provoque une émission r—di—tiveF einsiD ™h—que —tome ren™ontré p—r l— p—rti™ule
devient su™™essivement émetteur d9un r—yonnement —u p—ss—ge de l— p—rti™uleF v9interféren™e de ™h—™une
des ondes émises p—r ™h—que —tome pertur˜é est ™onstru™tiveD f—is—nt —insi —pp—r—ître un front d9onde
™ohérent sous forme d9un ™ône de lumière @™fF (gure PFRAF v9—ngle de ™e ™ône dépend de l— vitesse v
de l— p—rti™ule et de l9indi™e de réfr—™tion n du milieu tr—verséF ve spe™tre en longueur d9onde de l—
lumière de gherenkov v—rie ™omme l9inverse du ™—rré de ™ette dernièreF g9est pourquoi l— lumière ˜leue
est domin—nte d—ns le dom—ine visi˜leF
4Le Bremstrahlung est le rayonnement (strahlung) émis lorsque une particule chargée électriquement est freinée (Brem)
lors du passage dans un milieu comportant des charges électriques.
II

Fig. PFR ! gône de lumière de l9e'et gherenkovF
Le photo-multiplicateur
…n photoEmultipli™—teur @noté €w„ pour €hotoEwultiplier „u˜eA est un dispositif d9—mpli(™—tion
˜—sé sur l9e'et photoEéle™triqueF
ve prin™ipe illustré à l— (gure PFS est le suiv—nt X les photons —rriv—nt à g—u™he sur une photoE™—thode
—rr—™hent à ™elleE™i des éle™trons p—r e'et photoéle™triqueF ges éle™trons sont ensuite fo™—lisés sur une
première dynode5F gette fo™—lis—tion ™onsiste en l— ™ré—tion d9un ™h—mp vi— des éle™trodes élevées à un
™ert—in potentielY les éle™trons sort—nt de l— photoE™—thode suivent —lors ™es lignes de ™h—mp pour —˜outir
sur l— première dynodeF v9énergie de ™es éle™trons à ™e momentElà est de l9ordre de quelques ™ent—ines
d9e†F v— ™ollision de ™es éle™trons —ve™ l— dynode engendre une émission se™ond—ire de plusieurs diz—ines
d9—utres posséd—nt une énergie ˜e—u™oup plus f—i˜leF ges éle™trons sont ensuite —™™élérésD grâ™e à l—
di'éren™e de potentiel @dFdFpFA entre l— première et l— se™onde dynodeD pour entrer en ™ollision —ve™ ™ette
dernièreD ™e™i engendr—nt un phénomène d9—mpli(™—tionF eu (n—lD —près —voir tr—versé tous les ét—ges
du €w„D le g—in tot—l peut —tteindre 106
et ™orrespond —lors à une di'éren™e de potentiel de quelques
diz—ines de m†F sl est à noter que le sign—l en sortie du €w„ n9est p—s p—rf—it @™fF (gure PFTAF in e'etD
Fig. PFS ! €rin™ipe de fon™tionnement d9un €w„F
5Dénition : Une dynode est une des électrodes situées à l'intérieur d'un PMT. Chaque dynode est à un potentiel
électrique plus élevé que son prédécesseur direct.
IP

il y — du ˜ruit qui s9—joute —u sign—l utileF ge ˜ruit est dû à l9émission d9éle™trons p—r—sites p—r l—
photoE™—thodeD à l— fuite de ™our—nt entre les dynodesD à des r—di—tions à h—ute énergie —insi qu9à du
˜ruit lié à l9éle™troniqueF €our pouvoir déte™ter un évènement intéress—ntD une ph—se de ™—li˜r—tion est
don™ né™ess—ire —(n d9optimiser le ƒx‚6F in fon™tion du ƒx‚ —ttenduD l— ™—li˜r—tion nous donne deux
p—r—mètres import—nts X
! l— h—ute tension à —ppliquer —ux ˜ornes du €w„D dont dépend le g—in d9—mpli(™—tionF
! le dis™rimin—nt qui permet de déterminer le seuil de ˜ruit minim—lF ƒeuls les sign—ux dép—ss—nt le
seuil de dis™rimin—tion sont retenusF
Fig. PFT ! ƒign—l de sortie d9un €w„F
Le temps est représenté en abscisse et la d.d.p. en ordonnée.
2.3 Le téléscope IceCube
ve ˜ut du télés™ope s™egu˜e @™fF (gure PFUA est de déte™ter des neutrinos d9origine ™osmiqueF e son
—™hèvement en PHIH il ser— ™omposé d9une m—tri™e de RVHH modules optiques @™fF (gure PFVA rép—rtis d—ns
VH ™h—înes en ™omport—nt ™h—™une THF gette m—tri™e est enfouie d—ns un volume d9un kilomètre ™u˜e
d—ns l— gl—™e de l9—nt—r™tique entre IRHH et PRHH mètres de profondeurF €our pouvoir pl—™er les ™h—înes
de modules optiques à de telles profondeurD on ™reuse un trou grâ™e à un jet d9e—u ™h—udeF ve di—mètre
de ™e trou est de SH à TH™mF insuite lorsque le trou est ™reuséD on y f—it des™endre une ™h—îne de modules
optiques @™fF (gure PFWA F
ve ™hoix de l9ent—r™tique pour l9empl—™ement de ™e télés™ope n9est p—s dû —u h—s—rdF in e'etD l—
m—sse de gl—™e ™onstituée p—r l— ™—lotte gl—™i—ire du €ôle ƒud permet —u neutrino @νA d9inter—gir selon
une plus gr—nde pro˜—˜ilité —ve™ un des noy—ux d9oxygène ou d9hydrogène de l— gl—™eF h—ns le ™—s du νµD
™ette inter—™tion provoque l9émission d9un muon se dépl—ç—nt qu—siment d—ns l— même dire™tion que le
neutrino in™identF in outreD l— gl—™e est tr—nsp—renteD ™e qui permet —ux photons d9y voy—ger s—ns être
—˜sor˜ésF xotons —ussi que l— profondeur d9enfouissement des €w„9s — plusieurs —v—nt—ges X elle permet
de réduire ™onsidér—˜lement l— déte™tion de muons —tmosphériques p—r—sitesD d9—voir un environnement
très som˜reD mett—nt les €w„9s en mesure de ne ™—pter que les photons issus de l— lumière gherenkovD
6Signal to Noise Ratio : Rapport signal sur bruit.
IQ

Fig. PFU ! „élés™ope s™egu˜eF
Les boules placées sur les chaînes représentent les PMT's. On peut aussi apercevoir sur la gure
l'emplacement de l'ancien téléscope à neutrinos AMANDA (Antarctical Muons And Neutrinos Detector
Array). La direction de déplacement d'un muon dans le téléscope ainsi que les diérents PMT's touchés
sont représentés en couleurs.
IR

Fig. PFV ! ƒ™hém— d9un module optiqueF
Un module optique est constitué d'une sphère sous pression contenant un PMT et son électronique. La
photo-cathode est en contact optique et mécanique avec la sphère au travers d'un gel de silicone.
Fig. PFW ! gh—îne de modules optiquesF
Cette photo représente un trou dans la glace avec la chaîne de modules optiques au milieu.
IS

et d9—voir un milieu homogène et très pur @—˜sen™e de ˜ulles de g—z d—ns l— gl—™e à ™—use de l— pression
élevéeAF h9—utres —v—nt—ges plus mé™—niques et thermodyn—miques liés à l— gl—™e permettent —ux €w„9s
d9—voir une position très st—˜le et de ne su˜ir que peu de v—ri—tion thermiqueF
gomme les muons —tmosphériques ne sont p—s intéress—nts pour l9expérien™eD le télés™ope s™egu˜e ne
prend en ™ompte que les évènements ™orrespond—nt à des p—rti™ules —y—nt pour in™iden™e l9hémisphère
nordD les muons —tmosphériques ven—nt de ™ette hémisphère se désintègr—nt ou inter—giss—nt ˜ien —v—nt
d9—rriver —u déte™teurF
g9est d—ns ™e ™on™ept de dire™tion de visu—lis—tion que réside un des gr—nds intérêts de l— m—tri™e de
™—pteurs optiques du télés™ope s™egu˜eF in e'etD en fon™tion des €w„9s tou™hés et du temps d9imp—™tD
on peut re™onstruire l9évènementD à s—voir s— dire™tion de prop—g—tionF sl est don™ primordi—l pour le
télés™ope de syn™hroniser de m—nière très pré™ise le systèmeF gette syn™hronis—tion est l9o˜jet du ™h—pitre
suiv—ntF
IT

Chapitre 3
Etude de la synchronisation lors de la
prise de données
gomme on — pu le voir d—ns le ™h—pitre pré™édentD le temps est un f—™teurE™lé pour permettre à
l9éle™tronique de re™onstruire un évènement —y—nt eu lieu d—ns le télés™opeD et —insi de le v—lider ou nonF
€our ™e f—ireD l9éle™tronique d9—™quisition de données située à l— surf—™e de l— ˜—nquise prend en ™ompte
les dél—is de prop—g—tion des sign—ux proven—nt des €w„9sF v— dé(nition des évènements se ˜—se sur le
™on™ept de fenêtre temporelle X lorsqu9un €w„ déte™te un évènementD une fenêtre de temps de l9ordre
de quelques mi™rose™ondes1 est dé™len™héeY si un nom˜re minimum de €w„9s déte™tent un sign—l d—ns
™ette fenêtre de tempsD l9évènement est v—lidé et enregistréF
he plusD les p—r—mètres de l— tr—je™toire du muon sont déterminés p—r l— mesure du temps d9—rrivée
des photons gherenkov à ™h—que €w„ individuelF in(nD d—ns le ˜ut de ™orréler les évènements déte™tés
p—r le télés™ope s™egu˜e —ve™ des données d9—utres o˜serv—tionsD le temps universel de l9enregistrement
doit être ™onnuF h—ns un tel système il est indispens—˜le de syn™hroniser tous les €w„9s de m—nière très
pré™iseF g9est le système q€ƒ2 qui — été ™hoisi pour ™e f—ireF ge système plus ™our—mment utilisé d—ns
l— géoElo™—lis—tion de dispositifs mo˜iles tels que les —utomo˜iles peut —ussi être utilisé pour re™evoir une
inform—tion temporelle universelle de très gr—nde pré™isionF
3.1 Moyens utilisés à l'IIHE
eux (ns tout à l— fois de tester l9éle™troniqueD de développer des —lgorithmes et de tester l— pré™ision
du dispositifD il — été mis en pl—™e à l9ssri une simul—tion à é™helle réduite de l9expérien™e s™egu˜eF gette
simul—tion ™onsiste à déte™ter et à syn™hroniser des muons de f—i˜le énergie @™eux proven—nt de ger˜es de
r—yons ™osmiquesAF ve déte™teur de ™ette expérien™e est ™omposé de ™inq s™intill—teurs de type org—nique
@™frFse™tion PFPFSAD pl—™és en —r™hite™ture pyr—mid—leD et r—™™ordés ™h—™un à des photoEmultipli™—teursF
ges derniers sont r—™™ordés à deux systèmes em˜—rqués @™frF (gure QFIAF
ves mêmes s™intill—teurs sont don™ utilisés p—r les deux systèmes em˜—rqués et il est évident que les
mêmes évènements sont enregistrés indi'éremment p—r les deux systèmes d9—™quisition de donnéesF
1Ce choix est dicté par le temps moyen que mettrait un muon se propageant à la vitesse de la lumière pour traverser
l'entièreté du détecteur.
2Global Positioning System
IU

Fig. QFI ! „élés™ope de l9ssriF
Les scintillateurs sont les longues plaques noires à droite sur la photographie, ils sont raccordés via les
PMT's aux systèmes embarqués visibles à gauche.
ves deux systèmes sont syn™hronisés sur ˜—se d9horloges q€ƒ fournies p—r deux ré™epteurs q€ƒ
indépend—ntsF v9un dispose d9une —ntenne gr—nd —ngle qui permet l9o˜serv—tion de l9ensem˜le des s—telE
lites de notre hémisphèreD l9—utre est muni d9une —ntenne plus dire™tionnelle qui ne permet l9o˜serv—tion
que d9une demi hémisphèreF gette di'éren™e introduit des dé™—l—ges temporels d—ns les deux systèmes
qui —'e™tent les temps des évènementsF hes —lgorithmes ont été développés d—ns le ˜ut d9o˜tenir l—
plus gr—nde pré™ision possi˜le d—ns l— syn™hronis—tion des évènementsF heux p—r—mètres import—nt inE
)uen™ent l— pré™ision de syn™hronis—tion X le ™—pt—ge des sign—ux q€ƒ p—r l9—ntenne et les )u™tu—tions
de l9horloge interne des systèmes em˜—rquésF
h—ns les se™tions suiv—ntes nous —llons exposer d9une f—çon théorique les di'érents ™ompos—nts éle™E
troniques ™onstitu—nt le télés™ope de l9ssri —insi que les éléments inform—tiques —sso™iésF insuite d—ns
le ™h—pitre suiv—ntD grâ™e à l9introdu™tion théorique de ™es ™on™eptsD nous pourrons —pprofondir sur ™ette
˜—se les progr—mmes et —lgorithmiques développés d—ns le ™—dre de ™e mémoireF
3.2 Systèmes embarqués
ves systèmes em˜—rqués sont des systèmes éle™troniques ™onçus pour exé™uter une ou plusieurs tâ™hes
spé™i(quesF veur ™—r—™téristique prin™ip—le est qu9ils fon™tionnent le plus souvent en temps réelF g9estEàE
direquelessystèmes™ontrôlentdespro™édésphysiquesàdesvitesses—d—ptées—uxévolutionsdespro™édés
™ontrôlésF ges systèmes inform—tiques temps réel se di'éren™ient des —utres systèmes inform—tiques p—r
l— prise en ™ompte de ™ontr—intes temporelles dont le respe™t est —ussi import—nt que l9ex—™titude du
résult—tY —utrement ditD les systèmes ne doivent p—s simplement délivrer des résult—ts ex—™tsD ils doivent
IV

les délivrer d—ns des dél—is imposésF
ves systèmes d9exploit—tionD tout ™omme ™h—™un des éléments des systèmes em˜—rquésD doivent être
temps réelF wi™rogGyƒEss est ™elui ét—nt utilisé sur le téles™ope de l9ssriY nous y reviendrons plus t—rdF
e(n de g—r—ntir le respe™t des ™ontr—intes temporellesD il f—ut que les servi™es et —lgorithmes tourn—nt
sur le système s9exé™utent en temps ˜orné et que les di'érents en™h—înements possi˜les des tr—itements
g—r—ntissent que ™h—™un de ™euxE™i ne dép—sse p—s s— limite temporelleF v9ordonn—n™ement des tâ™hes est
don™ un f—™teur ™ritique pour le ˜on respe™t de ™es ™ontr—intesF
ves systèmes em˜—rqués utilisés à l9ssri ™ontiennent X
! un ré™epteur q€ƒ wotorol— wIP yn™ore …„
! une ™—rte de ™ontrôle des €w„9s que nous ne dét—illerons p—s i™i ™—r ils n9ont été l9o˜jet d9—u™un
développement d—ns le ™—dre de ™e mémoireF
! un mi™ro™ontrôleur ™omposé d9une ™—rte de développement xsyƒ ss ˜—sée sur un p€qe gyE
™lone I™PH de l— m—rque elter—
! les —liment—tions des di'érents modules
ges di'érents éléments sont représentés à l— (gure QFPF
Fig. QFP ! €hotogr—phie du système em˜—rqué du télés™ope de l9ssriF
3.3 Global Positioning System
wis en pl—™e p—r le hép—rtement de l— héfense —méri™—ine @hohAD le q€ƒ est un système permett—nt
de ™onn—ître à tout endroit de l— terre l— position de tout ré™epteur en trois dimensions @l—titudeD longitude
IW

et élev—tionA de même que le temps universelF ve projet fut l—n™é en IWUQ —v—nt de voir ™inq —ns plus
t—rdD en IWUVD le premier s—tellite envoyé d—ns l9esp—™eF in IWWRD le dernier s—tellite à devoir être déployé
d—ns le système fut opér—tionnelD et un —n —prèsD en juillet IWWSD le système fut o0™iellement dé™l—réF ve
™oût du projet s9élev—it —lors à IP milli—rds de doll—rsD s—ns ™ompter les ™oûts d9exploit—tion —nnuels dûs
à l— m—inten—n™e du système et qui se montent à RHH millions de doll—rs3
in m—i PHHHD sur dé™ision de fill glintonD l— disponi˜ilité séle™tive @ƒe E ƒele™tive ev—il—˜ilityA fut
suppriméeF ev—nt ™ette d—te le système q€ƒ envoy—it —ux ré™epteurs ™ivils une inform—tion intentionnelE
lement impré™ise @données de positions supérieures à IHH mètres d—ns WS7 des ™—s3AF ves inform—tions
pré™ises ét—ient qu—nt à elles ™ryptées et seuls les ré™epteurs de l9—rmée —méri™—ine et de ses —lliés —insi
que ™eux de quelques gouvernements posséd—ient les ™lés permett—nt de les dé™rypterF
Principe
ve système q€ƒ est ™omposé de PR s—tellites en rot—tion —utour de l— terreD positionnés sur des
or˜ites @™frF (gure QFQA à PHPHH km d9—ltitudeF veur vélo™ité p—r r—pport —u ™entre de l— terre est de
Fig. QFQ ! yr˜ites des s—tellites du système q€ƒF
PS : Sur cette gure, la représentation des orbites n'est pas à l'échelle de la terre.
IQFHHH kmGhD ™e qui leur permet d9e'e™tuer une rot—tion ™omplète —utour de ™elleE™i en IP heuresF qrâ™e
à ™ette —r™hite™tureD un ré™epteur est —insi ™—p—˜le de 4voir4 en perm—nen™e entre S et V s—tellites et peut
même en ™—pter jusqu9à IH simult—nément3F v— pré™ision du système dépend de l— rép—rtition sp—ti—le
des s—tellites d—ns le ™ielD du nom˜re de s—tellites tr—™ésD —insi que des ™onditions —tmosphériquesF
ve système q€ƒ utilise di'érentes fréquen™es pour di'user l9inform—tionF illes sont toutes ™omprises
entre Iqrz et Pqrz et leur us—ge dépend du type d9utilis—teur ou d9—ppli™—tion et de l— pré™ision voulueF
in e'etD l— prop—g—tion du sign—l q€ƒ à tr—vers l9ionosphère est plus ou moins pertur˜ée en fon™tion de
s— fréquen™eD et don™ l9utilis—tion de fréquen™es spé™i(ques ou de ™orrél—teurs de ph—ses de sign—ux émis
à fréquen™es di'érentes doivent être utilisés pour ™ontre™—rrer ™es pertur˜—tionsF
ves —ppli™—tions du système s9étendent à des dom—ines très v—riés X n—vig—tion —utomo˜ileD n—vig—tion
—érienne @—vi—tionD missilesD FFFAD n—vig—tion m—ritimeD mesure pré™ise du tempsD syn™hronis—tion rése—uD
™—rtogr—phieD s—uvet—gesD FFF
3Chires basés sur nos résultats expérimentaux de décembre 2005
PH

3.3.1 Principe
ve fon™tionnement du q€ƒ se ˜—se sur le prin™ipe de tril—tér—tionF qrâ™e d9une p—rt à l— ™onn—iss—n™e
de l— position des s—tellites ™ontenue d—ns les éphémérides envoyées d—ns les mess—ges s—tellit—ires ™—ptés
p—r les ré™epteursD et d9—utre p—rt —u ™—l™ul de l— dist—n™e qui sép—re le ré™epteur de ™es s—tellitesD on
peut déterminer des sphères dont les positions des ™entres sont ™onnuesF v9interse™tion de ™es sphères
nous donne l— position es™omptée @™fF (gure QFRAF €lus le nom˜re de s—tellites est gr—ndD plus le ™—l™ul de
Fig. QFR ! €rin™ipe de tril—tér—tionF
Quelques relations géométriques élémentaires permettent au point B de déterminer sa position à partir
de la connaissanc des distances qui le séparent des centres P1, P2 et P3 dont les positions sont connues.
l— position est pré™isF v— dist—n™e est le résult—t de l— multipli™—tion du temps mis p—r le sign—l @di'usé
sous forme d9onde éle™trom—gnétiqueA pour —ller du s—tellite —u ré™epteur —ve™ l— vitesse de prop—g—tion
de l9onde @∼ 3.108
mGsA4F e(n de pouvoir déterminer le temps mis p—r le sign—l pour —rriver —u ré™epteurD
on ™omp—re les temps d9émission @in™lus d—ns le sign—lA et de ré™eption de l9onde émise p—r le s—telliteF
sl est primordi—l de pouvoir syn™hroniser très pré™isément les horloges —tomiques des s—tellites et
les horloges des ré™epteursF in e'et une erreur de quelques millionièmes de se™onde de syn™hronis—tion
engendre une erreur de plusieurs ™ent—ines de mètres d—ns le ™—l™ul des dist—n™es3 ves ™odes €‚x @€seudo
‚—ndom xoiseA sont utilisés pour pouvoir syn™hroniser les deux horlogesF ge ™ode ™onsiste en une série
de IHPQE˜its é™h—ntillonnés à une vitesse de IFHPQwrz @IHPQHHH ˜itsGsA qui à première vue sem˜le être
un ˜ruit —lé—toireD m—is en f—it ne l9est p—sF in e'etD l— même séquen™e de ˜its se répète indé(niment tous
les IHPQE˜itsF ge ™ode est généré à p—rtir d9un nom˜re ™onnu t—nt du s—tellite que du ré™epteurF ve sign—l
généré p—r ™e ™ode est —dditionné —u sign—l tr—nsport—nt les données q€ƒD é™h—ntillonnées qu—nt à elles
à SHrz @™fF (gure QFSAF v— somme des sign—ux est ensuite modulée pour être di'usée vers l— terreF ƒur
terreD le ré™epteur ™onn—iss—nt le ™ode €‚x du s—tellite peut générer le même ™ode lo™—lementF insuite
un ™ode m—t™hing entre le €‚x du sign—l s—tellite et le €‚x généré d—ns le ré™epteur permet —lors de
déterminer le shift5 entre les deux sign—ux et don™ de ™onn—ître le dél—i de tr—nsmissionF …ne fois ™e shift
4Il est à noter que la vitesse de transmission de ce signal varie très faiblement mais aléatoirement en fonction des
conditions atmosphériques. An d'éliminer ce problème, des corrections sont possibles en comparant les diérences de
phases entre des signaux émis à des longueurs d'onde diérentes. Cependant peu de récepteurs utilisent ce procédé.
5Terme utilisé ici dans le sens de décalage temporel
PI

Fig. QFS ! gomposition du sign—l s—telliteF
Le signal PRN et le signal des données GPS sont additionnés avant d'être modulés dans la porteuse
GPS qui a une fréquence allant de 1GHz à 2GHz
™onnuD on peut f—ire ressortir p—r ™orrél—tion l9inform—tion q€ƒ ™ir™ul—nt d—ns le sign—l pseudoE˜ruitéF
3.4 Microcontrôleur
…n mi™ro™ontrôleur est un ™ir™uit intégré ™omposé génér—lement d9un mi™ropro™esseur et d9—utres
™ompos—nts tels que de l— mémoire et d9—utres périphériquesF
ves mi™ro™ontrôleurs utilisés d—ns les systèmes em˜—rqués du télés™ope de l9ssri sont ™omposésD à l—
di'éren™e de l— dé(nition pré™édenteD d9un p€qe6 en lieu et pl—™e d9un mi™ropro™esseurF ves p€qe9s
sont des ™ir™uits logiques reprogr—mm—˜les sur siteF v— logique de fon™tionnement de ™es ™ir™uits se dé(nit
d—ns des progr—mmes é™rits d—ns des l—ng—ges de des™ription de m—tériel —ppelés rhv7 dont les plus
rép—ndus sont le †rhv8 et †erilogF
gomme nous l9—vons ™ité pré™édemmentD il s9—git d9une ™—rte de développement xsyƒ ss ˜—sée sur
un p€qe gy™lone I™PH de l— m—rque elter—F ve kit de développement xsyƒ ss fourni —ve™ ™ette ™—rte
est ™onstitué d9un outil gr—phique @u—rtus ssA permett—nt l— ™on™eption des di'érents modules logiques
du p€qeF ve kit est —ussi ™omposé de l9shi9 xsyƒ ss qui est dérivé du f—meux shi openEsour™e
i™lipse et qui permet de ™onstruire des —ppli™—tions utilis—teur pour l— ™—rte de développementF ges
—ppli™—tions tournent sur l— des™ription logique du m—tériel f—ite en rhv vi— l9intermédi—ire d9un système
d9exploit—tion @™fF se™tion QFSAF v9shi xsyƒ ss permet —ussi d9envoyer d—ns de l— mémoire )—sh @mémoire
non vol—tileAD vi— un ™onne™teur …ƒfD l— des™ription logique du p€qeD le système d9exploit—tion —insi que
le progr—mme utilis—teur F eu dém—rr—ge du systèmeD ™ette mémoire est lue pour permettre —u p€qe
d9être re™on(guré @si né™ess—ireAD et —ussiD pour envoyer d—ns l— mémoire ‚ew @mémoire vol—tileA le
™ontenu du progr—mme —ve™ le système d9exploit—tion —ux (ns d9exé™utionF
ves diverses ™—r—™téristiques de ™ette ™—rte illustrées p—r le di—gr—mme ˜lo™ à l— (gure QFT sont les
suiv—ntes X
! os™ill—teur d9horloge ™—den™é à SH wrz dont les ™—r—™téristiques et l9étude de s— st—˜ilité sont
exposées —u ™h—pitre SF
6Field Programmable Gate Array
7High Denition Language
8Very High Denition Language
9Integrated Development Environment
PP

! ™onne™teur t„eq qui est un ™onne™teur série …ƒf permett—nt d9uplo—der d—ns l— mémoire )—sh
de l— ™—rte de développement l9—r™hite™ture du p€qeD le système d9exploit—tion et le progr—mme
utilis—teurF
! divers ™onne™teurs d9extension qui ™onne™tent l— ™—rte de ™ontrôle des €w„9s —u mi™ro™ontrôleurF
! l— mémoire ‚ew de IT wo d—ns l—quelle sont ™h—rgésD —u dém—rr—ge du systèmeD le système
d9exploit—tion et le progr—mme utilis—teur —insi que les esp—™es mémoire —sso™iésF
! l— mémoire pl—sh ™onten—nt l— des™ription du p€qe —insi que le progr—mme utilis—teurF
! un ™ontrôleur ithernet —insi que son ™onne™teur ‚tERS qui sert —u tr—nsfert des données tr—itées
p—r le système sur le rése—u snternet @™fF ™h—pitre RAF
! deux ™ontrôleurs série ‚ƒEPQP dont l9un des deux est utilisé pour ™onne™ter le ré™epteur q€ƒ @™fF
se™tion SFQFIAF
Fig. QFT ! hi—gr—mme ˜lo™ de l— ™—rte de développement xsyƒ ssF
3.5 Systèmes d'exploitation temps réel
…n système d9exploit—tion @yƒ pour yper—ting ƒystemA est une ™ou™he logi™ielle qui permet d9interE
f—™er le m—tériel —ve™ les progr—mmes utilis—teurs @™fF (gure QFUAF ve télés™ope de l9ssri utilise le système
d9exploit—tion temps réel wi™rogGyƒEssF h—ns notre ™—sD le m—tériel interf—™é ™onsiste en l— des™ription
PQ

Fig. QFU ! †ue des di'érentes ™ou™hes d9un ordin—teurF
logique de l9—r™hite™ture dé(nie d—ns le l—ng—ge de h—ut nive—u implémenté d—ns le p€qe t—ndis que le
progr—mme utilis—teur est un progr—mme s9o™™up—nt de l— gestion de l9—rrivée de muons d—ns le télés™opeF
ge progr—mme est dét—illé d—ns l— se™tion QFTF
3.5.1 Dénition
…n système d9exploit—tion temps réel @‚„yƒ E ‚e—l „ime yper—ting ƒystemA se ™—r—™térise p—r le
respe™t de ™ontr—intes temporellesF ge qui veut dire en d9—utres termes que pour qu9un pro™essus puisse
être mené à ˜ienD il doit e'e™tuer une série d9opér—tions d—ns des dél—is ˜ien dé(nisF „outes les opér—tions
exé™utées p—r un progr—mme utilis—teur tourn—nt sur ™et yƒ sont déterministes @™9estEàEdire que l9on peut
prévoir ex—™tement le moment où elles sont exé™utées et d—ns quels dél—isA et reprodu™ti˜les @™9estEàEdire
qu9un progr—mme se ™omporte toujours de l— même f—çon et d—ns les mêmes dél—is lorsqu9il est l—n™é et
— tourné d—ns les même ™onditionsA indépend—mment du nom˜re de tâ™hes en ™ours d9exé™utionF
3.5.2 MicroC/OS-II
wi™rogGyƒEss10 f—it p—rtie de l— ™l—sse des systèmes d9exploit—tion temps réelF sl est destiné —ux
systèmes em˜—rqués et se dém—rque prin™ip—lement p—r s— st—˜ilité et s— ro˜ustesse à toute épreuveF sl —
été ™erti(é p—r l9edministr—tion peder—le de l9evi—tion —méri™—ine @peeA ™omme un produit s—tisf—is—nt
—ux exigen™es de l9—vi—tion ™ommer™i—leF sl est —ussi ™onforme —ve™ les st—nd—rds de progr—mm—tion
g du wsƒ‚e11 à WW7 F ges st—nd—rds ont été ™réés p—r ™ette —sso™i—tion d—ns le ˜ut d9—méliorer l—
(—˜ilité et l— prédi™t—˜ilité des progr—mmes g tourn—nt d—ns les systèmes em˜—rqués des —utomo˜ilesF
gette ™erti(™—tion et ™ette ™onformité sont g—ges de qu—lité du systèmeF in e'et ™h—que ligne de ™ode
—insi que ™h—que fon™tion — été ex—minée et — été testée pour démontrer que le système ™omplet ét—it
—ssez ro˜uste et sûr pour être utilisé d—ns des systèmes h—utement ™ritiques où de nom˜reuses vies
hum—ines sont en jeuF in pr—tique il est utilisé —™tuellement d—ns des dom—ines tels que l9—éron—utiqueD
les ™—mér—sD l9instrument—tion médi™—leD les instruments de musiqueD les ™ontrôleurs de moteur @inje™tion
éle™troniqueAD les équipements rése—uD FFF
10MicroC/OS-II est l'acronyme de Micro-Controller Operating System, Version 2.
11Motor Industry Software Reliability Association comprenant notamment Delco Electronics, Ford Motor Company, Ja-
guar Cars Ltd., Lotus Engineering, Lucas Electronics, Rolls-Royce, Rover Group Ltd. ainsi que d'autres rmes et universités
impliquées dans l'électronique embarquée dans les automobiles
PR

ves —v—nt—ges à utiliser µgGyƒEss peuvent être ˜rièvement ™ités X
! ƒystème extrèmement s™—l—˜le X ƒur ™ert—ins pro™esseursD en fon™tion des ˜esoins de l9—ppli™—tionD
l— t—ille du système d9exploit—tion peut être réduite à Puo d9esp—™e de ™ode et PHHo d9esp—™e de
données3
! ve ™ode sour™e ˜ien que propriét—ire est entièrement à l— disposition du développeurF
! „emps d9exé™ution déterministe et ™onst—ntF
! ƒystème l—rgement éprouvé p—r des entreprises du monde entier sur des ™ent—ines de produitsF
! ƒystème gr—tuit pour l9utilis—tion en milieu édu™—tionnelF
! ve gode —insi que s— do™ument—tion sont livrés —ve™ l— ™—rte de développement xsyƒ ss et le
système est entièrement supporté p—r ™elleE™iF
3.5.3 Caractéristiques techniques de µC/OS-II
wi™rogGyƒEss est é™rit en exƒs g et ™ontient une portion minim—le de l—ng—ge d9—ssem˜l—geF v—
portion de ™ode qui est spé™i(que à l9—r™hite™ture du pro™esseur sur l—quelle tourne l9yƒ ™orrespond —u
l—ng—ge d9—ssem˜l—geF €orter l9yƒ d9une —r™hite™ture à l9—utre n9implique que le ™h—ngement de ™ette
p—rtie de ™odeD ™e qui en f—it un système d9exploit—tion très port—˜leF e™tuellementD il — été porté sur RH
—r™hite™tures di'érentes —ll—nt de g€…9s VE˜its —u g€…9s TRE˜itsF
ves fon™tions implémentées d—ns ™e système d9exploit—tion sont les suiv—ntes X
! ƒém—phores
! ƒém—phore —ve™ ex™lusion mutuelle
! hr—pe—ux évènementiels
! foîtes à mess—ges
! pile de mess—ges
! qestion des tâ™hes @™ré—tionD suppressionD ™h—ngement de prioritéD suspensionGrepriseD et™FA
! qestion de ˜lo™s mémoire de t—ille (xe
! qestion du temps
3.5.4 Notion de multi-tâche et d'ordonnancement
uelques développements —lgorithmiques e'e™tués —u ™ours de ™e mémoireD ™omme nous le verrons
d—ns le ™h—pitre suiv—ntD ont eu tr—it à l— progr—mm—tion multithre—dsF g9est pourquoiD nous —llons d—ns
™ette sousEse™tion é™l—ir™ir ™e ™on™eptF
wi™rogGyƒEss est un noy—u multiEtâ™he préemptifF ves notions de multiEtâ™he et de préemption sont
liées et dé(nissent le ™omportement du système p—r r—pport à l— gestion de plusieurs tâ™hes en p—r—llèleF
€our l— suite de l9exposéD nous p—rlerons indi'éremment de thre—d ou pro™essus en t—nt que tâ™heF
xé—nmoinsD il n9est p—s inutile de dé(nir ™e que sont les pro™essus et les thre—dsD l— frontière entre ™es
deux ™on™epts ét—nt souvent m—l perçueF
! Processus X …n pro™essus ™—r—™térise un progr—mme en ™ours d9exé™utionF gh—que pro™essus posE
sède un esp—™e d9—dress—geD qui est un ensem˜le d9—dresses mémoire d—ns lequel le pro™essus peut
lire et é™rireD —insi qu9un thre—d de ™ontrôle uniqueF
! Thread X …n pro™essus peut être ™omposé de plusieurs portions de ™ode tourn—nt en qu—siE
p—r—llélisme et —ppelés thre—dsF ves thre—ds d9un même pro™essus p—rt—gent le même esp—™e d9—dresE
PS

s—geF
v— dé(nition de tâ™he pour le système d9exploit—tion wi™rogGyƒEss ™orrespond —u thre—dF
vorsque plusieurs tâ™hes sont en ™on™urren™e pour l9o˜tention du g€…D on — re™ours à un ordonn—nE
™eur de tâ™hes @s™hedulerAF v9ordonn—n™eur est l— p—rtie du système d9exploit—tion qui e'e™tue le ™hoix de
l— pro™h—ine tâ™he à exé™uter et l9—lgorithme d9ordonn—n™ement @s™heduling —lgorithmA est l9—lgorithme
qui permet d9e'e™tuer ™e ™hoixF sl existe de nom˜reux —lgorithmes d9ordonn—n™ement qui peuvent être
™l—ssés en deux ™—tégories X l— ™—tégorie des ordonn—n™eurs préemptifs et l— ™—tégorie des ordonn—n™eurs
non préemptifsF
ve prin™ipe de fon™tionnement d9un —lgorithme de l— ™l—sse préemptif est de séle™tionner une tâ™he
en —ttente du pro™esseur et de l— l—isser s9exé™uter pend—nt un dél—i déterminéF ge ™hoix peut être p—r
exemple lié à des priorités —'e™t—nt les di'érentes tâ™hesF e l— (n du dél—i imp—rti à l— tâ™he en ™ours
d9exé™ution ™elleE™i est suspendueY si elle est terminéeD ses registres —sso™iés sont li˜érésD ou —u ™ontr—ire
sont s—uveg—rdés —insi que d9—utres v—leurs utiles —u ™ontexte @opér—tion —ppelée ™ontext swit™hingAD
l9—lgorithme en séle™tionn—nt —lors une —utre à exé™uterF sl est à noter que ™e type d9ordonn—n™ement
né™essite —˜solument une interruption à l— (n du dél—i —(n de rendre le ™ontrôle du pro™essus à l9ordonE
n—n™eurF vorsqu9une interruption est émiseD l— tâ™he en —ttente —y—nt le plus gr—nde priorité s9exé™uter—F
ges interruptions sont fournies p—r une horloge m—térielleF ƒi une telle horloge est —˜senteD l9ordonn—n™eE
ment ne peut être —lors que non préemptifD ™9estEàEdire un type d9ordonn—n™ement séle™tionn—nt une tâ™he
et l— l—iss—nt s9exé™uter jusqu9à ™e qu9elle —it li˜éré ou qu9elle —it ˜loqué @pFexF requête d9entréeEsortieA
le pro™esseurF
v— notion de système d9exploit—tion multiEtâ™he ™orrespond à un système permett—nt d9exé™uter
plusieurs tâ™hes di'érentes en qu—siEp—r—llélismeF wi™rogGyƒEss peut en f—ire tourner TR simult—némentD
™h—™une ét—nt —'e™tée d9une priorité propreF gette politique d9—'e™t—tion des priorités ne permet p—s
l9utilis—tion d9un ordonn—n™eur roundEro˜in12F e(n de pouvoir ˜—s™uler d9une tâ™he à une —utreD une
s—uveg—rde t—nt des registres que de l9ét—t de l— pile et du ™ompteur ordin—l doit être f—iteD opér—tion
sus™epti˜le d9engendrer l— perte de nom˜reux ™y™les g€…F ge ˜—s™ulement des tâ™hes e'e™tué d9une
f—™on rel—tivement r—pideD ™rée l9illusion que des pro™essus distin™ts s9exé™utent en p—r—llèleD d9où le
terme de qu—siEp—r—llélismeF sl est à noter que ™ert—ins ordin—teurs supportent plusieurs g€…9s voire un
g€… multiE™oeurF ges ordin—teurs permettent de f—ire tourner plusieurs tâ™hes en p—r—llélisme réelF e(n
d9—ssurer un p—rt—ge et une ™ommuni™—tion e0™—™e entre les di'érents thre—dsD wi™rogGyƒEss fournit un
ensem˜le de servi™es très utiles tels que les sém—phoresD les ˜oîtes à mess—ges @mess—ge m—il˜oxesA et les
(les d9—ttente de mess—gesF
3.6 Programme cosmics
ve progr—mme tourn—nt —uEdessus de l— ™ou™he du système d9exploit—tion est un progr—mme utilis—E
teur situé —u plus h—ut nive—u logique sur le système em˜—rquéF sl est é™rit ex™lusivement en gF xous
l9—ppellerons pour l— suite de l9exposé le progr—mme 4™osmi™s4AF
ƒes fon™tions sont les suiv—ntes X
12L'algorithme d'ordonnancement round-robin assigne à chaque processus la même tranche de temps d'exécution. Il n'y
a donc aucune notion de priorité.
PT

! inti—lis—tion du système em˜—rqué @h—ute tension et dis™rimin—nts des €w„9sD ™onne™tivité rése—uD
q€ƒD FFFA
! gestion de l9—rrivée des évènements @tr—itement des interruptions proven—nt des sign—ux des €w„9sA
! syn™hronis—tion de l9horloge lo™—le —ve™ le temps fourni p—r le q€ƒ
! gestion du rése—u X envoi des évènements et d9inform—tions diverses sur l— ™onnexion ithernet
sl est à noter que les —ntennes s—tellites sont r—™™ordées p—r des ™â˜les ™o—xi—ux —ux ré™epteursD ™e
qui introduit des dél—is d—ns l— tr—nsmission du sign—l du ™—pteur q€ƒ vers le ré™epteur q€ƒF e(n
d9introduire ™es dél—is non néglige—˜les d—ns le progr—mme 4™osmi™s4D des tests de ré)exion de sign—l ont
été e'e™tués sur les ™â˜les ™o—xi—ux pour pouvoir les estimerF ges tests ™onsistent à envoyer un sign—l
d—ns le ™â˜le et à déterminer grâ™e à un os™illos™ope le temps mis p—r l9é™ho pour revenir @™frF (gure QFVAF
v— (gure nous donne un temps de prop—g—tion de IFITV µse™ qu9il f—ut diviser p—r deux pour o˜tenir le
dél—i de tr—nsmission d—ns le ™â˜leF
Fig. QFV ! wesure du temps de prop—g—tion du sign—l d—ns l9—ntenne q€ƒ longueF
La diérence de potentiel est réprésentée en ordonnée et le temps est représenté en abscisses. Le anc
montant du signal brun correspond à l'émission du signal sur le câble. Le anc descendant du même
signal correspond à l'écho du signal sur le câble.
PU

Chapitre 4
Développements algorithmiques
ves développements —lgorithmiques e'e™tués d—ns le ™—dre de ™e mémoire ont été f—its à deux nive—ux X
IF héveloppements —lgorithmiques —u nive—u du progr—mme 4™osmi™s4 pour lequel un thre—d d9—™quiE
sition de mess—ge q€ƒ — été é™rit —(n de tourner en p—r—llèle —ve™ l— õu™le in(nie du progr—mmeF
ge thre—d ™omprend une (le ™ir™ul—ire de mess—ges @™fF (gure RFPA d—ns l—quelle on vient déposer
les mess—ges proven—nt du ré™epteur s—telliteF v— õu™le in(nie vient qu—nt à elle vider à interv—lles
réguliers les mess—ges présents d—ns l— (leF xous n9entrons p—s d—ns le dét—il de ™es développements
tout en soulign—nt né—nmoins que des pro˜lèmes de perform—n™e liés —ux fon™tions d9utilis—tion
@™fF (gure RFIA du ˜u'er ™ir™ul—ire n—tivement implémenté d—ns le ‚„yƒ µgGyƒEss nous ont poussé
à éliminer ™ette solution pour implémenter un ˜u'er ™ir™ul—ire —d ho™ ˜e—u™oup plus perform—ntF
xotons ég—lement que le déõg—geD ™9estEàEdire l— re™her™he de pro˜lèmes de fon™tionnement d—ns
le progr—mmeD est une tâ™he très —rdue pour des progr—mmes fon™tionn—nt en temps réelF in e'etD
il y — une in™omp—ti˜ilité fond—ment—le entre le tr—ç—ge p—sEàEp—s d9un progr—mme et l— notion de
temps réelF
PF héveloppement d9un progr—mme d9—™quisition et de syn™hronis—tion d9évènements proven—nt des
deux systèmes em˜—rqués du télés™ope de l9ssri et tourn—nt sur des m—™hines externes —u télés™ope
et don™ —ux systèmes em˜—rquésF ge progr—mme —™quiert les données grâ™e à l— mise à disposition
sur le rése—u des évènementsF sl s9—git prin™ip—lement de progr—mm—tion système …xsˆ où se reE
trouvent les ™on™epts de multithre—dingD ™ommuni™—tions interEpro™essus et p—rt—ges de ressour™esD
™ommuni™—tions so™kets et persist—n™e des donnéesF g9est ™e progr—mme @dét—illé à l— (n de ™e
™h—pitre —ve™ l— dé(nition des di'érents ™on™epts utilisésA —insi que le tr—itement des résult—ts qu9il
fournit @—n—lysés —u ™h—pitre suiv—ntA qui sont à l— ˜—se de l— plus gr—nde p—rtie du tr—v—il de ™e
mémoireF
4.1 Transfert des données
ves données tr—itées p—r les systèmes em˜—rqués sont mises à disposition sur le rése—u snternet à des
(ns de tr—itement externeF hes ordin—teurs plus puiss—nts peuvent —lors ré™upérer et tr—iter ™es données
—u fur et à mesure de leur envoi sur le rése—uF €—r exempleD on peut grâ™e à des progr—mmes tels que
PV

Fig. RFI ! ‚el—tions entre l— (le de mess—ges et l9environnementF
Toutes les fonctions de gestion de la queue appelées par les tâches ainsi que les interruptions associées
sont présentes sur cette gure.
Fig. RFP ! pile de mess—ge @˜u'er ™ir™ul—ireAF
On peut voir sur cette gure les diérents pointeurs caractérisant la le circulaire de messages. Chaque
case de l'anneau comporte un pointeur vers un message de type quelconque.
PW

v—˜†si‡1 ré™upérer les données et ensuite les —0™her d9une f—çon plus —gré—˜leD les s—uveg—rder sur
disqueD et™F
ve proto™ole „g€2 — été ™hoisi pour ré—liser le tr—nsfert des donnéesF h—ns les se™tions qui suiventD
nous —llons voir les ™—r—™téristiques du modèle „g€Gs€3 —insi que ™elles du proto™ole „g€ —(n de
™omprendre ™omment s9e'e™tue le tr—nfert des données enregistrées p—r le télés™ope de l9ssri sur le
rése—uF
4.1.1 Modèle TCP/IP
ve modèle „g€Gs€ est un modèle de ™ommuni™—tion rése—u utilisé entre des m—™hines désir—nt ™omE
muniquer entre ellesF g9est un modèle en ™ou™hes ˜—sé sur le modèle yƒs4 @modèle ™réé d—ns les —nnées
IWUH p—r l9sƒy5A simpli(é d—ns le sens où le modèle yƒs dé(nit sept ™ou™hes d9—˜str—™tion t—ndis que le
modèle „g€Gs€ n9en ™omporte qu9un sousEensem˜le de ™inq @™fF (gure RFQAF
Fig. RFQ ! wodèle en ™ou™hes yƒs et „g€Gs€F
Modèle en couches
ve ˜ut d9un modèle en ™ou™hes est d9introduire des nive—ux d9—˜str—™tion destinés à ˜ien sép—rer tous
les éléments mis en ÷uvre lors de ™ommuni™—tions sur le rése—uF gette —˜str—™tion permet —insi à une
—ppli™—tion de s9—'r—n™hir de l— ™onn—iss—n™e de tous les prin™ipes sousEj—™ents liés à s— ™ommuni™—tion
—ve™ une —utre —ppli™—tionF
gh—que ™ou™he du modèle possède des fon™tions ˜ien pré™ises et o're une interf—™e à s— ™ou™he diE
re™tement supérieure pour l9utilis—tion de ses servi™esF ves ™ou™hes de nive—ux di'érents di—loguent entre
elles vi— ™es interf—™es t—ndis que les ™ou™hes de même nive—u di—loguent entre elles vi— des proto™olesF
ves interf—™es dé(nissent don™ une ™ommuni™—tion physique entre les ™ou™hes t—ndis que les proto™oles
dé(nissent une ™ommuni™—tion virtuelle entre deux ™ou™hes de même nive—u @™fF (gure RFRAF ves ™ommuE
1LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) est un environnement de programmation
graphique utilisé principalement pour l'acquisition de données.
2Transmission Control Protocol
3Transmission Control Protocol/Internet Protocol
4Open System Interconnection
5International Standards Organization
QH

Fig. RFR ! wodèle en ™ou™hes yƒsF
QI

ni™—tions physiques interE™ou™hes ont lieu verti™—lement t—ndis que les ™ommuni™—tions entre pro™essus
di'érents d—ns l— même ™ou™he ont lieu horizont—lementF xous pouvons expli™iter les ™inq ™ou™hes du
modèle „g€Gs€ en p—rt—nt de l— plus ˜—sse à l— plus h—ute X
IF couche physique X l— ™ou™he physique se ™h—rge de l— tr—nsmission des ˜its sur le ™—n—l de
™ommuni™—tionF ille dé(nit le type de ™od—ge de ™—n—l à utiliser @pFexF god—ge w—n™hesterAD les
nive—ux logiques et les méthodes d9—™™ès —u ™—n—l de ™ommuni™—tion @pFexF gƒweGgh6AF
PF couche liaison X l— ™ou™he li—ison fournit un moyen de ™ommuni™—tion ˜rut exempt d9erreurs à l—
™ou™he rése—uF €our ™e f—ire elle dé™ompose les données envoyées p—r l— ™ou™he rése—u en tr—mes
—v—nt de les envoyer à l— ™ou™he physiqueF
QF couche réseau X l— ™ou™he rése—u permet de dé(nir de quelle f—çon des données peuvent être
é™h—ngées entre des ordin—teurs ™onne™tés en rése—uF ve proto™ole du modèle „g€Gs€ le plus
(dèlement représenté d—ns ™ette ™ou™he est le proto™ole s€F
RF couche transport X l— ™ou™he tr—nsport dé(nit de quelle f—çon sont tr—nsportées les données entre
deux ordin—teurs réliés en rése—uF „g€ et …h€7 sont les deux prin™ip—ux proto™oles du modèle
„g€Gs€ à être utilisés à ™e nive—uF
SF couche application X l— ™ou™he —ppli™—tion dé(nit de quelle f—çon deux —ppli™—tions peuvent
™ommuniquer entre elles @génér—lement selon un modèle ™lientEserveurA X l— ™ou™he —ppli™—tive
r„„€ dé(nit p—r exemple de quelle f—çon un —gent utilis—teur peut f—ire des requêtes à un serveur
we˜F
v9ensem˜le de ™es ™ou™hes et des proto™oles de ™ommuni™—tions est —ppelé architecture réseauF
4.1.2 Exemple de communication entre deux applications
vorsqu9une —ppli™—tion doit envoyer des inform—tions à une —ppli™—tion située sur une m—™hine disE
t—nteD elle prép—re un p—quet de données qu9elle tr—nsmet à l— ™ou™he tr—nsportF gelleE™i en™—psule les
données d—ns un p—quet en r—jout—nt des enEtêtes propres —ux proto™oles utilisésF €our les proto™oles „g€
et …h€ @(gure RFS et RFTA de l— ™ou™he tr—nsportD il s9—git p—r exemple des ports sour™e et destin—tion
Fig. RFS ! €—quet „g€F
ou en™ore d9un ™he™ksum @serv—nt à véri(er l9intégrité des donnéesAF ve p—quet est ensuite tr—nsmis à l—
™ou™he rése—u qui à son tour v— en™—psuler le p—quet d—ns un —utreF ge p—quet ™ontient des inform—tions
propres —u rout—ge du p—quet sur le rése—uY il s9—git pour le modèle „g€Gs€ des —dresses s€ sour™e et
destin—tionD du type de proto™ole s€ utiliséD et™F @(gure RFUAF eprès ™ette ét—peD le p—quet est tr—nsmis
6CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) est un protocole qui gère le partage du canal de
communication utilisé sur Ethernet.
7User Datagram Protocol
QP

Fig. RFT ! €—quet …h€F
Fig. RFU ! €—quet s€F
à l— ™ou™he li—ison où une nouvelle en™—psul—tion est e'e™tuéeF gette en™—psul—tion ™ontient les enEtêtes
des —dresses permett—nt d9identi(er les —dresses des ™—rtes rése—u @(gure RFVAF sl est à noter que le p—quetD
—près —voir été en™—psulé d—ns l— ™ou™he li—isonD est —ppelé tr—meF gette tr—me est ensuite tr—nsformée
en impulsions vi— un ™od—ge p—rti™ulier pour son envoi sur le medium physiqueF e l9—rrivée de l— tr—me
Fig. RFV ! „r—me ithernetF
sur l— m—™hine destin—tionD le pro™essus inverse se dérouleD ™h—que ™ou™he véri(—nt et supprim—nt les
enEtêtes qui lui sont propres —v—nt d9envoyer les données du p—quet à l— ™ou™he supérieureF pin—lementD
l— ™ou™he —ppli™—tive reçoit les données qui lui ét—ient destinéesF
4.1.3 TCP
ve ™hoix du mode de tr—nsmission utilisé pour le tr—nsfert des données s9est porté sur „g€ —u lieu
d9…h€F ge mode de tr—nsmission est ™—r—™térisé p—r un servi™e X
! orienté connexion X g9estEàEdire que l— session „g€ s9e'e™tue en trois ph—ses X ét—˜lissement de
l— ™onnexionD tr—nsfert de donnéesD (n de l— ™onnexionF ges trois ph—ses renvoient des —™knowledE
gements @reçusA qui permettent de s9—ssurer que les ph—ses se sont ™orre™tement déroulées @™e que
ne permet p—s un servi™e s—ns ™onnexion tel …h€AF
! able X v— présen™e de numéros d9—™quittement d—ns l9enEtête @™fF (gure RFSA nous inform—nt du
numéro de séquen™e du pro™h—in o™tet —ttendu nous permet d9éviter un tr—nsfert désordonnéD un
rejeuD FFF
! assurant l'intégrité des données transportées X …ne somme de ™ontrôle est présente d—ns les
enEtêtes pour s9—ssurer que le ™ontenu du p—quet n9— p—s été ™orrompu lors de son tr—nsfert sur le
rése—uF sl est à noter qu9…h€ possède ™ette même ™—r—™téristiqueF
QQ

v9ét—˜lissement d9une ™onnexion ™onsiste en l9ouverture d9un so™ket @™fF se™tion RFPFSA permett—nt le
tr—nsit ultérieur de p—quets „g€F
v— notion de port est une ™—r—™téristique import—nte des proto™oles „g€ et …h€F „g€ et …h€ utiE
lisent ™ette notion de numéro de port pour identi(er les —ppli™—tionsF À ™h—que extrémité de l— ™onnexion
„g€ est —sso™ié un numéro de port sur ITE˜its —ssigné à l9—ppli™—tion émettri™e ou ré™eptri™eF ves ports
peuvent f—ire p—rtie de trois ™—tégories de ˜—se X les ports ˜ien ™onnusD les ports enregistrés et les ports
dyn—miquesGprivésF ves ports ˜ien ™onnus sont —ssignés p—r l9sexe @snternet essigned xum˜ers euthoE
rityA et sont souvent utilisés p—r des pro™essus système ou —y—nt des droits privilégiésF ves —ppli™—tions
˜ien ™onnues qui fon™tionnent en t—nt que serveur et sont en —ttente de ™onnexions utilisent génér—lement
™es types de portsF ixemples X p„€ @PIAD ƒƒr @PPAD ƒw„€ @PSA et r„„€ @VHAF ves ports enregistrés sont
génér—lement utilisés p—r des —ppli™—tions utilis—teur ™omme ports sour™es éphémères pour se ™onne™ter
à un serveurD m—is ils peuvent —ussi identi(er des servi™es non enregistrés p—r l9sexeF ves ports dyn—E
miquesGprivés peuvent —ussi être utilisés p—r des —ppli™—tions utilis—teurD m—is plus r—rementF sls n9ont
p—s de sens en dehors d9une ™onnexion „g€ p—rti™ulièreF
4.1.4 Structure des données
v— stru™ture des données envoyées p—r le progr—mme 4™osmi™s4 sur le rése—u se dé™ompose en deux
types de mess—ges envoyés ™onsé™utivement toutes les se™ondes sur l9interf—™e rése—u X
IF ve premier mess—ge ™ontient ISP o™tetsF ves R premiers o™tets nous donnent l— longueur en o™tets
du pro™h—in mess—ge à lireF ves IRV —utres o™tets ™ontiennent l9inform—tion ™omplète de tempsD
positionD vitesse et données des s—tellites visi˜les @éphéméridesA et ™eux e'e™tivement tr—™ésF v—
p—rtie de ™e mess—ge qui nous intéresse est ™elle nous donn—nt les inform—tions liées —ux s—tellites
tr—™és et plus p—rti™ulièrement le ƒ†sh8 —insi que l— puiss—n™e du sign—l reçuF
PF ve se™ond mess—ge ™ontient les données rel—tives —ux évènements déte™tés p—r le télés™opeF ves
données rel—tives à un évènement sont ™ontenues d—ns deux mots de QPE˜its dont l— stru™ture est
illustrée à l— (gure RFWF yn peut y voir le nom˜re de jours é™oulés exprimé en d—te julienne9D le
nom˜re de se™ondes é™oulées d—ns l— journéeD le p—ttern de ™oïn™iden™e qui représente les di'érents
s™intill—teurs tou™hés p—r le muon et (n—lement l— fr—™tion de se™onde en unités de 10−8
se™ @IHnse™AF
Fig. RFW ! ƒtru™ture des données tr—nsit—nt sur „g€Gs€F
sl est à noter que le système em˜—rqué est un système QPE˜its dont les mots sont ™odés en ˜igEendi—nD
™9estEàEdire que les o™tets les plus signi(™—tifs @wƒf10A ™orrespondent —ux —dresses mémoire les plus
petitesD t—ndis que les —r™hite™tures xVT utilisent des mots ™odés en littleEendi—nD ™9estEàEdire que les
8Le SVID est un numéro (identiant) unique assigné à chaque satellite du système GPS.
9Dans le système de référence de date julienne, le jour 0 correspond actuellement au 1er jour de l'année 2000.
10Most Signicant Bytes
QR

o™tets les plus signi(™—tifs sont ™odés —ve™ les —dresses mémoire les plus gr—ndesF v— (gures RFIH illustre
un exemple de ™es deux types de représent—tionsF sl f—ut don™ —u nive—u du progr—mme ré™eptionn—nt
Fig. RFIH ! ‚éprésent—tion vittleEindi—n et fidEindi—nF
les données du rése—u et tourn—nt sur une —r™hite™ture xVT tr—nsformer l— représent—tion de ˜igEendi—n
vers little endi—nF
4.2 Synchronisation des données
4.2.1 Introduction
v— progr—mme de syn™hronis—tion des données développé d—ns le ™—dre de ™e tr—v—il — pour o˜je™tif
de syn™hroniser les évènements reçus p—r les deux systèmes em˜—rquésF gette syn™hronis—tion ™onsiste à
re™evoir toutes les se™ondes ou à ™h—que fois que le ˜u'er d9évènements est rempli @™e qui en pr—tique
n9—rrive j—m—isA un p—quet d9évènements proven—nt des deux systèmes em˜—rquésF €our ™h—que —pp—riE
tion d9évènements ™oïn™id—ntsD on s—uveg—rde ses inform—tions sur disque dur à des (ns de tr—itement
et d9—n—lyseF …ne ™oïn™iden™e d9évènements — lieu ssi un évènement proven—nt d9un des deux systèmes
em˜—rqués et un évènement proven—nt de l9—utre ont un é™—rt —˜solu de temps d9—rrivée inférieur à IH
µse™F ve ™hoix d9un é™—rt de IH µse™D ˜ien qu9élevéD peut être réduit lorsque l9on — l— ™ertitude que le
système est ˜ien syn™hroniséF in e'etD ™omme nous le verrons d—ns nos résult—tsD les é™—rts moyens des
™oïn™iden™es d9évènements p—r r—pport à leur moyenne ne dép—ssent j—m—is les UHH nse™F gepend—nt
l— fréquen™e d9—rrivée des évènements d—ns le télés™ope est ™ontinue et v—rie entre QH et RHrzD ™e qui
donne un é™—rt moyen entre évènements de ∼QH mse™D ™e ™hoix de IH µse™ empê™h—nt dès lors l— prise de
données d9être ˜i—iséeF gette fréquen™e de ré™eption des évènements —u nive—u du télés™ope représente
en t—ille des données à tr—iter quelques STH o™tets p—r se™onde @P B QS évts B R o™tetsGévtsAF ge qui n9est
p—s néglige—˜le ™—r de 4lourds4 tr—itements de syn™hronis—tion doivent être e'e™tués pour les TH à VH
évènements —rriv—nt ™h—que se™ondeF
ves ™on™epts utilisés d—ns ™e progr—mme sont X
! multithre—ding pour pouvoir tr—iter les tâ™hes d9—™quisitionD de syn™hronis—tion et de s—uveg—rde
en qu—siEp—r—llélisme
! gestion des sign—ux …xsˆ pour pouvoir ™lôturer le progr—mme ™orre™tement en ™—s de pro˜lèmeF
! utilis—tion de mutex @™frF se™tion RFPFTA pour protéger l9—™™ès à des données p—rt—gées p—r di'érents
thre—ds du progr—mmeF
QS

! emploi d9une (le de mess—ges s€g11 @™frF se™tion RFPFUA utilisée en é™riture p—r les thre—d s9o™™up—nt
de re™evoir les données tr—nsit—nt sur le rése—u et utilisée en le™ture p—r le thre—d s9o™™up—nt de
syn™hroniser les données reçuesF
! gestion des sorties sur des des™ripteurs de (™hiersF
4.2.2 Choix du langage
ƒur ˜—se des exigen™es du progr—mme à implémenter et des perform—n™es requises évoquées pré™édemE
ment d—ns l— liste des ™on™eptsD il — été —ssez simple de ™hoisir le l—ng—ge de progr—mm—tionF xotre ™hoix
s9est porté sur le gGgCC @il s9—git prin™ip—lement de gD le reste ™onsist—nt en quelques lignes de gCCAF
in e'etD l9ensem˜le de ™es di'érents ™on™epts f—it p—rtie n—tivement de l— ™ou™he de progr—mm—tion
dite 4système4 se situ—nt juste —uEdessus de l— ™ou™he formée p—r les —ppels système @™frF (gure RFIIAF
gette dernière est l— ™ou™he de progr—mm—tion l— plus ˜—sse fournie p—r les systèmes d9exploit—tionF ƒur
les systèmes …xsˆ et dérivés elle est ™omposée de plus d9une ™ent—ine de fon™tions @—ppels systèmeA
permett—nt d9inter—gir —ve™ le noy—u du système d9exploit—tion —insi qu9—ve™ le m—térielF xé—nmoinsD
l9é™riture de progr—mme d—ns l— ™ou™he formée p—r les —ppels système est une tâ™he f—stidieuse p—r r—pE
port à l9utilis—tion de l— ™ou™he de progr—mm—tion systèmeD de l— même f—çon que le ser—it l9é™riture
d9un progr—mme en —ssem˜leur —u lieu du gF g9est pourquoi l— progr—mm—tion de ˜—s nive—u se f—it
—™tuellement prin™ip—lement sur ˜—se de l— ˜i˜liothèque qli˜g pour des r—ison de simpli™ité m—is —ussi
de port—˜ilitéF in e'etD ™ert—ins —ppels systèmes ne sont p—s portés d9un système à l9—utreD t—ndis que
l— li˜r—irie de progr—mm—tion système qli˜g12 est portée sur l— m—jorité des yƒF v— dé(nition de l—
m—jorité des fon™tions fournies p—r ™ette ˜i˜liothèque —insi que leur ™omportement sont dé™rits d—ns le
st—nd—rd €yƒsˆF v9ensem˜le de ™es fon™tions forme l9e€s13 de progr—mm—tion systèmeF
Fig. RFII ! gou™hes de progr—mm—tionF
Les appels systèmes se situent juste au-dessus du noyau et sont donc la seule porte d'entrée vers celui-ci
pour des programmes utilisateur; la librairie LibC, quant à elle, nous fournit une API de
programmation système permettant d'accéder plus simplement au noyau.
…ne —utre r—ison du ™hoix du l—ng—ge gGgCC réside en ™e que nous —vons utilisé le fr—mework ‚yy„
@™fF se™tion SFIA —(n d9—0™her en 4temps réel414 un histogr—mme @™frF se™tion SFIFIA ™onten—nt l9ensem˜le
11Inter-Processus Communication
12GNU Library C
13Application Program(ming) Interface
14Terme utilisé cette fois en tant qu'abus de langage signiant que l'achage se fait en parallèle avec les autres threads
QT

des ™oïn™iden™es des évènementsF ge fr—mework est ™odé en gCC et nous fournit une e€s utilis—˜le en
gCC ex™lusivementF
4.2.3 Architecture du programme
v9—r™hite™ture du progr—mme se su˜divise en trois p—rties re)ét—nt l9—r™hite™ture typique —ppli™—tive
troisE™ou™hesF ge type d9—r™hite™ture est ™onstitué de trois groupes de fon™tions X l— logique —ppli™—tiveD
l— présent—tion et le sto™k—ge @persist—n™eA des donnéesF ges trois p—rties sont indépend—ntes les unes
des —utres X on peut —insi modi(er l— présent—tion s—ns modi(er l— logique —ppli™—tiveF v— (gure RFIP
Fig. RFIP ! er™hite™ture troisE™ou™hes du progr—mme de syn™hronis—tion de donnéesF
La le IPC sert de moyen de communication entre les modules de lecture TCP et de synchronisation.
illustre l9—r™hite™ture de ™e progr—mmeF ille est ™omposée de six modules dont le ™ode est fourni sur le
ghE‚yw en —nnexe @ƒyn™hronis—tionGsr™GA X
· synchro
· sig_mgr
· tcp_read
· sync_mgr
· live_histo
· save_to_disk
ve fon™tionnement de ™es di'érents modules est dét—illé d—ns les se™tions suiv—ntesF ves fon™tions du
st—nd—rd €yƒsˆ et ™elles de l— vi˜g sont dé™rites d—ns les 4m—n p—ges4 disponi˜les sur le ghE‚yw
fourni —ve™ ™e r—pport d—ns le répertoire Doc/manpages/nom_de_la_fonction_POSIX.txt
Module synchro
ve module 4syn™hro4 f—it p—rtie de l— ™ou™he logique —ppli™—tive et — pour fon™tion prin™ip—le de ™réer
et de l—n™er les di'érents thre—ds du progr—mme etD ™eD grâ™e à l— fon™tion €yƒsˆ pthread_createF sl
s9—git de deux thre—ds de 4le™ture „g€4 @™h—que thre—d v— —ller 4lire4 un des so™kets ouverts sur les
systèmes em˜—rquésAD du thre—d s9o™™up—nt de syn™hroniser les mess—ges reçus p—r les deux thre—ds
du programme
QU

pré™édentsD du thre—d permett—nt l9—0™h—ge en 4temps réel4 de l9histogr—mme re)ét—nt les évènements
™oïn™id—nts etD en(nD du thre—d de gestion des sign—ux …xsˆF ge module — —ussi pour fon™tion d9initi—liser
™ert—ines ™onst—ntes utilisées p—r les deux thre—ds de 4le™ture „g€4 telles que les —dresses s€ —insi que
les ports des so™kets @™frF se™tion RFPFSA „g€F ille initi—lise —ussi les mutex utilisés pour sé™uriser l— (le
de mess—ges s€g —insi que pour protéger l— v—ri—˜le d9identi(™—teur d9évènement in™rémentée à l9—rrivée
de ™h—que nouvel évènement d—ns le progr—mmeF pin—lementD l— dernière fon™tion de ™e module est
d9—ttendre d9—˜ord que tous les thre—ds —ient rendu l— m—in grâ™e à l— fon™tion €yƒsˆ pthread_join
—v—nt que l9on termine le progr—mmeD et de supprimer ensuite l— (le s€g vi— l— ™omm—nde 4‚wsh4 de
l— fon™tion €yƒsˆ msgctlF
Module sig_mgr
ve module 4sig•mgr4D qui f—it p—rtie de l— ™ou™he logique —ppli™—tiveD est un gestionn—ire de sign—l
@™fF RFPFRA redé(niss—nt l— pro™édure à e'e™tuer lorsque le progr—mme reçoit le sign—l ƒsqsx„ @g„‚vEgA
et dés—™tiv—nt tous les —utres sign—uxF gette opér—tion est e'e™tuée grâ™e à l9utilis—tion de l— fon™tion
€yƒsˆ sigaction qui inst—lle le nouve—u gestionn—ire de sign—lF
ve ˜ut de ™e module est de pouvoir terminer le progr—mme proprement lorsqu9un pro˜lème — lieuF
in e'etD le ™ontenu de l— fon™tion que nous —vons inst—llé d—ns notre gestionn—ire de sign—l v— mettre
l— v—ri—˜le glo˜—le int stop à I et permet —insi —ux —utres thre—ds de se terminer ™orre™tementF ge
module — été développé p—r né™essité ™—r des pro˜lèmes d9inst—˜ilité de l— gestion des ™onnexions rése—u
—u nive—u du progr—mme 4™osmi™s4 sont —pp—rus lorsqu9un ™lient dist—nt ferm—it m—l son so™ket „g€F
ve progr—mme 4™osmi™s4 — été ™orrigé p—r l— suite et le gestionn—ire de sign—l est restéF
Module tcp_read
ve module d9—™quisition de données @t™p•re—dF™™A f—it p—rtie de l— ™ou™he logique —ppli™—tiveF sl est
le seul —ve™ le module 4live•histo4 — —voir été ™odé en gCC yrienté y˜jetF sl — été le premier — —voir été
développé @—u dép—rt le ™ode —v—it pour ˜ut d9être entièrement ™odé en yrienté y˜jetAD m—is le ™—r—™tère
fort pro™édur—l de l9ensem˜le du progr—mme —insi que l9—spe™t progr—mm—tion ˜—sEnive—u ont mené à
l9—˜—ndon de l9yrienté y˜jetF ve ˜ut de ™e module est de se ™onne™ter —ux so™kets „g€ ouverts p—r les
systèmes em˜—rqués et de re™evoir les données mises à disposition sur ™es so™kets —(n de les tr—iter et de
les envoyer d—ns l— (le s€g qui est ensuite lue p—r le module de syn™hronis—tion RFPFQF
ves deux ™l—sses prin™ip—les de ™e module sont l— ™l—sse wess—ge et l— ™l—sse „g€gonnexion dont
héritent deux sousE™l—sses he„g€gonnexion et gyx„‚yv„g€gonnexionF v— ™l—sse wess—ge — pour
fon™tion d9e'e™tuer les opér—tions sur les évènements proven—nt du télés™ope X tr—nsform—tion form—t
˜in—ire en une stru™ture de donnéeD envoi du mess—ge d—ns l— queueD FFF v— ™l—sse „g€gonnexion —D
qu—nt à elleD pour fon™tion d9initi—liser les so™ketsD y re™evoir les donnéesD les envoyer à l— ™l—sse mess—geD
fermer les so™ketsD et™F
v— des™ription de l9—lgorithme implémenté d—ns ™e module est l— suiv—nte X
IF dé™l—r—tion des v—ri—˜les glo˜—les @mutexD (le s€gD FFFAY ™ellesE™i ont été dé™l—rées glo˜—lement et
initi—lisées d—ns le module 4syn™hro4 m—is doivent être redé™l—rées d—ns ™h—que module les utilis—nt
grâ™e —u token g externF
PF initi—lis—tion du so™ket „g€ qui s9e'e™tue grâ™e —ux fon™tions €yƒsˆ socket et connectF
QV

QF envoi de l— ™omm—nde 4ƒt—rt4 d—ns le so™ket vi— l— fon™tion €yƒsˆ sendF gette ™omm—nde est
interprétée p—r le progr—mme 4™osmi™s4 ™omme une dem—nde de le™ture ™ontinue des évènements
reçus p—r le télés™opeF e l— ré™eption de l— ™omm—nde 4ƒt—rt4D le so™ket dist—nt renvoie l— version
du progr—mme 4™osmi™s4F
RF le™ture du so™ket vi— l— fon™tion €yƒsˆ recv —(n de re™evoir l— version du logi™ielF
SF le™ture du so™ket „g€ pour re™evoir un premier p—quet de ISP o™tets ™omme dé(ni à l— se™tion
RFIFRF
TF rempliss—ge d9une stru™ture de données ™—r—™téris—nt l9inform—tion des s—tellites tr—™és grâ™e —ux
données ™ontenues d—ns le p—quet „g€F
UF le™ture du so™ket „g€ —(n de re™evoir l9ensem˜le des évènements déte™tés p—r le télés™ope d—ns l—
dernière se™onde é™oulée et envoi des données à l— ™l—sse wess—ge —(n qu9elles soient tr—itéesF
VF mise de ™h—que évènement reçu sous forme de stru™ture et envoi de ™ette dernière d—ns l— (le
s€g vi— l— fon™tion €yƒsˆ msgsnd —ve™ un identi(—nt de mess—ge ™orrespond—nt à l9identi(™—teur
du système em˜—rquéF hes véri(™—tions sont f—ites —u nive—u de l9envoi de mess—ges d—ns l— (le
@fon™tion €yƒsˆ msgctl —ve™ pour ™omm—nde 4s€g•ƒ„e„4A —(n de s9—ssurer qu9elle n9est p—s
pleineD ™e qui — priori ne devr—it j—m—is être le ™—s si les systèmes em˜—rqués sont ˜ien syn™hronisésY
en e'etD ™omme nous le verrons d—ns le module suiv—ntD l— (le est vidée ™ontinuellementF ƒi l— (le
est pleineD —lors on supprime le mess—ge le plus —n™ien ™ontenu d—ns ™elleE™i et l9on peut y envoyer
le nouve—u mess—geF sl est à noter que l9envoi des données d—ns l— (le est protégé grâ™e à un mutexF
in e'etD si les deux thre—ds de le™ture veulent y envoyer des données en même temps —lors que
l— (le est pleineD le mess—ge le plus —n™ien est supprimé pour ™h—™un d9euxF gepend—ntD lorsqu9un
mess—ge —rrive d—ns l— (leD ™elleE™i peutEêtre qu—siment inst—nt—nément vidée p—r l9—lgorithme de
syn™hronis—tion @™fF des™ription du module suiv—ntAF v— prote™tion évite don™ l— perte inutile d9un
mess—ge d—ns le ™—s où l— (le — pu être vidée d—ns l9interv—lle sép—r—nt les deux mess—gesF
WF véri(™—tion que l— v—ri—˜le glo˜—le int stop est toujours à HF ƒi oui on retourne en SF ƒinon on
p—sse en TF
IHF fermeture du so™ket grâ™e à l— fon™tion de l— vi˜g close
Module sync_mgr
ge moduleD le dernier de l— ™ou™he logique —ppli™—tiveD se ™h—rge de syn™hroniser les données reçues
p—r le module 4t™p•re—d4F xous —llons tout ™omme pour le module pré™édent dé™rire su™™intement
l9—lgorithme implémenté X
IF dé™l—r—tion des v—ri—˜les glo˜—les @mutex et divers ˜u'ersA
PF —ppel de l— pro™édure se ™h—rge—nt d9extr—ire les évènements de l— (le s€g grâ™e à l— fon™tion
€yƒsˆ msgrcvF ges évènements sont envoyésD —u fur et à mesure de leur extr—™tion de l— (leD d—ns
un ˜u'er ™onsist—nt en un t—˜le—u à deux lignes et ™ent ™olonnes de pointeurs vers des stru™tures de
mess—gesF ves évènements en proven—n™e de ™h—que système em˜—rqué sont ™ontenus d—ns ™h—que
ligne du t—˜le—uF …ne fois qu9une des deux lignes du t—˜le—u est remplieD ™9estEàEdire toutes les
deux à trois se™ondes @à une fréquen™e de QSrzAD on p—sse à l9ét—pe QF sl est à noter que si l9un des
deux systèmes em˜—rqués n9envoie plus de donnéesD seule une ligne du t—˜le—u est remplieD l9—utre
rest—nt entièrement videF eu dé˜ut de l— pro™édureD une véri(™—tion est f—ite sur les lignes —(n de
QW

s—voir si l9une des deux n9est p—s remplieF ƒi tel est le ™—sD on v— se mettre à —ttendre que le système
em˜—rquéD n9envoy—nt plus ses mess—gesD se remette à les envoyerF h—ns ™e ™—sD on sort de l— (le le
premier mess—ge reçu de ™e système em˜—rqué et on p—sse à l9ét—pe suiv—nteF
QF —ppel de l— pro™édure se ™h—rge—nt de v—lider des ™oïn™iden™es entre deux évènements proven—nt
des deux systèmes em˜—rquésF ve prin™ipe de v—lid—tion ™onsiste à ™omp—rer le temps d9—rrivée du
premier évènement du premier système em˜—rqué @noté e1,1A ™ontenu d—ns le ˜u'er d9évènements
—ve™ le temps d9—rrivée du premier évènement du se™ond système em˜—rqué @noté e1,2A ™ontenu
d—ns ™e même ˜u'erF sl y — trois possi˜ilités X
! si l— di'éren™e —˜solue entre le temps d9—rrivée de e1,1 et le temps d9—rrivée de e1,2 est inférieure
à IH µse™D —lors l9évènement est v—lidé et on p—sse en RF
! si temps d9—rrivée de e1,1 est supérieure à IH µse™ p—r r—pport —u temps d9—rrivée de e1,2D —lors on
élimine e1,1 et on e'e™tue un shift vers l— g—u™he des évènements ™ontenus d—ns l— première ligne
du ˜u'er pour repositionner l9évènement de tête de l— première ligne du ˜u'er sur le deuxième
évènement du premier système em˜—rqué @noté e2,1A et on retourne en QF
! si le temps d9—rrivée de e1,2 est supérieure à IH µ p—r r—pport —u temps d9—rrivée de e1,1D —lors on
élimine e1,2 et on e'e™tue un shift vers l— g—u™he des évènements ™ontenus d—ns l— se™onde ligne
du ˜u'er pour repositionner l9évènement de tête de l— se™onde ligne du ˜u'er sur le deuxième
évènement du se™ond système em˜—rqué @noté e2,1A et on retourne en QF
RF envoi des évènements @stru™tures ™omplètesA ™oïn™id—nts —u module 4s—ve•to•disk4F
SF envoi de l— di'éren™e de temps mesurée entre deux évènements —u module 4live•histo4F
TF si l9une des deux lignes du ˜u'er d9évènements est videD on retourne en PD sinon on retourne en QF
Module save_to_disk
ge module f—it p—rtie de l— ™ou™he persist—n™e et — pour ˜ut de s—uveg—rder les inform—tions ™ontenues
d—ns les deux évènements ™onstitu—nt une ™oïn™iden™eF ƒon fon™tionnement est liné—ireY il ™rée un (™hier
grâ™e à l— fon™tion de l— vi˜g fopen ou ouvre un (™hier pré™édemment ™réé et référen™é grâ™e à un
pointeur de des™ripteur de (™hier psviBF insuiteD il é™rit grâ™e à l— fon™tion de l— vi˜g fwrite les
di'érents éléments de l— stru™ture @™fF (gure RFWA de deux évènements ™onstitu—nt l— ™oïn™iden™e sép—rés
p—r une t—˜ul—tionD ™h—que ™oïn™iden™e ét—nt é™rite sur une ligne du (™hierF ixemple de deux lignes
extr—ites d9un tel (™hier X
188117806.92494381 188117806.92494375 5 5 8 4 0 0 841089360 2228496
188117806.93250531 188117806.93250526 10 10 8 4 0 0 841089360 2228496
! l— première ™olonne ™orrespond —u temps d9—rrivée de l9évènement d—ns le permier système emE
˜—rquéF sl est ™onstitué du nom˜re de se™ondes d—ns le système de référen™e de d—te julienne et
™orrespond à PIUU jours HTh ST9RT4 —insi que de l— fr—™tion de se™onde s9—giss—nt i™i de WPRDWRQDVIH
nse™F
! l— deuxième ™olonne ™orrespond —u temps de l9évènement proven—nt du se™ond système em˜—rquéF
yn peut voir que l9é™—rt entre l9évènement du premier système em˜—rqué et ™eluiE™i est de TH nse™F
! les troisième et qu—trième ™olonnes ™orrespondent —ux p—tterns de ™oïn™iden™e des s™intill—teursF
sls sont évidemment ég—ux pour les deux systèmes em˜—rquésD ™—r ét—nt r—™™ordés —ux mêmes s™inE
till—teursF v9inform—tion représentée doit être tr—duite en ˜in—ire —(n de pouvoir être interprétéeF
sl s9—git don™ pour ™et exemple des s™intill—teurs d9identi(™—teurs I et QF
RH

! l— ™inquième ™olonne représente le nom˜re de s—tellites tr—™és p—r le ré™epteur s—tellite du premier
système em˜—rqué X V en l9o™™uren™eF
! l— sixième ™olonne représente le nom˜re de s—tellites tr—™és p—r le ré™epteur s—tellite du se™ond
système em˜—rqué X R en l9o™™uren™eF
! l— septième et huitième ™olonne représente le p—ttern s—tellite ™ompren—nt les ƒ†sh•righD ™9estEàE
dire les identi(™—teurs s—tellite supérieurs à QPF in pr—tique ™e p—ttern est toujours nul ™—r —u™un
s—tellite d9identi(™—teur supérieur à QP n9est visi˜le d—ns notre hémisphèreF
! l— neuvième ™olonne représente le p—ttern s—tellite ™ompren—nt les ƒ†sh•vow du ré™epteur s—tellite
du premier système em˜—rquéD ™9estEàEdire les identi(™—teurs s—tellite inférieurs à QPF ve ™hi're
dé™im—l tr—nsformé en ˜in—ire v—ut X IIHHIHHHIHHHIHHHHHHHHIHIHIHHHHD ™e qui ™orrespond —ux
ƒ†sh9s SD UD WD IVD PPD PTD PWD QH15F
! l— neuvième ™olonne représente le p—ttern s—tellite ™ompren—nt les ƒ†sh•vow du ré™epteur s—tellite
du se™ond système em˜—rquéD ™9estEàEdire les identi(™—teurs s—tellite inférieurs à QPF ve ™hi're
dé™im—l tr—nsformé en ˜in—ire v—ut X IHHHIHHHHHHHHIHHHIHHHHD ™e qui ™orrespond —ux ƒ†sh9s SD WD
IVD PPF
Module live_histo
ge module est le seul de l— ™ou™he présent—tionF sl fournit à l9utilis—teur un moyen de ™ontrôler en
dire™t l— v—lid—tion de ™oïn™iden™es grâ™e à leur —0™h—ge d—ns un histogr—mmeF gette fon™tionn—lité est
dé™rite en dét—il d—ns le ™h—pitre suiv—nt @™fF se™tion SFIFIAF
4.2.4 Signaux
…n pro™essus peut envoyer sous ™ert—ines ™onditions un signal à un —utre pro™essus ou à luiEmêmeD
™e sign—l ét—nt —lors immédi—tement pris en ™ompte p—r le pro™essus destin—tion —ux dél—is d9ordonn—nE
™ement prèsF sl est —lors soit pris en ™ompte p—r le pro™essus ™i˜lé soit ignoréF v— prise en ™ompte d9un tel
sign—l ™onsiste —lors à dérouter provisoirement l9exé™ution du progr—mme vers une routine p—rti™ulière
nommée gestionn—ire de sign—ux dont l— version p—r déf—utD dé(nie p—r le système d9exploit—tionD peut
être rempl—™ée p—r une version 4utilis—teur4F
v— plup—rt des sign—ux ne sont p—s émis p—r des pro™essus —ppli™—tifs m—is dire™tement p—r le noy—u
en réponse à des ™onditions logi™ielles ou m—térielles p—rti™ulièresF ve nom˜re de sign—ux est limité @pFexF
TR sur les noy—ux vinux dont l— version est supérieure PFPAF gh—que sign—l dispose d9un nom dé(ni sous
forme de ™onst—nte sym˜olique ™ommenç—nt p—r ƒsq et d9un numéro —sso™iéF
ves sign—ux ren™ontrés le plus souvent pour un progr—mmeur sont ƒsqf…ƒ et ƒsqƒiq† qui ™orE
respondent respe™tivement à une erreur d9—lignement des —dresses sur le ˜us et une viol—tion de l—
segment—tionF sls —pp—r—issent lorsqu9un pointeur — été m—l initi—lisé ou lorsqu9on tente d9—™™éder à une
zone mémoire non —utorisée @pFexF un ƒsqƒiq† est généré lors du dép—ssement de l— ™—p—™ité d9un
ve™teurAF
ve sign—l pour lequel nous —vons inst—llé un gestionn—ire de sign—l spé™i(que @™fF se™tion RFPFQA est
le sign—l ƒsqsx„F ge sign—l est émis vers un pro™essus lors de l— fr—ppe d9une tou™he p—rti™ulière du
termin—l X l— tou™he d9interruption @g„‚vEgAF ille met (n le plus r—pidement possi˜le @m—is p—s imméE
di—tement ™omme le fer—it un sign—l ƒsqusvvA à l9exé™ution du pro™essusF
15Un bit est mis à 1 si sa position dans le mot correspond à l'identicateur d'un satellite visible.
RI

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