Détection d'erreur au plus tôt dans les systèmes temps-réel : une approche basée sur la vérification en ligne

Early error detection for real time applications : an approach using runtime verification

• Auteur / Autrice : Thomas Robert
• Direction : Jean-Charles Fabre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes informatiques critiques
• Date : Soutenance le 26/06/2009
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)

Mots clés

Mots clés libres

Détection au plus tôt

Temps réel

Systèmes critiques

Automate temporisé

Abstraction temporelle

Early detection

Real time

Critical systems

Automatic timer

Temporal abstraction

Résumé

La vérification en ligne de spécifications formelles permet de créer des détecteurs d'erreur dont le pouvoir de détection dépend en grande partie du formalisme vérifié à l'exécution. Plus le formalisme est puissant plus la séparation entre les exécutions correctes et erronées peut être précise. Cependant, l'utilisation des vérifieurs en-ligne dans le but de détecter des erreurs est entravée par deux problèmes récurrents : le coût à l'exécution de ces vérifications, et le flou entourant les propriétés sémantiques exactes des signaux d'erreur ainsi générés. L'objectif de cette thèse est de clarifier les conditions d'utilisation de tels détecteurs dans le cadre d'applications « temps réel » critiques. Dans ce but, nous avons donné l'interprétation formelle de la notion d'erreur comportementale « temps réel». Nous définissions la propriété de détection « au plus tôt » qui permet de d'identifier la classe des détecteurs qui optimisent la latence de détection. Pour illustrer cette classe de détecteurs, nous proposons un prototype qui vérifie un comportement décrit par un automate temporisé. La propriété de détection au plus tôt est atteinte en raisonnant sur l'abstraction temporelle de l'automate et non sur l'automate lui-même. Nos contributions se déclinent dans trois domaines, la formalisation de la détection au plus tôt, sa traduction pour la synthèse de détecteurs d'erreur à partir d'automate temporisés, puis le déploiement concret de ces détecteurs sur une plate-forme de développement temps réel, Xenomai.

Runtime verification of formal specifications provides the means to generate error detectors with detection capabilities depending mostly on the kind of formalism considered. The stronger the formalism is the easier the speration between correct and erroneous execution is. Nevertheless, two recurring issues have to be considered before using such error detection mechanisms. First, the cost, at run-time, of such error detector has to be assessed. Then, we have to ensure that the execution of such detectors has a well defined semantics. This thesis aims at better understanding the conditions of use of such detectors within critical real-time software application. Given formal behavioural specification, we defined the notion of "behavioural error". Then, we identify the class of early detectors that optimize the detection latency between the occurence of such errors and their signalling. The whole generation process has been implemented for specifications provided as timed automata. The prototype achieves early error detection thanks to a preprocessing of the automaton to generate its temporal abstraction. Our contributions are threefold : formalisation of early detection, algorithms for timed automata run-time verification, and prototyping of such detectors on a real-time kernel, Xenomai.