Synthèse de moniteurs asynchrones à partir d'assertions temporelles pour la surveillance robuste de circuits synchrones

par Alexandre Porcher

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Laurent Fesquet et de Katell Morin-Allory.

Soutenue le 03-05-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture d'ordinateurs (équipe de recherche) et de Techniques of Informatics and Microelectronics for integrated systems Architecture (laboratoire) .

Le président du jury était Ian O'connor.

Le jury était composé de Laurent Fesquet, Katell Morin-Allory, Gilles Depeyrot.

Les rapporteurs étaient Habib Mehrez, Ashraf Salem.

mots clés

• Circuits asynchrones
• Vérification basée sur les assertions
• Property Specification Language
• Moniteurs asynchrones
• Quasi Insensibilité au Delais
• Robustesse

Résumé

Avec l'avènement des systèmes intégrés complexes, la vérification par assertions(Assertion Based Verification ou ABV) s'est imposée comme une solution pour la vérification semi-formelle des circuits. L'ABV permet de valider qu'un circuit satisfait ou non une propriété(ou assertion). Des travaux antérieurs ont montré qu'il était possible de synthétiser ces propriétés sous la forme de moniteurs matériels. Ces derniers peuvent ainsi être embarqués à demeure sur un circuit afin qu'ils assurent une tâche de monitoring. Avec un objectif de surveillance et de sûreté, l'utilisation de tels moniteurs est un plus. Néanmoins, ces derniers sont aussi sensibles que les circuits surveillés à une dégradation environnementale(tension, température, vieillissement, …). Afin de réduire le risque de dysfonctionnement des moniteurs, initialement conçus comme des circuits synchrones, une variante asynchrone(quasi-insensible aux délais) est proposée dans cette thèse. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet ANR SFINCS(Thalès, Dolphin Integration, TIMA) et ont mené à la définition d'une méthode de synthèse de moniteurs asynchrones matériels tirant parti de la robustesse et de la modularité des implémentations asynchrones. Les études menées se focalisent en premier lieu sur la conception d'une bibliothèque de moniteurs élémentaires asynchrones et sur une méthode d'interconnexion ad hoc permettant de constituer des moniteurs complexes. Afin de garantir les bonnes propriétés de robustesse de ces moniteurs, une étude a été menée à l'aide de l'outil de vérification formelle RAT. Il a notamment été prouvé que la connexion d'un moniteur asynchrone avec un circuit synchrone(à surveiller) était un point particulièrement délicat car les hypothèses du circuit synchrone contraignent le moniteur asynchrone. Il a donc été proposé d'introduire un dispositif de contrôle de l'horloge du circuit synchrone, appelé « clock stretching », afin de relaxer les hypothèses temporelles synchrones qui sont appliquées à la partie asynchrone.

mots clés

• Asynchronous circuits
• Assertion Based Verification
• PSL
• Asynchronous monitors
• Quasi Delay Insensitivity
• Robustness

Titre traduit

Asynchronous monitors synthesis from temporal assertions for the robust observation of synchronous circuits

Résumé

With the advent of complex integrated systems, the assertion based verification(ABV) has emerged as a solution for the semi-formal circuits verification. The ABV is used to validate that a circuit satisfies a property(or assertion). Previous work has shown that it is possible to synthesize these properties in the form of hardware monitors. These can then be embeddded permanantly on a circuit so that they provide monitoring task. With a goal of security and surveillance, the use of such monitors is a plus. Nevertheless, they are as sensitive as the monitored circuits to environmental degradation(voltage, temperature, age, ...). To reduce the risk of failure in monitors, originally designed as synchronous circuits, an asynchronous variant(quasi-delay insensitive) is proposed in this thesis. This work is part of the ANR project SFINCS(Thales, Dolphin Integration, TIMA) and led to the definition of a method for synthesizing asynchronous hardware monitors leveraging the robustness and modularity of asynchronous implementations. The studies focus primarily on the design of a library of basic asynchronous monitors and an ad hoc method of interconnection to build complex monitors. To ensure the robustness of these monitors, a study was conducted using formal verification tool RAT. In particular it was proved that the connection of an asynchronous monitor with a synchronous circuit(to watch) was particularly tricky because the timing assumptions of synchronous circuit impact the asynchronous monitor. It was therefore proposed to introduce a devicet, called "clock stretching", for controlling the clock of the synchronous circuit and relax synchronous timing assumptions that are applied to the asynchronous monitor.