Sémantique compositionnelle et raffinement de systèmes temporisés : application aux automates temporisés d'UPPAAL et au langage FIACRE

par Abdeldjalil Boudjadar

Thèse de doctorat en Systèmes informatiques et systèmes embarqués

Sous la direction de Jean-Paul Bodeveix et de Mamoun Filali.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .

mots clés

• Systèmes temporisés
• Sémantique
• Composition
• Raffinement
• Uppaal
• Automates temporisés
• Langage Fiacre
• Temps réel (informatique)
• Systèmes embarqués (informatique)
• Théorie des automates mathématiques

Résumé

Les systèmes temps-réel sont massivement impliqués dans de nombreuses applications, dont notre vie dépend comme les logiciels embarqués dans les voitures et les avions. Pour ces systèmes des erreurs inattendues ne sont pas acceptables. De ce fait, assurer la correction de ces systèmes est une tâche primordiale. Les systèmes temps-réel représentent un large spectre de systèmes automatisés dont la correction dépend de la ponctualité des événements (timeliness) et pas seulement de leurs propriétés fonctionnelles. Chaque événement doit être produit selon la date indiquée par la spécification du système. Les systèmes temps-réel sont concurrents et embarqués, et conçus comme un assemblage de composants en interaction. Malgré les progrès réalisés dans les techniques de model checking, la vérification et l'analyse des systèmes temps-réel représentent toujours un défi autant pour les chercheurs que les praticiens. Pour étudier le comportement des systèmes temps-réel, différents formalismes ont été considérés comme les automates temporisés, les réseaux de Petri temporisés et les algèbres de processus. Cela donne lieu à plusieurs points délicats concernant le raffinement, la composition et la vérification. Ces points représentent un champ de recherche intensif. Ma thèse présente une étude des systèmes temps-réel focalisée sur les notions de sémantique, de composition et de raffinement. Elle décrit nos efforts pour explorer et étendre les formalismes temps-réel. Nous avons abordé les concepts de base de la modélisation des systèmes temps réel tels que les variables partagées, la communication, les priorités, la dynamicité, etc. La contribution de cette thèse porte sur la définition d’un cadre formel pour raisonner sur la sémantique, la composition et le raffinement des systèmes temporisés. Nous avons instancié ce cadre pour le formalisme des automates temporisés et le langage Fiacre.

Titre traduit

Compositional semantics and refinement of timed systems : application to UPPAAL timed automata and to the FIACRE language

Résumé

Nowadays, real-time systems are intensively involved in many applications on which our life is dependent, like embedded software in cars and planes. For these systems unexpected errors are not acceptable. Real-time systems represent a large spectrum of automated systems of which correctness depends on the timing of events (timeliness) and not only on their functional properties. Each event must be produced on time. Realtime systems can be concurrent and embedded where different interactive modules and components are assembled together. Despite advances in model checking techniques, the verification and analysis of real-time systems still represent a strong challenge for researchers and practitioners. To study the behavior of real-time systems, different formalisms have been considered like timed automata, time Petri nets and timed algebra, and several challenges concerning refinement, composition and verification have emerged. These points represent an intensive field of research. This thesis describes our effort to explore and extend real-time formalisms. We have revisited real-time language semantics, focusing on composition and refinement. We have addressed high level concepts like shared variables, communication, priorities, dynamicity, etc. The main contribution consists of a theoretical study of timed systems where we establish a framework for reasoning on composition, refinement and semantics. We instantiate this framework for timed automata and the Fiacre language.