From safety analysis to experimental validation by fault injection - Case of automotive embedded systems

par Ludovic Pintard

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Karama Kanoun et de Jean-Charles Fabre.

Soutenue le 28-05-2015

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École doctorale Systèmes (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes L.A.A.S. (Toulouse) (laboratoire) .

Le président du jury était Gilles Motet.

Le jury était composé de Jean-Charles Fabre, Michel Leeman, Philippe Quéré.

Les rapporteurs étaient Pedro Joaquin Gil Vicente, Laurent Pautet.

  • Titre traduit

    Des analyses de sécurité à la validation expérimentale par injection de fautes - Le cas des systèmes embarqués automobile


  • Résumé

    En raison de la complexité croissante des systèmes automobiles embarqués, la sûreté de fonctionnement est devenue un enjeu majeur de l’industrie automobile. Cet intérêt croissant s’est traduit par la sortie en 2011 de la norme ISO 26262 sur la sécurité fonctionnelle. Les défis auxquelles sont confrontés les acteurs du domaine sont donc les suivants : d’une part, la conception de systèmes sûrs, et d’autre part, la conformité aux exigences de la norme ISO 26262. Notre approche se base sur l’application systématique de l’injection de fautes pour la vérification et la validation des exigences de sécurité, tout au long du cycle de développement, des phases de conception jusqu’à l’implémentation. L’injection de fautes nous permet en particulier de vérifier que les mécanismes de tolérance aux fautes sont efficaces et que les exigences non-fonctionnelles sont respectées. L’injection de faute est une technique de vérification très ancienne. Cependant, son rôle lors de la phase de conception et ses complémentarités avec la validation expérimentale, méritent d’être étudiés. Notre approche s’appuie sur l’application du modèle FARM (Fautes, Activations, Relevés et Mesures) tout au long du processus de développement. Les analyses de sûreté sont le point de départ de notre approche, avec l'identification des mécanismes de tolérance aux fautes et des exigences non-fonctionnelles, et se terminent par la validation de ces mécanismes par les expériences classiques d'injection de fautes. Enfin, nous montrons que notre approche peut être intégrée dans le processus de développement des systèmes embarqués automobiles décrits dans la norme ISO 26262. Les contributions de la thèse sont illustrées sur l’étude de cas d’un système d’éclairage avant d’une automobile.


  • Résumé

    Due to the rising complexity of automotive Electric/Electronic embedded systems, Functional Safety becomes a main issue in the automotive industry. This issue has been formalized by the introduction of the ISO 26262 standard for functional safety in 2011. The challenges are, on the one hand to design safe systems based on a systematic verification and validation approach, and on the other hand, the fulfilment of the requirements of the ISO 26262 standard. Following ISO 26262 recommendations, our approach, based on fault injection, aims at verifying fault tolerance mechanisms and non-functional requirements at all steps of the development cycle, from early design phases down to implementation. Fault injection is a verification technique that has been investigated for a long time. However, the role of fault injection during design phase and its complementarities with the experimental validation of the target have not been explored. In this work, we investigate a fault injection continuum, from system design validation to experiments on implemented targets. The proposed approach considers the safety analyses as a starting point, with the identification of safety mechanisms and safety requirements, and goes down to the validation of the implementation of safety mechanisms through fault injection experiments. The whole approach is based on a key fault injection framework, called FARM (Fault, Activation, Readouts and Measures). We show that this approach can be integrated in the development process of the automotive embedded systems described in the ISO 26262 standard. Our approach is illustrated on an automotive case study: a Front-Light system.


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