Réseaux de Petri temporels à inhibitions / permissions : application à la modélisation et vérification de systèmes de tâches temps réel

Forbid/Allow time Petri nets – Application to the modeling and checking of real time tasks systems

• Auteur / Autrice : Florent Peres
• Direction : François B. Vernadat, Bernard Berthomieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sureté du logiciel et calcul à haute performance
• Date : Soutenance le 26/01/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - LAAS
• Jury : Président / Présidente : Charles Andre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François B. Vernadat, Bernard Berthomieu, Charles Andre, Patrick Farail
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Beatrice Berard, Françoise Simonot-lion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Logiciels -- Vérification

Méthodes formelles (informatique)

Petri, Réseaux de

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Systèmes temps réel

Model checking

Réseau de Petri temporel

Angage spécifique à un domaine

Domain specific language

Real time systems

Model checking

Time Petri nets

Résumé

Les systèmes temps réel (STR) sont au coeur de machines souvent jugés critiques pour lasécurité : ils en contrôlent l’exécution afin que celles-ci se comportent de manière sûre dans le contexte d’un environnement dont l’évolution peut être imprévisible. Un STR n’a d’autre alternative que de s’adapter à son environnement : sa correction dépend des temps de réponses aux stimuli de ce dernier.Il est couramment admis que le formalisme des réseaux de Petri temporels (RdPT) est adapté àla description des STR. Cependant, la modélisation de systèmes simples, ne possédant que quelquestˆaches périodiques ordonnancées de façon basique se révèle être un exercice souvent complexe.En premier lieu, la modélisation efficace d’une gamme étendue de politiques d’ordonnancementsse heurte à l’incapacité des RdPT à imposer un ordre d’apparition à des évènements concurrentssurvenant au même instant. D’autre part, les STR ont une nette tendance à être constitués de caractéristiques récurrentes, autorisant une modélisation par composants. Or les RdPT ne sont guèreadaptés à une utilisation compositionnelle un tant soit peu générale. Afin de résoudre ces deuxproblèmes, nous proposons dans cette thèse Cifre – en partenariat entre Airbus et le Laas-Cnrs– d’étendre les RdPT à l’aide de deux nouvelles relations, les relations d’inhibition et de permission,permettant de spécifier de manière plus fine les contraintes de temps.Afin de cerner un périmètre clair d’adéquation de cette nouvelle extension à la modélisation dessystèmes temps réel, nous avons défini Pola, un langage spécifique poursuivant deux objectifs :déterminer un sous-ensemble des systèmes temps réel modélisables par les réseaux de Petri temporelsà inhibitions/permissions et fournir un langage simple à la communauté temps réel dont lavérification, idéalement automatique, est assurée par construction. Sa sémantique est donnée par traduction en réseaux de Petri temporels à inhibitions/permissions. L’explorateur d’espace d’états de laboite à outils Tina a été étendu afin de permettre la vérification des descriptions Pola

Real time systems (RTS) are at the core of safety critical devices : they control thedevices’ behavior in such a way that they remain safe with regard to an unpredictable environment. ARTS has no other choices than to adapt to its environment : its correctness depends upon its responsetime to the stimuli stemming from the environment.It is widely accepted that the Time Petri nets (TPN) formalism is adapted to the description ofRTS. However, the modeling of simple systems with only a few periodic tasks scheduled according toa basic policy remains a challenge in the worst case and can be very tedious in the most favorable one.First, we put forward some limitations of TPN regarding the modeling of a wide variety of schedulingpolicies, coming from the fact that this formalism is not always capable to impose a givenorder on events whenever they happen at the same time. Moreover, RTS are usually constituted of thesame recurring features, implying a compositional modeling, but TPN are not well adapted to sucha compositional use. To solve those problems we propose in this Cifre thesis – in partnership withAirbus and the Laas-Cnrs – to extend the formalism with two new dual relations, the forbid andallow relations so that time constraints can be finely tuned.Then, to assess this new extension for modeling of real time systems, we define Pola, a specificlanguage aimed at two goals : to determine a subset of RTS which can be modeled with forbid/allowtime Petri nets and to provide a simple language to the real time community which, ideally, can bechecked automatically. Its semantics is given by translation into forbid/allow Time Petri nets. Thestate space exploration tool of the Tina toolbox have been extended so that it can model check Poladescriptions.