Validation formelle des systèmes numériques critiques : génération de l'espace d'états de réseaux de Petri exécutés en synchrone

Formal validation of critical digital systems : generation of state space of Petri nets executed in synchronous

• Auteur / Autrice : Ibrahim Merzoug
• Direction : David Andreu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 15/01/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : François B. Vernadat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Andreu, François B. Vernadat, Frédéric Boniol, Thomas Chatain, Karen Godary, David Guiraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Boniol, Thomas Chatain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Petri, Réseaux de

Mots clés libres

Validation formelle

Vérification formelle

Analyse formelle

Réseaux de Petri

Génération d'Espace d'États

Formal validation

Formal verification

Formal analysis

Petri nets

State Space Generation

Résumé

La méthodologie HILECOP a été élaborée pour la conception formelle de systèmes numériques complexes critiques ; elle couvre donc l'intégralité du processus, allant de la modélisation à la génération de code pour l’implantation sur la cible matérielle (composant électronique de type FPGA), en passant par la validation formelle. Or, si le modèle formel, les réseaux de Petri en l'occurrence, est par essence asynchrone, il est néanmoins exécuté de manière synchrone sur la cible. De fait, les approches d'analyse usuelles ne sont pas adaptées au sens où elles construisent des graphes d'états non conformes à l'évolution d'états réelle au sein de la cible. Dans l'objectif de gagner en confiance quant à la validité des résultats de l’analyse formelle, ces travaux visent à capturer les caractéristiques dites non-fonctionnelles, à les réifier sur le modèle et enfin à considérer leur impact à travers l’analyse. En d’autres termes, l’objectif est d’améliorer l’expressivité du modèle et la pertinence de l'analyse, en considérant des aspects comme la synchronisation d'horloge, le parallélisme effectif, le risque de blocage induit par l'expression conjointe d'un événement (condition) et d'une fenêtre temporelle d'occurrence, sans omettre la gestion des exceptions. Pour traiter tous ces aspects, nous avons proposé une nouvelle méthode d'analyse pour les réseaux de Petri temporels généralisés étendus interprétés exécutés en synchrone, en les transformant vers un formalisme équivalent analysable. Ce formalisme est associé avec une sémantique formelle intégrant toutes les aspects particuliers de l'exécution et un algorithme de construction d'un graphe d'états spécifique : le Graphe de Comportement Synchrone. Nos travaux ont été appliqués à un cas industriel, plus précisément à la validation du comportement de la partie numérique d'un neuro-stimulateur.

The HILECOP methodology has been developed for the formal design of critical complex digital systems; it therefore covers the entire design process, ranging from modeling to code generation for implementation on the hardware target (FPGA type electronic component), via formal validation. However, if the formal model, the Petri nets in this case, is inherently asynchronous, it is nevertheless executed synchronously on the target. In fact, the usual analysis approaches are not adapted in the sense that they construct state graphs that do not conform to the real state evolution within the target. In order to gain confidence in the validity of the results of the formal analysis, this work aims to capture the so-called non-functional characteristics, to reify them on the model and finally to consider their impact through the analysis.In other words, the aim is to improve the expressiveness of the model and the relevance of the analysis, considering aspects such as clock synchronization, effective parallelism, the risk of blocking induced by the expression of an event (condition) and a time window of occurrence, without omitting the management of exceptions.To deal with all these aspects, we have proposed a new method of analysis for extended generalized synchronous executed time Petri nets, transforming them into an analysable equivalent formalism. This formalism is associated with a formal semantics integrating all the particular aspects of the execution and dédicated state space construction algorithm: the Synchronous Behavior Graph.Our work has been applied to an industrial case, more precisely to the validation of the behavior of the digital part of a neuro-stimulator.