= Component-based modeling of heterogeneous real-time systems in BIP

• Auteur / Autrice : Ananda Shankar Basu
• Direction : Joseph Sifakis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mathématiques et informatique (Grenoble ; 199.-200.)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Verimag (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Bernard Stefani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lothar Thiele, Marc Pouzet, Marius Bozga
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mathai Joseph, Janos Sztipanovits

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sémantique opérationnelle

Simulation par ordinateur

Systèmes informatiques hétérogènes

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Modélisation à base de composants

Simulation

Vérification

Temps réel

Systèmes hétérogènes

Sémantique opérationnelle

Component based modeling

Simulation

Verification

Real time

Heterogeneous systems

Operational semantics

Résumé

Nous présentons BIP, le formalisme orienté composant pour la construction par composants de systèmes temps-réel hétérogènes. BIP signifie en anglais : behavior, interaction and priority, ce qui se traduit par comportement, interaction et priorité. Ce sont les trois briques de base de ce formalisme. Il considère que les systèmes peuvent être obtenus par composition de composants organisés en trois niveaux ou le plus bas représente le comportement comme un ensemble de transitions étiquetées par des actions et des déclencheurs ; le niveau intermédiaire représente l’ensemble des interactions entre transitions du comportement et le niveau supérieur contient un ensemble de priorités dynamiques. BIP a une rigoureuse sémantique formelle et supporte une méthodologie de construction de systèmes basés sur un opérateur de composition de composants qui est paramétrable. L'utilisation d'un opérateur de composition par couche permets la construction incrémentale de systèmes. Le processus de construction peut être vu comme une séquence de transformations dans un espace à trois dimensions (Comportement X Interaction X Priorité) et fournit la base pour l'étude de la préservation de propriétés lors de transformations entre sous-ensembles de systèmes comme le passage d'un système temporisé à un autre non temporisé. Nous fournissons aussi une sémantique distribuée pour les systèmes avec BIP, en utilisant un modèle d'état partiel et nous avons montré que l'utilisation d'un prédicat auxiliaire appelé oracle permets la préservation de l'équivalence observationnel par rapport à la sémantique centralisé. Nous présentons une implémentation de BIP comme une chaine d'outils qui permettent la modélisation, l'analyse statique et l'exécution de descriptions BIP sur une plateforme dédiée. Trois implémentations de la plateforme d'exécution sont fournies : une version centralisée et énumérative, une version centralisée et symbolique et une version distribuée. Nous illustrons l'utilisation de ses outils à l'aide de deux domaines d'applications majeurs : composition de logiciels et modélisation de systèmes imbriquant le matériel et le logiciel.

We present the BIP component framework for component-based construction of real-time systems from heterogeneous components. BIP stands for Behavior, Interaction and Priority, the three main elements for building components. It considers that systems can be obtained by composition of 3-layered components, where the lowest layer represents behavior as a set of transitions with triggers and actions; the intermediate level is the set of the interactions between the transitions of the behavior level, and the upper level is a set of dynamic priority rules. BIP has a rigorous formal semantics, and supports a system construction methodology based on a parameterized composition operator on components. The use of a layered composition operator allows incremental construction. The system construction process can be viewed as a sequence of transformations in a three-dimensional space of Behavior X Interaction X Priority, and provides a basis for the study of property preserving transformations between subclasses of systems such as untimed/timed, asynchronous/synchronous. We also provide a distributed semantics for systems in BIP, using a partial state model, and show the use of an auxiliary predicate called Oracle to preserve observational equivalence with respect to the centralized semantics. We present an implementation of BIP as a tool chain that allows modeling, static analysis and execution of BIP descriptions on a dedicated engine. Three different implementations for the engine have been provided, a centralized enumerative engine, a centralized symbolic engine and a distributed engine. We illustrate the use of the tool chain for two major application domains, Software Componentization, and Modeling mixed hw/sw systems.