Spécification formelle de systèmes temps réel répartis par une approche flots de données à contraintes temporelles

Formal specification of distributed real time systems using an approach based on temporally constrained data flows

• Auteur / Autrice : Tanguy Le Berre
• Direction : Gérard Padiou, Philippe Quéinnec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 23/03/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)

Mots clés

Mots clés libres

Informatique

Temps réel

Réparti

Vérification

Spécification

Formel

Formal spécification

Verification

Real time

Distributed

Data flow

Résumé

Une définition des systèmes temps réel est que leur correction dépend de la correction fonctionnelle mais aussi du temps d'exécution des différentes opérations. Les propriétés temps réels sont alors exprimées comme des contraintes temporelles sur les opérations du système. Nous proposons dans cette thèse un autre point de vue où la correction est définie relativement à la validité temporelle des valeurs prises par les variables du système et aux flots de données qui parcourent le système. Pour définir ces conditions de validité, nous nous intéressons au rythme de mise à jour des variables mais aussi aux liens entre les valeurs des différentes variables du système. Une relation dite d'observation est utilisée pour modéliser les communications et les calculs du système qui définissent les liens entre les variables. Un ensemble de relations d'observation modélise l'architecture et les flots de données du système en décrivant les chemins de propagation des valeurs dans le système. Les propriétés temps réels sont alors exprimées comme des contraintes sur ces chemins de propagation permettant d'assurer la validité temporelle des valeurs prises par les variables. La validité temporelle d'une valeur est définie selon la validité temporelle des valeurs des autres variables dont elle dépend et selon le décalage temporel logique ou événementiel introduit par les communications ou les calculs le long des chemins de propagation. Afin de prouver la satisfiabilité d'une spécification définie par une telle architecture et de telles propriétés, nous construisons un système de transitions à état fini bisimilaire à la spécification. L'existence de ce système fini est justifiée par des bornes sur le décalage temporel entre les variables du système. Il est alors possible d'explorer les exécutions définies par ce système de transitions afin de prouver l'existence d'exécutions infinies satisfaisant la spécification.

Real time systems are usually defined as systems where the total correctness of an operation depends not only on its logical correctness, but also on the execution time. Under this definition, time constraints are defined according to system operations. Another definition of real time systems is centered on data where the correctness of a system depends on the timed correctness of its data and of the data flows across the system. i.e. we expect the values taken by the variable to be regularly renewed and to be consistent with the environment and the other variables. I propose a modeling framework based on this later definition. This approach allows users to focus on specifying time constraints attached to data and to postpone task and communication scheduling matters. The timed requirements are not expressed as constraints on the implantation mechanism, but on the relations binding the system’s variables. These relations between data are expressed in terms of a so called observation relation which abstracts the relation between the values that are taken by some variables, the set of sources and the image. This relation abstracts the communication as well as the computational operations and a set of observation relations models the system architecture and the data flows by defining the paths along which values of sources are propagated to build the values of an image. The real time properties are expressed as constraints on the propagation paths and state the temporal validity of the values. This temporal validity is defined by the time shift between the source and the image, and specifies the propagation of timely sound values along the path to build temporally correct values of the system outputs. At this level of abstraction, the designer gives a specification of the system based on timed properties about the timeline of data such as their freshness, stability, latency etc. In order to prove the feasibility of an observation-based model, a finite state transition system bi-similar with the specification is built. The existence of a finite bi-similar system is deduced from the bounded time shift between the variables. The existence of an infinite execution in this system proves the feasibility of the specification.