Intégration de méthodes formelles dans la conception des fonctions logicielles automobiles

Automotive embedded software design using formal methods

• Auteur / Autrice : Vassil Todorov
• Direction : Frédéric Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne ; 1998-2020)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Le Gall
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Berry, Cesare Tinelli, Safouan Taha, Sylvie Putot, Fabrice Kordon, Sylvain Conchon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Berry, Cesare Tinelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Systèmes d'aide à la conduite

Vérification de modèles (informatique)

Méthodes formelles (informatique)

Mots clés libres

Génie logiciel

Vérification de logiciel

Méthodes formelles

Model checking

Interprétation abstraite

Preuve déductive

Software engineering

Software verification

Formal methods

Model checking

Abstract interpretation

Deductive proof

Résumé

La part croissante des fonctions d'assistance à la conduite, leur criticité, ainsi que la perspective d'une certification de ces fonctions, rendent nécessaire leur vérification et leur validation avec un niveau d'exigence que le test seul ne peut assurer.Depuis quelques années déjà d’autres domaines comme l’aéronautique ou le ferroviaire sont soumis à des contextes équivalents. Pour répondre à certaines contraintes ils ont localement mis en place des méthodes formelles. Nous nous intéressons aux motivations et aux critères qui ont conduit à l’utilisation des méthodes formelles dans ces domaines afin de les transposer sur des scénarios automobiles et identifier le périmètre potentiel d'application.Dans cette thèse, nous présentons nos études de cas et proposons des méthodologies pour l'usage de méthodes formelles par des ingénieurs non-experts. Le model checking inductif pour un processus de développement utilisant des modèles, l'interprétation abstraite pour démontrer l'absence d'erreurs d'exécution du code et la preuve déductive pour des cas de fonctions critiques de librairie.Enfin, nous proposons de nouveaux algorithmes pour résoudre les problèmes identifiés lors de nos expérimentations. Il s'agit d'une part d'un générateur d'invariants et d'une méthode utilisant la sémantique des données pour traiter efficacement des propriétés comportant du temps long, et d'autre part d'un algorithme efficace pour mesurer la couverture du modèle par les propriétés en utilisant des techniques de mutation.

The growing share of driver assistance functions, their criticality, as well as the prospect of certification of these functions, make their verification and validation necessary with a level of requirement that testing alone cannot ensure. For several years now, other industries such as aeronautics and railways have been subject to equivalent contexts. To respond to certain constraints, they have locally implemented formal methods. We are interested in the motivations and criteria that led to the use of formal methods in these industries in order to transpose them to automotive scenarios and identify the potential scope of application.In this thesis, we present our case studies and propose methodologies for the use of formal methods by non-expert engineers. Inductive model checking for a model-driven development process, abstract interpretation to demonstrate the absence of run-time errors in the code and deductive proof for critical library functions.Finally, we propose new algorithms to solve the problems identified during our experiments. These are, firstly, an invariant generator and a method using the semantics of data to process properties involving long-running timers in an efficient way, and secondly, an efficient algorithm to measure the coverage of the model by the properties using mutation techniques.