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RÉSUMÉ
Depuis le développement de la première application ferroviaire à base de logiciel, nommée SACEM, les méthodes formelles ont été largement utilisées et mises en œuvre par des industriels à différents niveaux (spécification, conception, code) et pour différents types d’applications (métros automatiques, sous-systèmes de signalisation, applications trains développées avec ControlBuild par exemple). La norme CENELEC 50128 dédiée à la réalisation des applications logicielles pointe l’intérêt de mettre en œuvre des méthodes formelles. Cet article présente le processus de développement des applications logicielles tel que mis en œuvre dans le domaine ferroviaire, et les évolutions induites par la mise en œuvre des méthodes formelles.
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Jean-Louis BOULANGER : Evaluateur-Certificateur Certifer (Anzin, France)
INTRODUCTION
Bien que les techniques d’analyses formelles de programme (voir les travaux de Hoare et de Dijkstra ) soient assez anciennes, leurs mises en place datent des années 1980. Les méthodes formelles permettent d’analyser le comportement d’une application logicielle décrite dans un langage de programmation. La correction (bon comportement, arrêt du programme, etc.) d’un programme est alors démontrée au travers d’une preuve de programme basée sur le calcul de la plus faible précondition .
Il a fallu attendre la fin des années 1990 pour que les méthodes formelles, Z , VDM et/ou la méthode B , soient utilisées sur des applications industrielles. Les méthodes formelles se basent sur des notations mathématiques pour décrire de façon précise les propriétés qu’un logiciel doit avoir.
L’un des écueils étant l’impossibilité de les mettre en œuvre dans le cadre d’une application industrielle (application de grande taille, contrainte de coût et de délais, etc.), la mise en œuvre – passage à l’échelle – ne peut se faire qu’au travers d’outils « suffisamment » matures et performants.
L’utilisation des méthodes formelles bien qu’en plein essor reste marginale, au vu du nombre de lignes de code. En effet, il y a à l’heure actuelle bien plus de lignes de code Ada (ANSI:1983, ISO 8652:1995, ), C (, ISO 9899:1999) ou C++ qui ont été produites manuellement qu’au travers d’un processus formel.
C’est pourquoi d’autres techniques formelles ont été mises en place afin de vérifier le comportement d’une application logicielle écrite dans un langage de programmation tel que le C ou l’Ada. La principale technique, nommée interprétation abstraite de programme, permet d’évaluer l’ensemble des comportements d’une application logicielle au travers d’une analyse statique. Ce type de techniques a donné naissance, à plusieurs outils tels que Codepeer, POLYSPACE, Caveat, Absint, FRAMAC et/ou ASTREE.
L’efficacité de ces techniques d’interprétation abstraite de programme a fortement progressé avec l’augmentation de la puissance des ordinateurs. Il est à noter que ces techniques nécessitent en général d’intégrer dans le code manuel des informations complémentaires telles que des préconditions, des invariants et/ou des postconditions.
À noter que la version 2012 du langage Ada introduit la possibilité de définir des préconditions, des invariants et des postconditions et qui peuvent être vérifiés durant l’exécution, et que l’environnement SPARK 2014 met à disposition un ensemble d’outils permettant de faire la preuve de ces propriétés.
Le domaine ferroviaire est réglementé et il est nécessaire de respecter les normes CENELEC EN 50126, 50129 et 50128 lors de la réalisation d’un système ferroviaire. Le référentiel CENELEC identifie les méthodes formelles comme moyen à mettre en œuvre.
Cet article fait le point sur l’utilisation des méthodes formelles dans la réalisation des applications ferroviaires de type signalisation, CBTC et contrôle/commande (unité de gestion de la traction, du freinage et/ou application TCMS pour Train Control/Management System).
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Développement du logiciel
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9. Glossaire
Application logicielle
Ensemble des programmes, des procédés et des règles et éventuellement de la documentation, relatifs au fonctionnement d’un ensemble de traitement de l’information.
Analyse d’impact
L’analyse d’impact d’une anomalie consiste à identifier les modifications à réaliser sur la phase descendante (impact sur les documents, impact sur le code, impact sur la description et l’implémentation des tests) de la réalisation.
Analyse de non-régression
L’analyse de non-régression consiste à déterminer un ensemble de vérifications permettant de démontrer que la modification réalisée n’a pas d’effet sur le reste de l’application logicielle.
Vérification
Confirmation par des preuves tangibles que les exigences spécifiées ont été satisfaites à chaque étape du processus de développement.
Validation
Confirmation par des preuves tangibles que les exigences définissant une utilisation spécifique ou une application prévues ont été satisfaites.
Propriété
Une propriété est une caractéristique qu’un composant (matériel ou logiciel) doit vérifier.
Propriété de sûreté
Une propriété de sûreté (au sens du terme anglais safety) exprime que quelque chose de mauvais ne se produit jamais au cours de l’exécution.
Propriété de vivacité
Une propriété de vivacité (liveness) exprime que quelque chose de bon se produit immanquablement au cours de l’exécution.
Application spécifique
Une application spécifique est une application générique à qui un paramétrage a été associé. Cette application spécifique n’est utilisable que pour une seule installation.
Application générique
Une application générique est composée d’une plateforme d’exécution (appelée produit générique) et d’une application logicielle. Cette application logicielle est définie en fonction d’un jeu de données de paramétrage qui devra être instancié en fonction de l’utilisation finale (dépendant du site, dépendant des services à activer, dépendant des caractéristiques techniques, etc.).
Produit générique
Un produit générique...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ABRIAL Jr., The B Book - Assigning programs to meanings. - Cambridge University Press, Cambridge, août 1996.
-
(2) - BOULANGER (J.-L.), SCHÖN (W.) - Logiciel sûr et fiable : retours d’expérience. - Revue Génie Logiciel, n° 79, p. 37 à 40, déc. 2006.
-
(3) - BOULANGER (J.-L.), SCHÖN (W.) - Assessment of safety railway application. - ESREL (2007).
-
(4) - BOULANGER (J.-L.) - Expression et validation des propriétés de sécurité logique et physique pour les systèmes informatiques critiques. - Thèse, Université de Technologie de Compiègne (2006).
-
(5) - Sous la direction de BOULANGER (J.-L.) - Utilisations industrielles des techniques formelles – Interprétation abstraite. - Collection IC2, Hermès (2011).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CENELEC http://www.cenelec.eu/Cenelec/Homepage.htm
COFRAC http://www.cofrac.fr
EPSF http://www.securite-ferroviaire.fr/
ERTMS http://www.ertms.com
ISO http://www.iso.org/iso/home.html
MODUrban http://www.modurban.org/
STRMTG http://www.strmtg.equipement.gouv.fr/
UGTMS http://www.ugtms.jrc.cec.eu.int/
CodePeer http://www.adacore.com/codepeer/
Polyspace http://www.mathworks.com/products/polyspace/
Caveat https://ieeexplore.ieee.org/document/1028953
Absint http://www.absint.com/
FRAMAC http://frama-c.com/
ASTREE http://www.astree.ens.fr/
ADA 2012 http://www.ada2012.org/
SPARK 2014...
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