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RÉSUMÉ
Les systèmes embarqués sont soumis à de nombreuses contraintes et certains sont en interaction étroite avec des procédés dangereux ou interviennent dans des processus de décisions impactant des vies humaines. Pour augmenter le degré de confiance en ces systèmes, plusieurs méthodes formelles peuvent être mises en oeuvre : la démonstration assistée de preuve, l'examen automatisé des comportements du système ou le raffinement de spécification. Dans chaque cas, on présente le principe, les principaux outils académiques et certains outils industriels ainsi que les réalisations pratiques.
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Emmanuelle ENCRENAZ-TIPHENE : Ingénieur de l'École polytechnique féminine - Maître de conférences à l'Université Pierre et Marie Curie, Paris
INTRODUCTION
Les systèmes embarqués sont soumis à de nombreuses contraintes et certains sont en interaction étroite avec des procédés dangereux ou interviennent dans des processus de décisions impactant des vies humaines. Le développement de tels systèmes doit offrir des garanties de bon fonctionnement et de bon rétablissement en cas de défaillance d'une partie interne ou d'un environnement non prévu.
Des méthodes de vérifications formelles peuvent être mises en œuvre pour augmenter le degré de confiance des systèmes. Trois grandes classes se distinguent :
-
la preuve assistée (theorem-proving) ;
-
la vérification par modèle (model-checking) et ses nombreuses variantes et extensions ;
enfin le raffinement de spécification.
On présente le positionnement de ces approches dans le flot de conception des systèmes embarqués.
Pour chaque approche, on s'attache à présenter simplement le principe de base, le domaine applicatif principal, les outils disponibles ainsi que les réalisations académiques et industrielles. Cet article n'utilise pas de formalisme mathématique poussé pour être accessible au plus grand nombre. Les références bibliographiques permettent d'approfondir chaque approche tant sur les aspects formels que sur les outils disponibles ou (le cas échéant) leur utilisation dans un contexte industriel.
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1. Conception des systèmes embarqués
Les systèmes embarqués réalisent des tâches complexes de traitement d'information, en interaction étroite avec l'environnement dans lequel ils sont plongés. Ces traitements d'information sont réalisés par des composants électroniques agissant sur des parties mécaniques par le biais de capteurs/actionneurs. Les systèmes embarqués sont très divers et présentent des architectures et modes d'utilisation variés [H 8 000].
Les traitements informatiques à réaliser peuvent être décrits sous la forme de programmes, exécutés sur des contrôleurs ou des cœurs de processeurs, mais ils peuvent également être implantés dans des coprocesseurs dédiés, accélérant leur exécution. Les interactions avec le monde physique sont réalisées par le biais de capteurs/actionneurs. Les communications hertziennes nécessitent l'emploi de composants analogiques permettant la mise en forme, l'émission, la réception de signaux analogiques, ainsi que des dispositifs de conversion de signaux analogiques/numériques et numériques/analogiques. Les systèmes embarqués présentent des contraintes qui les distinguent des systèmes informatiques en général :
-
ils présentent une forte réactivité à l'environnement qu'ils contrôlent (par exemple, la commande d'injection de carburant dans un moteur automobile, le contrôle des volets des ailes d'avion, l'identification et le retour aptique des manettes de console de jeu) ;
-
ils présentent des contraintes liées à l'embarcation : poids, taille, consommation, éventuellement milieu hostile (température, rayonnement ionisant, milieu acide) comme dans le cas de satellites, robot martien, sonde endoscopique.
Les volumes de produits à concevoir sont extrêmement variables : quelques dizaines d'unités (satellite) à quelques millions d'unités (téléphone portable).
Flot de conception. Le système à réaliser est généralement modélisé à différents...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ABRIAL (J.-R.) - The B-book : assigning programs to meanings. - Cambridge University Press New York, NY, USA © 1996 ISBN:0-521-49619-5 (1996).
-
(2) - BOUISSOU (O.) - Vérification partielle de programmes de contrôle-commande par interprétation abstraite. - Technique et Science informatiques, Lavoisier-Hermès, vol. 31, no 3, p. 337-374 (2012).
-
(3) - BRYANT (R.) - Graph-based algorithms for boolean function manipulation. - IEEE Trans. Computers, 35(8), p. 677-691 (1986).
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(4) - CLARKE (E.) et al - Counter example-guided abstraction refinement. - CAV, p. 154-169 (2000).
-
(5) - CLARKE (E.) et al - Model checking and abstraction. - ACM-TOPLAS, vol. 16, no 5 (1994).
-
(6) - COOK (B.) et al - Terminator : beyond safety. - CAV 2006, p. 415-418 (2006).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Méthode B pour la spécification et la réalisation de logiciels et de systèmes critiques prouvés.
Outil AbsInt analyse de programmes C par interprétation abstraite http://www.absint.com/profile.htm
Outil Astrée développé par le laboratoire LIENS pour l'analyse de programmes C et C++ par interprétation abstraite http://www.astree.ens.fr/
Projet BIP pour la connexion sûre de composants http://www-verimag.imag.fr/Rigorous-Design-of-Component-Based.html
Outil CADP développé par l'INRIA pour l'analyse par model-checking (de type équivalence d'automates) de systèmes asynchrones http://www.inrialpes.fr/vasy/cadp/
Chaînes de CAO de circuits Cadence® et Synopsis intégrant des outils de simulation et vérification fonctionnelle aux niveaux TLM, RTL http://www.cadence.com http://www.synopsys.com
Outil CVC4 SAT modulo Theory solver pour le bounded model-checking avec theories decidable http://www.cs.nyu.edu/acsys/cvc4/
Outil FoCS développé par le laboratoire de recherche de IBM-HAIFA pour la synthèse de moniteurs à partir de spécifications PSL http://www.research.ibm.com/haifa/projects/verification/focs/psl_vcs.html
Outil...
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