Intégration des activités de preuve dans le processus de développement de logiciels pour les ...

179 Pages·2017·4.79 MB·French

by  Amine Raji

Intégration des activités de preuve dans le processus de
développement de logiciels pour les systèmes embarqués
Amine Raji
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Amine Raji. Intégration des activités de preuve dans le processus de développement de logiciels pour
les systèmes embarqués. Génie logiciel [cs.SE]. Télécom Bretagne, Université de Bretagne-Sud, 2012.
Français. ￿NNT: ￿. ￿tel-00728431￿
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Nod’ordre:2012telb0219
SSoouusslleesscceeaauuddeell’’UUnniivveerrssiittééeeuurrooppééeennnneeddeeBBrreettaaggnnee
Télécom Bretagne
En habilitation conjointe avec l’Université de Bretagne Sud
École Doctorale – SICMA
Intégration des activités de preuve dans le processus de
développement de logiciels pour les systèmes embarqués
Thèse de Doctorat
Mention : «Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication»
Présentée par Amine Raji
Département : LUSSI
Laboratoire : UMR CNRS 3192 Lab-STICC Pôle : CID
Directeur de thèse : Prof. Yvon Kermarrec Co-directeur : Mr. Philippe Dhaussy
Soutenue le 26 mars 2012
Jury :
Rapporteurs : M. Frédéric Boniol, Professeur, ONERA Toulouse
M. Benoît Baudry, HDR, IRISA Rennes
Examinateurs : Mme. Isabelle Borne, professeur, IUT Vannes, France
M. Laurent Pautet, Professeur, Telecom PARIS
M. Yvon Kermarrec, Professeur, Télécom Bretagne, France
M. Philippe Dhaussy, Enseignant-Chercheur, Ensta-Bretagne Brest
M. Antoine Beugnard, Professeur, Telecom Bretagne Brest

Abstract
In past years, formal verification techniques and tools were widely developed and used
by the research community. However, the use of formal verification at industrial scale
remains difficult, expensive and requires lot of time. This is due to the size and the
complexity of manipulated models, but also, to the important gap between requirement
models manipulated by different stackholders and formal models required by existing
verification tools.
This dissertation aims therefore to develop a methodology that define activities that
fill this gap by generating formal artifacts from textual requirements and existing design
models. Our approach is based on previous work on the exploitation of contexts for
formal verification, particularly, CDL language. We extended UML use cases with the
ability to precisely describe interaction scenarios between the system under validation and
its context. We also defined a requirement specification language based on the processing
of natural language to formalize textual requirements. This formalization is performed
thanks to model transformations that generate CDL properties from textual requirements
and CDL context models form extended use cases scenarios. The proposed methodology
is instantiated on a reel industrial case study provided by our industrial partner.
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iv
Résumé
En dépit de l’efficacité des méthodes formelles, en particulier les techniques d’analyse de
modèles (model checking), à identifier les violations des exigences dans les modèles de
conception, leur utilisation au sein des processus de développement industriel demeure
limitée. Ceci est dû principalement à la complexité des modèles manipulés au cours de
ces processus (explosion combinatoire) et à la difficulté de produire des représentations
formelles afin d’exploiter les outils de vérification existants.
Fort de ce constat, les travaux exposés dans ce mémoire contribuent au développement
d’un volet méthodologique définissant les activités conduisant à l’obtention des artefacts
formels. Ceux-ci sont générés directement à partir des exigences et des modèles de con-
ception manipulés par les ingénieurs dans leurs activités de modélisation. Nos proposi-
tions s’appuient sur les travaux d’exploitation des contextes pour réduire la complexité
de la vérification formelle, en particulier le langage CDL. Pour cela, nous avons proposé
une extension des cas d’utilisation Uml, afin de permettre la description des scénarios
d’interaction entre le système et son environnement directement dans le corps des cas
d’utilisation. Aussi, nous avons proposé un langage de spécification des exigences basé sur
le langage naturel contrôlé pour la formalisation des exigences. Cette formalisation est
opérée par transformations de modèle générant des propriétés CDL formalisées directe-
ment des exigences textuelles des cahiers des charges ainsi que les contextes CDL à partir
des cas d’utilisations étendus. L’approche proposée a été instanciée sur un cas d’étude
industriel, de taille et de complexité réelles, développé par notre partenaire industriel.
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Remerciements
Ce document représente le fruit de trois années de travail, je profite de cet instant pour
remercier tous ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à l’accomplissement de cette
thèse.
Mes remerciements vont tout d’abord à Frédéric Boniol et Benoit Baudry pour
avoir accepté de relire mon manuscrit et d’en être les rapporteurs.
Un éternel merci à Philippe Dhaussy. Merci pour ta confiance et pour avoir accepté
d’encadrer mes travaux de thèse. Ton écoute, ton soutien sans limites et ta disponibilité
ainsi que ton amitié ont fait de ces trois années de thèse une période inoubliable et si
agréable. Par ailleurs, ta rigueur et tes conseils m’ont aidé à garder les objectifs de mes
travaux en vue et les atteindre de la manière la plus optimale. Pour tout cela, je suis
infiniment redevable.
Grand merci à Yvon Kermarrec qui à bien voulu diriger cette thèse et qui n’a
ménagé aucun effort pour me faciliter ce travail de recherche. De par ses connaissances,
ses conseils et sa disponibilité, il a très certainement contribué grandement à l’élaboration
de ce travail.
Ce travail a aussi et avant tout été réalisé au sein d’une équipe de recherche dont
les relations entre ses membres sont le moteur au quotidien de mes travaux. Ainsi, je
veux remercier tous les collègues du département informatique de l’ENSTA-Bretagne
pour leur accueil chaleureux. Je remercie Bruno Aizier, Pierre-Yves Pillain,
Jean-Charles Roger et Luca Le Roux pour les discussions intéressantes et fertiles
en idées nouvelles. Merci à Dominique kerjean et Joël Champeau pour l’ambiance
de travail bon-enfant qu’ils diffusent autour d’eux. Merci aussi à mes collègues de bureau
Pierre Gauvillé et Jean-Philippe Schneider de m’avoir tenu compagnie tout le
long de cette période.
Ces années de travail n’auraient pu être réalisées sans un soutien extérieur et infini
de ma famille et de mes amis. Je remercie mes parents, mon frère Mounir et ma soeur
Samira ainsi que toute ma famille de m’avoir soutenu pendant toutes ces années et pour
leursencouragementspermanents. Grandmerciàtousmesamispourlesrepas,lessoirées,
les week-ends, les sorties, les matchs de foot et toutes les autres activités qui ont contribué
à rendre ces années plus agréables.
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Table des matière
Abstract iii
Résumé v
Publications xvii
Introduction et Bibliographie 1
1 Introduction générale 3
1.1 Contexte de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Recherche de fiabilité des systèmes embarqués . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Les méthodes formelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 L’approche OBP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Limites de l’approche OBP/CDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Difficulté liée à l’expression des contextes et des exigences . . . . . 6
1.2.2 Définition d’une méthodologie de vérification avec CDL . . . . . . . 7
1.3 Objectif de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Organisation du mémoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Etat de l’art 13
2.1 Capture et formalisation des entités du domaine . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Méthodologie d’analyse et de conception orientée-objet . . . . . . . . 13
2.2 Les contextes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1 Intérêt de la formalisation des contextes pour la vérification formelle 18
2.2.2 Etat de l’art sur la capture et la formalisation des contextes . . . . . 19
2.3 L’ingénierie des exigences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Capture, évolution et raffinement des exigences . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2 Langages de modélisation des exigences . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.3 Langage naturel contraint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3.4 Patrons de propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4 Les méthodologies de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.1 Processus de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.2 Processus de vérification formelle des exigences en contexte industriel 31
2.5 Discussion et synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 La méthodologie CDL et l’outillage OBP 35
3.1 Présentation du cas d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 Le système contrôleur SM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.2 Architecture du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.3 Cas d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
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