Dans une démarche classique d'ingénierie dirigée par les modèles (IDM), l'ingénieur modélise son système à l'aide d'une notation semi-formelle, le valide puis l'implante. L'étape de validation, basée sur ces modèles, est particulièrement cruciale pour les systèmes temps-réel répartis et embarqués (TR2E), afin de s'assurer de leur respect d'invariants de sécurité, ou de leur bon fonctionnement logique ou temporel. Cependant, une démarche IDM n'est pas suffisante car elle n'indique pas comment utiliser les modèles pour faire des analyses. Quels modèles (ou vues) utiliser ? Pour analyser quel type de propriétés ? Ainsi, il est nécessaire d'adopter une démarche d'Ingénierie dirigée par les Vérifications et les Validations (IDV2) : les modèles créés sont ceux qui sont utiles pour s'assurer que le système est correctement construit (vérification), et qu'il satisfait un ensemble de propriétés spécifiées en amont dans le processus de développement (validation). Cette thèse propose un processus de développement, de validation et de vérification basé sur des notations formelles, et dédié aux applications temps-réel réparties embarquées. Nous nous appuyons sur une notation pivot standard pour appliquer cette démarche IDV2 : le langage AADL (Architecture Analysis and Design Language) permet à l'ingénieur de spécifier son application TR2E depuis son architecture matérielle jusqu'à son déploiement logiciel. Il repose sur l'existence d'un exécutif ayant certaines propriétés et proposant différents services. Ce processus prend en compte les aspects comportementaux de l'application ainsi que les aspects architecturaux de l'exécutif. Il repose sur des notations standardisées, permettant de faire face aux problèmes d'interopérabilités des outils mis en oeuvre. Pour l'applicatif, des propriétés comme l'absence d'interblocage, l'utilisation et le dimensionnement de ressources ou encore l'ordonnancement du système sont validées. Pour l'exécutif, le fait que l'architecture de celui-ci et les services proposés sont en adéquation avec les propriétés évoquées lors de sa configuration est vérifié. Notre démarche permet d'obtenir des retours aussi bien à propos de l'applicatif que de l'exécutif, et permet de corriger ou modifier les modèles dans un processus de développement itératif. Au cours de notre démarche, nous exploitons et transformons les spécifications AADL vers différentes notations standardisées : les réseaux de Petri pour la validation de l'applicatif, la notation Z pour la vérification de l'exécutif utilisé, PolyORB.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Architectural specification of real-time software systems is an activity that conveys analysis, knowledge and understanding of both the application domain and the parties involved in software construction. Architecture plays a key role in communication between stakeholders, in addition to planning the entire architectural process involved in the project. However, Architecture Description Languages (ADLs) have not been widely used in the industry. Another limiting factor for the e ff ective use of ADLs is the di ffi culty of these languages in e ff ectively expressing the architecture of complex systems. Considering this situation of di ffi culty in the e ff ective use of ADLs, the UML has been used in recent years to model the architecture. However, UML can not represent the important characteristics pertinent to real-time systems, such as security or real-time constraints. One of the advantages of the UML is the extensibility allowing the creation of profiles. In this sense, this work proposes using Systems Modeling Language (SysML), a UML profile, to model real-time systems architecture in two automotive systems, the airbag control system and the light control system. The objective of this work is to use UML and SysML to model and document the architecture and design of requirements traceability between software and systems elements, increasing the understanding of the project among the parties involved, and finally presenting SysML as a language for description of real-time software architecture. The ADL Architecture Analysis and Design Language (AADL) and SysML languages were compared to show the advantages of SysML. As a result, it was noticed that abstract features such as conditional deviations, loop, characteristics that are related to reality and consequently to the system can not be described in AADL. SysML has proved to be relevant in the context of architecture description, analysis, classification and modeling of real-time systems. The SysML Requirements diagram explicitly shows the various types of relationships between di ff erent requirements, the Block diagram enables the global view of the systems involved in a single project, the Internal Block diagram allows the internal view of the system under construction, the Activity diagram considers the behavioral view of the system. SysML concepts, articulated in the SysML Requirements, Activities, Blocks and Internal Blocks diagrams, are complementary, covering the purposes needed to describe the architecture of real-time systems. It is concluded that the proposed UML and SysML join technique provides elements to describe software requirements and their relationships with the system, to manage changes, to evolve and to trace requirements more easily, in addition to the communication being e ff ectively carried out between the stakeholders. This is important for the development of real-time systems because of the diversity of people / teams involved and influencing a wide range of design decisions. / A especificação da arquitetura de sistemas de software de tempo real é uma atividade que depreende análise, conhecimento e compreensão tanto do domínio da aplicação quanto das partes envolvidas na construção do software. A arquitetura tem um papel primordial na comunicação entre os stakeholders, além do planejamento de todo o processo arquitetural envolvido no projeto. Contudo, as Linguagens de Descrição de Arquiteturas (ADLs) não têm sido amplamente usadas na indústria. Outro fator limitador para o uso efetivo de ADLs é a dificuldade dessas linguagens em expressar efetivamente a arquitetura de sistemas complexos. Considerando essa situação de dificuldade do uso efetivo de ADLs, a UML tem sido utilizada nos últimos anos para modelagem da arquitetura. No entanto, a UML não consegue representar características importantes pertinentes a sistemas de tempo real, tais como segurança ou restrições de tempo real. Uma das vantagens da UML é a capacidade de extensão permitindo a criação de profiles. Neste sentido, este trabalho apresenta a Systems Modeling Language (SysML), um profile da UML, para modelagem da arquitetura de sistemas de tempo real em dois sistemas automotivos, o sistema de controle de airbag e o sistema de controle de faróis. Neste trabalho tem-se como objetivos utilizar a UML e a SysML para modelagem e documentação da arquitetura e delineamento de rastreabilidade de requisitos entre software e sistema, ampliando o entendimento do projeto entre as partes envolvidas, e por fim apresentar a SysML como uma linguagem para descrição da arquitetura de software de tempo real. As linguagens SysML e a ADL Architecture Analysis & Design Language (AADL) foram comparadas para mostrar as vantagens da SysML. Como resultado, foi percebido que características abstratas, tais como tomadas de decisão, repetição de uma funcionalidade (loop), características que são relacionadas a realidade e, consequentemente, ao sistema, não podem ser descritas em AADL. A SysML mostrou-se relevante no contexto da descrição, análise, classificação e modelagem de arquitetura para sistemas de tempo real. O diagrama de Requisitos da SysML mostra explicitamente os diversos tipos de relacionamentos entre diferentes requisitos, o diagrama de Blocos viabiliza a visão global dos sistemas envolvidos num único projeto, o diagrama de Blocos Internos possibilita a visão interna do sistema em construção, o diagrama de Atividades considera a visão comportamental do sistema. Os conceitos de SysML, articulados nos diagramas de Requisitos, Atividades, Blocos e Blocos Internos da SysML são complementares cobrindo os propósitos necessários para a descrição da arquitetura de sistemas de tempo real. Conclui-se que a técnica proposta da junção de UML e SysML fornece elementos para descrever requisitos de software e seus relacionamentos com o sistema, gerenciar mudanças, evoluir e rastrear requisitos mais facilmente, além da comunicação ser efetivamente realizada entre os stakeholders. Este aspecto é importante ao desenvolvimento de sistemas de tempo real, por causa da diversidade de pessoas / equipes envolvidas e que influenciam uma ampla série de decisões de projeto.

Aujourd'hui, de plus en plus de systèmes industriels s'appuient sur des applications logicielles temps-réel réparties embarquées (TR2E). La réalisation de ces applications demande de répondre à un ensemble important de contraintes très hétérogènes, voire contradictoires. Pour satisfaire ces contraintes, il est presque toujours nécessaire de fournir à ces systèmes des capacités d'adaptation. Par ailleurs, certaines de ces applications pilotent des systèmes dont la défection peut avoir des conséquences financières - voire humaines - dramatiques. Pour concevoir de telles applications, appelées applications critiques, il faut s'appuyer sur des processus de développpement rigoureux capables de repérer et d'éliminer les erreurs de conception potentielles. Malheureusement, il n'existe pas à notre connaissance de processus de développement capable de traiter ce problème dans le cas où l'adaptation du système à son environnement conduit à modifier sa configuration logicielle. Ce travail de thèse présente une nouvelle méthodologie qui répond à cette problématique en s'appuyant sur la notion de mode de fonctionnement : chacun des comportements possibles du système est représenté par le biais d'un mode de fonctionnement auquel est associé une configuration logicielle. La spécification des règles de transition entre ces modes de fonctionnement permet alors de générer l'implantation des mécanismes de changement de mode, ainsi que des reconfigurations logicielles associées. Le code ainsi produit respecte les contraintes de réalisation des systèmes critiques et implante des mécanismes de reconfiguration sûrs et analysables. Pour ce faire, nous avons défini un nouveau langage de description d'architecture (COAL : Component Oriented Architecture Language) qui permet de bénéficier à la fois des avantages du génie logiciel à base de composants (de type Lightweight CCM), et des techniques d'analyse, de déploiement et de configuration statique, qu'apporte l'utilisation des langages de description d'architecture (et en particulier AADL : Architecture Analysis and Description Language). Nous avons alors réalisé un nouveau framework à composant, MyCCM-HI (Make your Component Container Model - High Integrity), qui exploite les constructions de COAL pour (i) générer le modèle AADL permettant de réaliser le déploiement et la configuration statique de l'application TR2E, (ii) générer le code de déploiement et de configuration des composants logiciels de type Lightweight CCM, (iii) générer le code correspondant aux mécanismes d'adaptation du système, et (iv) analyser formellement le comportement du système, y compris en cours d'adaptation. Ce framework à composant est disponible au téléchargement à l'adresse http ://myccm-hi.sourceforge.net.